礦質(zhì)混合料設(shè)計理論與方法

1、 組員：王福成 蔣怡 范世孟 羅斌 廖慧亮 指導(dǎo)：艾長發(fā)老師礦質(zhì)混合料級配設(shè)計礦質(zhì)混合料級配設(shè)計理論與方法理論與方法目錄目錄第一章：礦質(zhì)混合料的類型第二章：礦質(zhì)混合料設(shè)計理論與方法第三章：礦質(zhì)混合料對瀝青混合料性能 影響機(jī)理礦質(zhì)混合料的類型礦質(zhì)混合料定義： 礦質(zhì)混合料=粗集料+細(xì)集料+礦粉 瀝青混合料=礦質(zhì)混合料+瀝青+纖維 級配類型連續(xù)級配：由大到小、各級粒徑的顆粒都有，各級顆粒按照一定的比例搭配，繪制出的級配曲線平順圓滑不間斷。間斷級配：缺少一級或幾個粒級的顆粒，大顆粒與小顆粒之間有較大的“空檔”，所作出的級配曲線是非連續(xù)的、中間間斷的曲線。開級配：由粗集料組成，細(xì)集料和填料較少。壓實后空

2、隙率大于15。級配類型半開級配：適當(dāng)比例的粗集料、細(xì)集料及少量填料(或不加填料)。與瀝青結(jié)合料拌和而成的瀝青混凝土 ，壓實后剩余空隙率在10以上。密集配：各種粒徑的顆粒級配連續(xù)、相互嵌擠密實。與瀝青結(jié)合料拌和而成的瀝青混凝土 ，壓實后剩余空隙率小于10%。連續(xù)級配曲線與間斷級配曲線對比瀝青混合料的級配設(shè)計理論瀝青混合料的配合比設(shè)計，簡單的說就是確定粗集料、細(xì)集料、礦粉和瀝青結(jié)合料相互配合的比例，使之既能滿足相應(yīng)的性能要求又符合經(jīng)濟(jì)性的最佳方案。瀝青混合料的配合比設(shè)計包括礦質(zhì)混合料的級配設(shè)計和最佳瀝青含量的設(shè)計。瀝青混合料礦料級配是白各種不同粒徑集料，按照一定的比例搭配起來，以達(dá)到較高的密實度或

3、強(qiáng)度。瀝青混合料的級配設(shè)計理論 堆積理論：理論模型與實際情況存在 較大差異 最大密度曲線理論：描述連續(xù)級配的粒徑分布 逐級填充理論級配理論 描述間斷、連續(xù)級配的粒徑布 粒子干涉理論 分形理論：隨著材料學(xué)的發(fā)展，將分形幾何理 論應(yīng)用于路面材料礦料級配研究而 出現(xiàn)的一種新方法，目前研究很少最大密度曲線理論最大密度曲線是W.B富勒(Fuller)通過試驗提出的一種理想曲線，認(rèn)為固體顆粒按粒度大小有規(guī)律的排列，粗細(xì)搭配，便可以達(dá)到密度最大、空隙最小的混合料。該理論認(rèn)為：“礦質(zhì)混合料的顆粒級配曲線愈接近拋物線，則其密度愈大，空隙率越小”。級配理論公式 P集料顆粒在篩孔尺寸d上的通過百分率，% d集料中顆

4、粒的篩孔尺寸，mm D集料的最大粒徑，mm0.5dPD泰波級配理論泰波認(rèn)為富勒公式是一種理想的級配曲線，實際要獲得最大密度會有一定的波動范圍，于是將富勒公式進(jìn)行了修正。 泰波根據(jù)理論分析和實驗認(rèn)為，當(dāng)n=0.250.35，集料可以達(dá)到最大密度。日本的研究認(rèn)為n=0.350.45 集料的級配最好。美國Superpave混合料設(shè)計規(guī)范 規(guī)定，集料的級配曲線指數(shù)應(yīng)取n=0.45。ndPD林秀賢級配理論同濟(jì)大學(xué)林秀賢于1970提出直接以通過百分率的遞減率i為參數(shù)的計算公式： 此公式適用粒徑以 遞減的情況。xxp= 1 0 0 i%（）xx=lgdD3.32（）12逐級填充理論1.相同粒徑的顆粒排列時，

5、空隙率與其粒徑的大小無關(guān)，僅與排列和填充方式有關(guān)。2.間斷填充比逐級填充得到的空隙率更小，故間斷級配較連續(xù)級配能形成更小的骨架間隙率，具有更加密實的骨架結(jié)構(gòu)；3.3.利用逐級填充理論設(shè)計集料級配，其骨架空隙率 與填充方式和各級集料的填充比例相關(guān)。粒子干涉理論要達(dá)到最大密實度，前一級顆粒之間的空隙應(yīng)由次一級顆粒填充，剩余空隙再由更次一級顆粒填充，但填充的顆粒粒徑不得大于其間隙的距離，否則大小顆粒之間勢必發(fā)生干涉現(xiàn)象。分形級配理論不僅可以計算連續(xù)級配，還可以計算間斷級配。分形級配理論可以涵蓋現(xiàn)有的級配設(shè)計理論 主要原因：分形是集料級配的本質(zhì)集料粒徑分布： 連續(xù)級配 一重分形分布 間斷級配 二重分形

6、分布設(shè)計方法 試算法 圖解法 設(shè)計方法 線性規(guī)劃法 最小二乘法 貝雷法 試算法1.建立基本計算方程 設(shè)A、B、C三種集料在混合料中的比例為X、Y、Z。 A、B、C三種集料在某一篩孔的分級篩余百分率分 別 為 混合料M在相應(yīng)篩孔的分級篩余百分率為 ( i )A(i)B(i)C(i)M100%XYZ(i)( )( )( )AB iC iM iXYZ2 基本假設(shè) 假設(shè)混合料中某一粒徑的顆粒僅有這三種集料的一種集料來提供而其他兩種集料中不含這一粒徑的顆粒。 3 計算 4 校核調(diào)整 (i)( )AM iX( )( )C jM jZ100%YX Z 圖解法1.繪制級配曲線坐標(biāo)圖 繪一方形圖框。通?？v坐標(biāo)（

7、通過率）取10cm，橫坐標(biāo)（篩孔尺寸或粒徑）取15cm。連對角線作為要求級配曲線中值。標(biāo)出通過百分率 ，各相應(yīng)篩孔尺寸的位置。 2.2.確定各種集料用量確定各種集料用量 兩相鄰級配曲線重疊，等分；兩相鄰級配曲線重疊，等分； 兩相鄰級配曲線相接，連分；兩相鄰級配曲線相接，連分； 兩相鄰級配曲線相離，平分。兩相鄰級配曲線相離，平分。201001009090808070706060505040403030202010100 0Pi(%)didi（mmmm）989879795757454533332424171712126 616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075

8、ABCDA 32%B 44%C 12%D 12%A AAAB BBBC CCCM MR R級配中值線級配中值線N N篩孔尺寸篩孔尺寸/mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075級配中值級配中值/%/%10098795745332417126校核校核 按圖解所得的各種集料用量，校核計算所得按圖解所得的各種集料用量，校核計算所得 合成級配是否符合要求。如不能符合要求，即超合成級配是否符合要求。如不能符合要求，即超 出級配范圍，應(yīng)調(diào)整各集料的用量，再重新計算出級配范圍，應(yīng)調(diào)整各集料的用量，再重新計算 和復(fù)核配合比，經(jīng)幾次調(diào)整，和復(fù)核配合比，經(jīng)幾次調(diào)整，直到符合要求為

9、止直到符合要求為止。最小二乘法最小二乘法理論通常與Excel中“規(guī)劃求解”功能結(jié)合可以優(yōu)化設(shè)計礦料的合成級配，此方法理論 根據(jù)清晰操作簡單。貝雷法（Bailey method）貝雷法主要特點： 1. 貝雷法是通過控制粗集料與細(xì)集料關(guān)鍵篩孔尺寸通過率的比例關(guān)系，使瀝青混合料的礦料級配獲得良好的骨架結(jié)構(gòu)。 2.它是以干涉理論為設(shè)計的理論依據(jù)，他的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是平面圓模型。 3.貝雷法是以最大公稱粒徑（D）的0,22倍對應(yīng)的篩孔尺寸作為混合料粗細(xì)集料的分界點，大于分界點是粗集料，小于是細(xì)集料。貝雷法設(shè)計方法1.對集料進(jìn)行篩分，然后確定各種粗細(xì)集料的表觀密度、毛體積密度，吸水率。2以最大公稱粒徑（D）的0

10、,22倍對應(yīng)的篩孔尺寸作為混合料粗細(xì)集料的分界點。3計算各組合成集料的毛體積密度、視密度。計算各組合成集料松散和搗實狀態(tài)下空隙率。4確定各細(xì)集料的含量。粗集料CA比檢驗采用CA指標(biāo)的目的：是對粗集料的級配進(jìn)行約束，CA過大不能形成粗集料骨架結(jié)構(gòu)，過小容易出現(xiàn)壓實和離析方面問題。 PD/2粒徑為D/2的通過率； PPCS第一控制篩孔的通過率。細(xì)集料FA值檢驗 PSCS第二控制篩孔的通過率； PTCS第三控制篩孔的通過率。PPCS第一控制篩孔的通過率； PSCS第二控制篩孔的通過率。目的 通過細(xì)集料各篩孔FA值確定細(xì)集料級配曲線，貝雷法要求所有FA值介于0.30.5之間，細(xì)集料中中間尺寸細(xì)集料不能

11、過多，否則礦料間隙率低，不能容納足夠瀝青。貝雷法優(yōu)缺點 優(yōu)點： 1貝雷法集料級配設(shè)計理論可以達(dá)到多級嵌擠密實形要求，因而是即抗車轍又防滲水。 2通過對CA、FA檢驗，可以對粗集料進(jìn)行控制使其不離析，不推擠；同時FA檢驗防止細(xì)集料出現(xiàn)“駝峰級配”。 缺點： 1模型：平面三圓模型，與實際狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。 2嵌擠點控制和級配參數(shù)計算采用的都是標(biāo)準(zhǔn)篩孔值； 3沒有考慮礦粉的填充作用。 級配對瀝青混合料性能影響機(jī)理瀝青混合料的級配組成對瀝青混合料的性質(zhì)和路用性能有直接影響。 礦料的級配組成影響到水泥混凝土或者瀝青混合料的強(qiáng)度、耐久性和施工和易性。機(jī)理： 在以瀝青作為膠結(jié)材料的瀝青混合料中，粗集料分布在由細(xì)

12、集料和瀝青組成的瀝青漿中，而細(xì)集料又分布在瀝青與礦粉構(gòu)成的瀝青漿中，形成具有一定內(nèi)摩阻力和黏聚力的多級空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于各材料用量不同，壓實后礦料顆粒分布狀態(tài)、剩余空隙率不同，形成不同組成結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致瀝青混合料在使用時表現(xiàn)出不同性質(zhì)。瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型 懸浮密實結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)類型 骨架空隙結(jié)構(gòu) 骨架密實結(jié)構(gòu)懸浮密實結(jié)構(gòu)特點： 粗顆粒之間不能直接接觸，也不能相互支撐形成嵌擠結(jié)構(gòu)，處于彼此分離懸浮于較小顆粒和瀝青膠漿中間優(yōu)點 瀝青混合料密實程度高、空隙率低，因此瀝青混合料具有水穩(wěn)定性好、低溫抗裂性和耐久性好的特點。 缺點： 該結(jié)構(gòu)處于一種懸浮狀態(tài)，整個混合料缺少粗集料顆粒骨架支撐作用，所以高溫使用時，容易產(chǎn)生變形，形成車轍造成高溫穩(wěn)定性降低骨架空隙結(jié)構(gòu)特點： 粗粒徑顆粒相互接觸，形成嵌擠骨架；細(xì)顆粒少， 粗顆粒形成的骨架空隙無法填充，混合料中留有較 多空隙。 優(yōu)點： 具有較高的強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性，依靠粗集料形成的骨架可防止高溫季節(jié)混合料變形，減緩路面車轍的形成。缺點： 壓實后有較多空隙容易引起瀝青老化或?qū)⒌V料粘附性變差，使混合料耐久性下降骨架密實結(jié)構(gòu)特點： 粗顆粒相互支撐嵌擠形成骨架，細(xì)顆粒填充骨架空隙中間，使整個礦料結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)密實狀態(tài)。優(yōu)點： 具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐疲勞性能、耐老化性能，而且具有良好的水穩(wěn)定性總結(jié)粗、細(xì)級配瀝青混合