礦料級(jí)配設(shè)計(jì)理論

1、LOGO礦料級(jí)配設(shè)計(jì)理論礦料級(jí)配設(shè)計(jì)理論 礦料的級(jí)配礦料的級(jí)配1.概念概念礦料的級(jí)配組成是指礦料中不同粒徑的粒料相互之間的比例關(guān)系，通常稱為礦料礦料的級(jí)配組成是指礦料中不同粒徑的粒料相互之間的比例關(guān)系，通常稱為礦料級(jí)配或簡(jiǎn)稱級(jí)配。級(jí)配通常以不同粒徑粒料的質(zhì)量百分率來(lái)表示。級(jí)配或簡(jiǎn)稱級(jí)配。級(jí)配通常以不同粒徑粒料的質(zhì)量百分率來(lái)表示。2.級(jí)配原則及目的級(jí)配原則及目的合理地確定礦質(zhì)集料的級(jí)配組成是瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)中一個(gè)重要內(nèi)容，一種合理地確定礦質(zhì)集料的級(jí)配組成是瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)中一個(gè)重要內(nèi)容，一種良好的礦料級(jí)配組成，應(yīng)該使其良好的礦料級(jí)配組成，應(yīng)該使其孔隙率孔隙率在熱穩(wěn)定性容許的條件下為在熱穩(wěn)

2、定性容許的條件下為最小最小，同時(shí)應(yīng)，同時(shí)應(yīng)具有具有充分的礦料比表面積充分的礦料比表面積，以形成足夠的結(jié)構(gòu)瀝青裹覆礦料顆粒，從而保證礦料，以形成足夠的結(jié)構(gòu)瀝青裹覆礦料顆粒，從而保證礦料顆粒之間處于最緊密的狀態(tài)并為礦料與瀝青之間的相互作用創(chuàng)造良好條件，使瀝顆粒之間處于最緊密的狀態(tài)并為礦料與瀝青之間的相互作用創(chuàng)造良好條件，使瀝青混合料最大限度地發(fā)揮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度效應(yīng)，獲得最佳的使用品質(zhì)青混合料最大限度地發(fā)揮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度效應(yīng)，獲得最佳的使用品質(zhì)。 礦料級(jí)配類型礦料級(jí)配類型1.連續(xù)級(jí)配連續(xù)級(jí)配 連續(xù)級(jí)配是指礦料各級(jí)粒徑的礦料，由大到小逐級(jí)按一定的重量比例組成的一連續(xù)級(jí)配是指礦料各級(jí)粒徑的礦料，由大到小逐級(jí)按一

3、定的重量比例組成的一種礦質(zhì)混合料，其級(jí)配曲線平順圓滑，具有連續(xù)的性質(zhì)。根據(jù)各級(jí)粒料的含量不同種礦質(zhì)混合料，其級(jí)配曲線平順圓滑，具有連續(xù)的性質(zhì)。根據(jù)各級(jí)粒料的含量不同，連續(xù)級(jí)配可以分為連續(xù)密級(jí)配和連續(xù)開(kāi)級(jí)配。，連續(xù)級(jí)配可以分為連續(xù)密級(jí)配和連續(xù)開(kāi)級(jí)配。1.1連續(xù)密級(jí)配連續(xù)密級(jí)配連續(xù)密級(jí)配礦料密實(shí)度較大，但由于其中粗集料含量較少，且由于各級(jí)粒料都有連續(xù)密級(jí)配礦料密實(shí)度較大，但由于其中粗集料含量較少，且由于各級(jí)粒料都有一定的數(shù)量，造成各級(jí)較大的顆粒都被較小的顆粒推擠開(kāi)，因此礦料無(wú)法形成骨架一定的數(shù)量，造成各級(jí)較大的顆粒都被較小的顆粒推擠開(kāi)，因此礦料無(wú)法形成骨架結(jié)構(gòu)，粗集料懸浮于較小的顆粒之中。這種礦料

4、級(jí)配的強(qiáng)度特性取決于黏聚力，高結(jié)構(gòu)，粗集料懸浮于較小的顆粒之中。這種礦料級(jí)配的強(qiáng)度特性取決于黏聚力，高溫重載條件下容易出現(xiàn)熱穩(wěn)定性不足引起的路面病害。溫重載條件下容易出現(xiàn)熱穩(wěn)定性不足引起的路面病害。1.2連續(xù)開(kāi)級(jí)配連續(xù)開(kāi)級(jí)配粗集料含量相對(duì)于密級(jí)配瀝青混合料有所增加，其粗集料可以形成骨架作用，但粗集料含量相對(duì)于密級(jí)配瀝青混合料有所增加，其粗集料可以形成骨架作用，但由于細(xì)集料含量很少，所以無(wú)法充分填充粗集料之間的空隙，是瀝青混合料孔隙率由于細(xì)集料含量很少，所以無(wú)法充分填充粗集料之間的空隙，是瀝青混合料孔隙率較大。這種礦料級(jí)配強(qiáng)度特性取決于內(nèi)摩阻力，熱穩(wěn)定好，但耐久性較差。較大。這種礦料級(jí)配強(qiáng)度特性

5、取決于內(nèi)摩阻力，熱穩(wěn)定好，但耐久性較差。 礦料級(jí)配類型礦料級(jí)配類型2.間斷級(jí)配間斷級(jí)配 間斷級(jí)配是指礦料組成中大小顆粒不連續(xù)存在，而在某一個(gè)或某幾個(gè)粒徑范圍內(nèi)沒(méi)間斷級(jí)配是指礦料組成中大小顆粒不連續(xù)存在，而在某一個(gè)或某幾個(gè)粒徑范圍內(nèi)沒(méi)有或者有很少礦料顆粒所組成的一種礦質(zhì)混合料。這種礦質(zhì)混合料既有足夠的粗集料形有或者有很少礦料顆粒所組成的一種礦質(zhì)混合料。這種礦質(zhì)混合料既有足夠的粗集料形成骨架，又有較多的細(xì)集料填充骨架空隙。成骨架，又有較多的細(xì)集料填充骨架空隙。 不同類型礦料級(jí)配曲線不同類型礦料級(jí)配曲線 礦料級(jí)配理論礦料級(jí)配理論級(jí)配理論發(fā)源于我國(guó)的垛積理論，但由于理論模型與實(shí)際情況的差異，這一理論級(jí)

6、配理論發(fā)源于我國(guó)的垛積理論，但由于理論模型與實(shí)際情況的差異，這一理論在級(jí)配應(yīng)用上并沒(méi)有得到發(fā)展。目前常用的級(jí)配理論主要有最大密度曲線理論和離子在級(jí)配應(yīng)用上并沒(méi)有得到發(fā)展。目前常用的級(jí)配理論主要有最大密度曲線理論和離子干涉理論。干涉理論。1.最大密度曲線理論（最大密度曲線理論（Fuller）最大密度曲線理論是通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出一種理想曲線，當(dāng)?shù)V料按照最大密度曲線組成最大密度曲線理論是通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出一種理想曲線，當(dāng)?shù)V料按照最大密度曲線組成時(shí)，密度最大。該理論主要用于計(jì)算連續(xù)級(jí)配。時(shí)，密度最大。該理論主要用于計(jì)算連續(xù)級(jí)配。2.粒子干涉理論（粒子干涉理論（Weymouth)粒子干涉理論認(rèn)為，粒子干涉理論認(rèn)為，

7、為達(dá)到最大密度，前一級(jí)顆粒之間的空隙，應(yīng)由下一級(jí)顆粒為達(dá)到最大密度，前一級(jí)顆粒之間的空隙，應(yīng)由下一級(jí)顆粒所填充，其余空隙又由次小顆粒所填充所填充，其余空隙又由次小顆粒所填充;但填隙的顆粒粒徑不得大于其間隙之間的距但填隙的顆粒粒徑不得大于其間隙之間的距離，否則大小顆粒之間勢(shì)必發(fā)生干涉現(xiàn)象離，否則大小顆粒之間勢(shì)必發(fā)生干涉現(xiàn)象。該理論不僅可以用于計(jì)算連續(xù)級(jí)配，而且。該理論不僅可以用于計(jì)算連續(xù)級(jí)配，而且可以用于計(jì)算間斷級(jí)配?？梢杂糜谟?jì)算間斷級(jí)配。 礦料級(jí)配計(jì)算方法礦料級(jí)配計(jì)算方法1.連續(xù)級(jí)配連續(xù)級(jí)配傳統(tǒng)的連續(xù)級(jí)配的計(jì)算方法是在傳統(tǒng)的連續(xù)級(jí)配的計(jì)算方法是在20世紀(jì)初，由美國(guó)學(xué)者世紀(jì)初，由美國(guó)學(xué)者Full

8、er根據(jù)最大密度理論根據(jù)最大密度理論提出的，該理論認(rèn)為當(dāng)?shù)V料的級(jí)配曲線為為拋物線時(shí)，即符合式提出的，該理論認(rèn)為當(dāng)?shù)V料的級(jí)配曲線為為拋物線時(shí)，即符合式(1)時(shí)，混合料可以時(shí)，混合料可以達(dá)到最大密實(shí)度狀態(tài)。達(dá)到最大密實(shí)度狀態(tài)。 其中：其中： 為篩孔直徑為為篩孔直徑為d的通過(guò)量；的通過(guò)量；D為最大粒徑。為最大粒徑。FULLER曲線成為了各種級(jí)配曲線組成形式的理論基礎(chǔ)，如泰波改進(jìn)的曲線成為了各種級(jí)配曲線組成形式的理論基礎(chǔ)，如泰波改進(jìn)的n法、林秀法、林秀賢的賢的i法、前蘇聯(lián)的法、前蘇聯(lián)的k法等。法等。 ) 1.()Dd(P5 . 0ddP 礦料級(jí)配計(jì)算方法礦料級(jí)配計(jì)算方法1.11.1泰波泰波n n法法泰

9、波認(rèn)為富勒公式是一種理想的級(jí)配曲線，實(shí)際上要獲得最大密度會(huì)有一定的波泰波認(rèn)為富勒公式是一種理想的級(jí)配曲線，實(shí)際上要獲得最大密度會(huì)有一定的波范圍，于是于是將富勒公式改成如下表達(dá)式：范圍，于是于是將富勒公式改成如下表達(dá)式：泰波根據(jù)理論分析和試驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)泰波根據(jù)理論分析和試驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)n=0. 250. 35，集料可以獲得最大密度。，集料可以獲得最大密度。日本的研究認(rèn)為，當(dāng)日本的研究認(rèn)為，當(dāng)n=0. 350. 45，集料級(jí)配最好。美國(guó)，集料級(jí)配最好。美國(guó)Superpave瀝青瀝青混合料設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，集料級(jí)配曲線指數(shù)應(yīng)取混合料設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，集料級(jí)配曲線指數(shù)應(yīng)取0. 45 。)2.()Dd(Pnd 礦料級(jí)

10、配計(jì)算方法礦料級(jí)配計(jì)算方法1.2林繡賢林繡賢i法法林繡賢提出當(dāng)顆粒粒徑以林繡賢提出當(dāng)顆粒粒徑以1/2遞減時(shí)直接采用遞減時(shí)直接采用“通過(guò)百分率遞減系數(shù)通過(guò)百分率遞減系數(shù)i為參數(shù)為參數(shù)”的礦的礦料級(jí)配組成計(jì)算方法（簡(jiǎn)稱料級(jí)配組成計(jì)算方法（簡(jiǎn)稱i法）。即當(dāng)?shù)V料中最大粒徑為法）。即當(dāng)?shù)V料中最大粒徑為D1時(shí)時(shí),其通過(guò)率為其通過(guò)率為100%，的的D2=D1/2時(shí)其通過(guò)率為時(shí)其通過(guò)率為以公式表示，則為：以公式表示，則為：式中：式中：Px當(dāng)粒徑按當(dāng)粒徑按1/2遞減時(shí)，礦料在第遞減時(shí)，礦料在第x級(jí)篩的通過(guò)百分率；級(jí)篩的通過(guò)百分率； x礦料粒徑的級(jí)數(shù)，最大粒徑為礦料粒徑的級(jí)數(shù)，最大粒徑為D1時(shí)，時(shí)，x=1，則，則

11、D1/2時(shí)，時(shí)，x=2； i通過(guò)百分率的遞減系數(shù)。通過(guò)百分率的遞減系數(shù)。i=0.650.75時(shí)可以得到比較密實(shí)和使用效果滿意的混合料。時(shí)可以得到比較密實(shí)和使用效果滿意的混合料。%i10021xxi100P 礦料級(jí)配計(jì)算方法礦料級(jí)配計(jì)算方法2.間斷級(jí)配間斷級(jí)配間斷級(jí)配的計(jì)算方法以間斷級(jí)配的計(jì)算方法以Weymouth粒子干涉理論為基礎(chǔ)，發(fā)展而成的設(shè)計(jì)方法有粒子干涉理論為基礎(chǔ)，發(fā)展而成的設(shè)計(jì)方法有貝雷法、貝雷法、粗集料體積設(shè)計(jì)方法粗集料體積設(shè)計(jì)方法(CAVF)、多碎石瀝青混凝土、多碎石瀝青混凝土(SAC)級(jí)配設(shè)計(jì)方法以及級(jí)配設(shè)計(jì)方法以及多級(jí)嵌擠密實(shí)級(jí)配設(shè)計(jì)方法多級(jí)嵌擠密實(shí)級(jí)配設(shè)計(jì)方法（MDBG）。）

12、。2.1貝雷法貝雷法貝雷法是由伊利諾州交通部的羅伯特貝雷法是由伊利諾州交通部的羅伯特貝雷（貝雷（Robert Bailey）發(fā)明的。其思路是）發(fā)明的。其思路是將礦料分為形成骨架的粗集料和填充孔隙的細(xì)集料，而粗細(xì)集料的分界篩孔尺寸隨公將礦料分為形成骨架的粗集料和填充孔隙的細(xì)集料，而粗細(xì)集料的分界篩孔尺寸隨公稱最大粒徑而變。稱最大粒徑而變。由于采用貝雷法設(shè)計(jì)集料配合比時(shí)十分復(fù)雜，因而國(guó)內(nèi)常用貝雷法進(jìn)行級(jí)配的檢驗(yàn)由于采用貝雷法設(shè)計(jì)集料配合比時(shí)十分復(fù)雜，因而國(guó)內(nèi)常用貝雷法進(jìn)行級(jí)配的檢驗(yàn)。 礦料級(jí)配計(jì)算方法礦料級(jí)配計(jì)算方法2.2粗集料體積設(shè)計(jì)方法粗集料體積設(shè)計(jì)方法(CAVF)粗集料體積設(shè)計(jì)方法是張肖寧等

13、在粗集料體積設(shè)計(jì)方法是張肖寧等在1995年提出來(lái)的，其設(shè)計(jì)思路是：首先實(shí)測(cè)主年提出來(lái)的，其設(shè)計(jì)思路是：首先實(shí)測(cè)主骨架顆粒的空隙率，計(jì)算其孔隙體積。使細(xì)集料體積、瀝青體積、礦粉體積及瀝青混骨架顆粒的空隙率，計(jì)算其孔隙體積。使細(xì)集料體積、瀝青體積、礦粉體積及瀝青混合料最終設(shè)計(jì)空隙體積之總和等于骨架空隙體積。合料最終設(shè)計(jì)空隙體積之總和等于骨架空隙體積。CAVF法即強(qiáng)調(diào)主骨架的充分嵌擠法即強(qiáng)調(diào)主骨架的充分嵌擠作用，又充分利用細(xì)集料的填充、粘結(jié)作用，把嵌擠原則和填充原則有機(jī)結(jié)合起來(lái)。作用，又充分利用細(xì)集料的填充、粘結(jié)作用，把嵌擠原則和填充原則有機(jī)結(jié)合起來(lái)。2.3多碎石瀝青混凝土多碎石瀝青混凝土(SAC)

14、級(jí)配設(shè)計(jì)方法級(jí)配設(shè)計(jì)方法SAC礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法是沙慶林院士提出的，其基本原理與礦料級(jí)配設(shè)計(jì)方法是沙慶林院士提出的，其基本原理與CAVF法一致。法一致。SAC將礦料分為三部分：一部分是粗顆粒；第二部分是細(xì)顆粒；第三部分是填料。粗細(xì)顆將礦料分為三部分：一部分是粗顆粒；第二部分是細(xì)顆粒；第三部分是填料。粗細(xì)顆粒的分界線統(tǒng)一定為粒的分界線統(tǒng)一定為4.75 mm。最大粒徑。最大粒徑Dmax4.75 mm為粗顆粒，為粗顆粒，4.750.075 mm為細(xì)顆粒，小于為細(xì)顆粒，小于0.075 mm為填料。所以，其礦料級(jí)配計(jì)算也為填料。所以，其礦料級(jí)配計(jì)算也分別按粗顆粒和細(xì)顆粒（事先確定填料含量）兩部分進(jìn)行分別按粗顆粒和細(xì)顆粒（事先確定填料含量）兩部分進(jìn)行