2.4矿质混合料组成设计.ppt

教学目标 矿质混合料组成设计各种矿料用量的调整 清楚矿质混合料理论级配的含义 能够绘制级配范围曲线 学会矿质混合料组成设计方法 能用试算法和图解法设计矿质混合料 矿质混合料的级配理论和级配曲线的绘制 矿质混合料组成设计方法 教学重点 教学难点 第四节矿质混合料组成设计 第四节矿质混合料组成设计 级配理论和级配曲线范围 观看动画 例题 级配理论 最大密度曲线理论 用于计算连续级配 最大密度曲线的n幂公式 级配曲线范围的绘制 矿质混合料的组成设计方法 试算法 例题 图解法 观看动画 观看动画 或 级配范围习题 连续级配 表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例情况 集料的颗粒由大到小逐级都有 例如天然河卵石即属连续级配 级配曲线是一条光滑的抛物线 表示集料的粗细分级不同粒径颗粒搭配的比例情况 集料缺中间一级或几级所形成的级配 在级配曲线上有一条或几条水平线 间断级配 或 最大密度曲线理论 式中 p 各级颗粒粒径集料的通过量 d 矿质混合料各级颗粒粒径 mm k 常数 当d D时 p 100 故求任一级颗粒粒径d的通过量p时 经过大量试验而得到的一种理论 该理论认为 矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线 则其密度愈大 最大密度理想曲线可用粒径 d 与通过量 p 表示为 p2 kd 式中 p d和D 意义同前 n 试验指数 n幂公式 在实际应用中 研究认为矿质混合料的级配曲线应该允许在一定范围内波动 其范围 n幂指数常 在0 3 0 7之间 目前多采用n次幂的通式表达 1 各种颗粒粒径在横坐标上的位置确定方法 确定横坐标的长度S 确定横坐标的对数间距系数式中 S 给定的横坐标长度 mm 集料的最大粒径 mm 集料的最小粒径 mm 各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置式中Sx 各筛孔距0 16mm筛孔距离 mm DX 需要计算的颗粒粒径 mm 级配曲线范围的绘制 半对数坐标即横坐标颗粒粒径 筛孔尺寸 用对数坐标 纵坐标通过 或存留 百分率用算术坐标 绘制方法 例题绘制筛孔径为30 20 10 5 2 5 1 25 0 63 0 315 0 16mm 横坐标为100mm 试验指数n 0 3 0 5级配范围曲线图 解 确定各筛孔在横坐标上的位置 确定级配曲线范围根据泰波公式 绘制级配范围曲线图 理论级配曲线各级粒径通过百分率 几种矿质集料配制成一种有一定级配要求的混合料 在确定各种矿质集料的用量时 先找出各种矿质集料分计筛余百分率最大的筛孔径 占优势粒径 并按照所确定的筛孔径进行试算 最终确定出各种矿质集料在混合料中的用量 试算法 基本原理 计算方法 设有A B C三种集料 需配制成级配为M的混合料 求A B C集料在混合料中的用量比例X Y Z x y z 100 1 aA i x aB i y aC i z aM i 2 式中 x y z A B C三种集料在混合料中的用量比例 aA i aB i aC i A B C三种集料在 i mm筛孔的分计筛余量 aM i 级配为M的混合料在 i mm筛孔的分计筛余量 计算次序 先计算粗料 再计算细料 最后计算中间料 根据题意有 计算步骤 1 计算A料在混合料中的用量 按A料占优势粒径计算 设A料在 i mm筛孔占优势 此时忽略B C两种集料在此粒径的含量 即aB i aC i 0 故aA i x aM i 2 计算C料在混合料中的用量 按C料占优势粒径计算 设C料在 j mm筛孔占优势 此时忽略A B两种集料在此粒径的含量 即aA j aB j 0 故aC j z aM j 3 计算B料在混合料中的用量 y 100 x z 现有碎石 石屑和矿粉三种矿质材料 筛分结果按分计筛余列于表1 要求配制成AC 13级配要求的混合料 求碎石 石屑和矿粉三种材料在混合料中的用量比例 原有集料的分计筛余和混合料要求级配范围表1 试算法例题 解 1 计算AC 13级配范围的分计筛余百分率中值表2 2 计算碎石在混合料中的用量碎石在4 75mm筛孔占优势 分计筛余百分率最大 令aB 4 75 aC 4 75 0 因此 3 计算矿粉在混合料中的用量矿粉在 0 075mm筛孔占优势 分计筛余百分率最大 令aA 0 075 aB 0 075 0 因此 4 计算石屑在混合料中的用量5 列表校核 矿质混合料组成计算和校核表 根据以上计算得到矿质混合料的组成配合比为 碎石X 41 6 石屑Y 51 5 矿粉Z 6 9 注意 如不符合级配范围要求应调整矿料配合比至达到要求为止 1 绘制级配曲线图在设计说明书上绘一长方形图框并联接对角线 纵坐标为通过百分率 按算术标尺绘制 0 100 横坐标为各筛孔位置 按照级配中值要求的各筛孔通过百分率位置 从纵坐标引平行线和对角线相交 从交点向下作垂线 垂足位置就是各相应筛孔位置 图解法 1 已知条件 1 所用集料筛分后的各级粒径通过百分率 2 技术规范 或理论级配 要求的级配范围 且求出级配范围的通过百分率中间值 2 设计步骤 2 确定各种集料用量把所用集料的通过量绘在级配曲线坐标图上 按照所用集料的级配曲线相互间的关系 确定所用集料在混合料中的用量 第一条曲线与第二条曲线相互搭接时 在两条级配曲线之间各引一垂直于横坐标的直线并且平分 使a a 与对角线相交于交点M 通过 作一水平线与纵坐标交于 点 OP即为集料 的用量 将前一集料曲线末端与后一集料曲线首端作垂线相连 与对角线相交于交点 通过 点作一水平线与纵坐标相交于 点 PQ为集料 的用量 三种情况 两相邻级配曲线重叠 两相邻级配曲线相接 两相邻级配曲线相离 按照图解法求得的各种集料用量 列表校核计算所得合成级配是否符合要求 超出级配范围时 应调整各种集料在混合料中的用量 集料C的末端与集料D的首端相互分离 作一垂直线平分相离开的距离 b b 垂线与对角线相交于点R 过R作一水平线与纵坐标相交于S点 QS即为C料用量 剩余S T即为D料用量 3 校核 现有碎石 细碎石 砂 矿粉四种矿料 其筛分试验通过百分率及要求的级配范围中值结果如下 试用图解法将其配制成LH 20 型沥青混合料 各种矿料筛分结果 图解法例题 解 1 作图确定各种矿料在混合料中的用量 LH 20 型沥青混合料级配范围及中值表2 2 列表校核 注 中数字为调整后用量 调整后各筛孔都满足级配要求 小结 通过讲授矿质混合料的级配理论 知道集料中各种粒径的颗粒搭配比例不同 其密实度存在差异 当各种矿料颗粒搭配比例合理时 混合料具有最大的密实度 此时其筛分曲线为抛物线 最大密度曲线的n幂公式指出矿质混合料最大密度的范围 给实际应用带来了很大方便 混合料组成设计中的试算法适用于三种矿料组成的混合料 图解法适用于多种矿料组成的混合料组成的混合料 最大密度曲线和级配范围曲线各级粒径通过百分率 贝雷级配分析法 主要应用于多级嵌挤密级配沥青混合料的配合比设计 它考虑了粗细集料的分界尺寸 集料的装填特性等 集料的分界尺寸 集料的控制粒径尺寸dk是形成嵌挤结构的第一级分界点 粗 细集料是相对概念 大于dk为粗集料 其中大于D 2部分集料的粗集料较粗 从D 2到dk部分集料的粗集料较细 小于dk为细集料 dn是集料的公称最大粒径 D是集料的最大粒径 粗 细集料的分界尺寸dk 贝雷级配分析法 集料的分界尺寸d1和d2 细集料的第一分界尺寸d1 细集料的第二分界尺寸d2 细集料按颗粒大小不同 分为较粗部分 dn 4 dn 16 较细部分 dn 16 dn 64 更细部分 dn 64 0 dn是集料的公称最大粒径 指集料可能全部通过或允许有少量不通过 一般容许筛余不超过10 的最小标准筛筛孔尺寸 通常比集料最大粒径小一个粒级 D是集料最大粒径 指集料的100 都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸 贝雷级配分析法 沥青路面及各类基层集料的粒径均以方孔标准筛为准 标准筛筛孔尺寸依次为75mm 63mm 53mm 37 5mm 31 5mm 26 5mm 19mm 16mm 13 2mm 9 5mm 4 75mm 2 36mm 1 18mm 0 6mm 0 3mm 0 15mm 0 075mm 贝雷级配分析法 粗 细集料的装填特性 混合料强度的主要来源是嵌锁力 嵌锁力取决于装填密度和压实功 嵌锁力下限是装填密度达到松装密度的95 105 嵌锁力上限相当于110 的松装密度 越靠近紧装密度 达到一定密实度所需的压实功越大 粗集料骨架的空隙由细集料填充 细集料的体积不应大于粗集料骨架空隙 空隙中细集料达到紧装密度时 混合料可获得最大稳定性 细集料能否达到紧装密度状态取决于压实功的大小 贝雷级配分析法 多级嵌挤密级配的评价 粗集料比 改变粗集料中较细部分与较粗部分的比例 可改变集料的空隙率 从而影响粗集料的骨架结构 当CA值较小 即粗集料中的较细部分 PD 2 Pdk 较少 集料容易产生离析 随CA增加 粗集料中的较细部分将较粗部分的骨架推开 产生干涉作用 虽不离析 但难于压实 通常CA较高的级配曲线呈S形 根据工程实践 密级配混合料的CA在0 4 0 8之间较合适 贝雷级配分析法 多级嵌挤密级配的评价 细集料比FAC和