矿料级配设计理论

1、LOGO矿料级配设计理论矿料级配设计理论 矿料的级配矿料的级配1.概念概念矿料的级配组成是指矿料中不同粒径的粒料相互之间的比例关系，通常称为矿料矿料的级配组成是指矿料中不同粒径的粒料相互之间的比例关系，通常称为矿料级配或简称级配。级配通常以不同粒径粒料的质量百分率来表示。级配或简称级配。级配通常以不同粒径粒料的质量百分率来表示。2.级配原则及目的级配原则及目的合理地确定矿质集料的级配组成是沥青混合料的组成设计中一个重要内容，一种合理地确定矿质集料的级配组成是沥青混合料的组成设计中一个重要内容，一种良好的矿料级配组成，应该使其良好的矿料级配组成，应该使其孔隙率孔隙率在热稳定性容许的条件下为在热稳

2、定性容许的条件下为最小最小，同时应，同时应具有具有充分的矿料比表面积充分的矿料比表面积，以形成足够的结构沥青裹覆矿料颗粒，从而保证矿料，以形成足够的结构沥青裹覆矿料颗粒，从而保证矿料颗粒之间处于最紧密的状态并为矿料与沥青之间的相互作用创造良好条件，使沥颗粒之间处于最紧密的状态并为矿料与沥青之间的相互作用创造良好条件，使沥青混合料最大限度地发挥其结构强度效应，获得最佳的使用品质青混合料最大限度地发挥其结构强度效应，获得最佳的使用品质。 矿料级配类型矿料级配类型1.连续级配连续级配 连续级配是指矿料各级粒径的矿料，由大到小逐级按一定的重量比例组成的一连续级配是指矿料各级粒径的矿料，由大到小逐级按一

3、定的重量比例组成的一种矿质混合料，其级配曲线平顺圆滑，具有连续的性质。根据各级粒料的含量不同种矿质混合料，其级配曲线平顺圆滑，具有连续的性质。根据各级粒料的含量不同，连续级配可以分为连续密级配和连续开级配。，连续级配可以分为连续密级配和连续开级配。1.1连续密级配连续密级配连续密级配矿料密实度较大，但由于其中粗集料含量较少，且由于各级粒料都有连续密级配矿料密实度较大，但由于其中粗集料含量较少，且由于各级粒料都有一定的数量，造成各级较大的颗粒都被较小的颗粒推挤开，因此矿料无法形成骨架一定的数量，造成各级较大的颗粒都被较小的颗粒推挤开，因此矿料无法形成骨架结构，粗集料悬浮于较小的颗粒之中。这种矿料

4、级配的强度特性取决于黏聚力，高结构，粗集料悬浮于较小的颗粒之中。这种矿料级配的强度特性取决于黏聚力，高温重载条件下容易出现热稳定性不足引起的路面病害。温重载条件下容易出现热稳定性不足引起的路面病害。1.2连续开级配连续开级配粗集料含量相对于密级配沥青混合料有所增加，其粗集料可以形成骨架作用，但粗集料含量相对于密级配沥青混合料有所增加，其粗集料可以形成骨架作用，但由于细集料含量很少，所以无法充分填充粗集料之间的空隙，是沥青混合料孔隙率由于细集料含量很少，所以无法充分填充粗集料之间的空隙，是沥青混合料孔隙率较大。这种矿料级配强度特性取决于内摩阻力，热稳定好，但耐久性较差。较大。这种矿料级配强度特性

5、取决于内摩阻力，热稳定好，但耐久性较差。 矿料级配类型矿料级配类型2.间断级配间断级配 间断级配是指矿料组成中大小颗粒不连续存在，而在某一个或某几个粒径范围内没间断级配是指矿料组成中大小颗粒不连续存在，而在某一个或某几个粒径范围内没有或者有很少矿料颗粒所组成的一种矿质混合料。这种矿质混合料既有足够的粗集料形有或者有很少矿料颗粒所组成的一种矿质混合料。这种矿质混合料既有足够的粗集料形成骨架，又有较多的细集料填充骨架空隙。成骨架，又有较多的细集料填充骨架空隙。 不同类型矿料级配曲线不同类型矿料级配曲线 矿料级配理论矿料级配理论级配理论发源于我国的垛积理论，但由于理论模型与实际情况的差异，这一理论级

6、配理论发源于我国的垛积理论，但由于理论模型与实际情况的差异，这一理论在级配应用上并没有得到发展。目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论和离子在级配应用上并没有得到发展。目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论和离子干涉理论。干涉理论。1.最大密度曲线理论（最大密度曲线理论（Fuller）最大密度曲线理论是通过实验提出一种理想曲线，当矿料按照最大密度曲线组成最大密度曲线理论是通过实验提出一种理想曲线，当矿料按照最大密度曲线组成时，密度最大。该理论主要用于计算连续级配。时，密度最大。该理论主要用于计算连续级配。2.粒子干涉理论（粒子干涉理论（Weymouth)粒子干涉理论认为，粒子干涉理论认为，

7、为达到最大密度，前一级颗粒之间的空隙，应由下一级颗粒为达到最大密度，前一级颗粒之间的空隙，应由下一级颗粒所填充，其余空隙又由次小颗粒所填充所填充，其余空隙又由次小颗粒所填充;但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙之间的距但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙之间的距离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象。该理论不仅可以用于计算连续级配，而且。该理论不仅可以用于计算连续级配，而且可以用于计算间断级配。可以用于计算间断级配。 矿料级配计算方法矿料级配计算方法1.连续级配连续级配传统的连续级配的计算方法是在传统的连续级配的计算方法是在20世纪初，由美国学者世纪初，由美国学者Full

8、er根据最大密度理论根据最大密度理论提出的，该理论认为当矿料的级配曲线为为抛物线时，即符合式提出的，该理论认为当矿料的级配曲线为为抛物线时，即符合式(1)时，混合料可以时，混合料可以达到最大密实度状态。达到最大密实度状态。 其中：其中： 为筛孔直径为为筛孔直径为d的通过量；的通过量；D为最大粒径。为最大粒径。FULLER曲线成为了各种级配曲线组成形式的理论基础，如泰波改进的曲线成为了各种级配曲线组成形式的理论基础，如泰波改进的n法、林秀法、林秀贤的贤的i法、前苏联的法、前苏联的k法等。法等。 ) 1.()Dd(P5 . 0ddP 矿料级配计算方法矿料级配计算方法1.11.1泰波泰波n n法法泰

9、波认为富勒公式是一种理想的级配曲线，实际上要获得最大密度会有一定的波泰波认为富勒公式是一种理想的级配曲线，实际上要获得最大密度会有一定的波范围，于是于是将富勒公式改成如下表达式：范围，于是于是将富勒公式改成如下表达式：泰波根据理论分析和试验认为，当泰波根据理论分析和试验认为，当n=0. 250. 35，集料可以获得最大密度。，集料可以获得最大密度。日本的研究认为，当日本的研究认为，当n=0. 350. 45，集料级配最好。美国，集料级配最好。美国Superpave沥青沥青混合料设计规范规定，集料级配曲线指数应取混合料设计规范规定，集料级配曲线指数应取0. 45 。)2.()Dd(Pnd 矿料级

10、配计算方法矿料级配计算方法1.2林绣贤林绣贤i法法林绣贤提出当颗粒粒径以林绣贤提出当颗粒粒径以1/2递减时直接采用递减时直接采用“通过百分率递减系数通过百分率递减系数i为参数为参数”的矿的矿料级配组成计算方法（简称料级配组成计算方法（简称i法）。即当矿料中最大粒径为法）。即当矿料中最大粒径为D1时时,其通过率为其通过率为100%，的的D2=D1/2时其通过率为时其通过率为以公式表示，则为：以公式表示，则为：式中：式中：Px当粒径按当粒径按1/2递减时，矿料在第递减时，矿料在第x级筛的通过百分率；级筛的通过百分率； x矿料粒径的级数，最大粒径为矿料粒径的级数，最大粒径为D1时，时，x=1，则，则

11、D1/2时，时，x=2； i通过百分率的递减系数。通过百分率的递减系数。i=0.650.75时可以得到比较密实和使用效果满意的混合料。时可以得到比较密实和使用效果满意的混合料。%i10021xxi100P 矿料级配计算方法矿料级配计算方法2.间断级配间断级配间断级配的计算方法以间断级配的计算方法以Weymouth粒子干涉理论为基础，发展而成的设计方法有粒子干涉理论为基础，发展而成的设计方法有贝雷法、贝雷法、粗集料体积设计方法粗集料体积设计方法(CAVF)、多碎石沥青混凝土、多碎石沥青混凝土(SAC)级配设计方法以及级配设计方法以及多级嵌挤密实级配设计方法多级嵌挤密实级配设计方法（MDBG）。）

12、。2.1贝雷法贝雷法贝雷法是由伊利诺州交通部的罗伯特贝雷法是由伊利诺州交通部的罗伯特贝雷（贝雷（Robert Bailey）发明的。其思路是）发明的。其思路是将矿料分为形成骨架的粗集料和填充孔隙的细集料，而粗细集料的分界筛孔尺寸随公将矿料分为形成骨架的粗集料和填充孔隙的细集料，而粗细集料的分界筛孔尺寸随公称最大粒径而变。称最大粒径而变。由于采用贝雷法设计集料配合比时十分复杂，因而国内常用贝雷法进行级配的检验由于采用贝雷法设计集料配合比时十分复杂，因而国内常用贝雷法进行级配的检验。 矿料级配计算方法矿料级配计算方法2.2粗集料体积设计方法粗集料体积设计方法(CAVF)粗集料体积设计方法是张肖宁等

13、在粗集料体积设计方法是张肖宁等在1995年提出来的，其设计思路是：首先实测主年提出来的，其设计思路是：首先实测主骨架颗粒的空隙率，计算其孔隙体积。使细集料体积、沥青体积、矿粉体积及沥青混骨架颗粒的空隙率，计算其孔隙体积。使细集料体积、沥青体积、矿粉体积及沥青混合料最终设计空隙体积之总和等于骨架空隙体积。合料最终设计空隙体积之总和等于骨架空隙体积。CAVF法即强调主骨架的充分嵌挤法即强调主骨架的充分嵌挤作用，又充分利用细集料的填充、粘结作用，把嵌挤原则和填充原则有机结合起来。作用，又充分利用细集料的填充、粘结作用，把嵌挤原则和填充原则有机结合起来。2.3多碎石沥青混凝土多碎石沥青混凝土(SAC)

14、级配设计方法级配设计方法SAC矿料级配设计方法是沙庆林院士提出的，其基本原理与矿料级配设计方法是沙庆林院士提出的，其基本原理与CAVF法一致。法一致。SAC将矿料分为三部分：一部分是粗颗粒；第二部分是细颗粒；第三部分是填料。粗细颗将矿料分为三部分：一部分是粗颗粒；第二部分是细颗粒；第三部分是填料。粗细颗粒的分界线统一定为粒的分界线统一定为4.75 mm。最大粒径。最大粒径Dmax4.75 mm为粗颗粒，为粗颗粒，4.750.075 mm为细颗粒，小于为细颗粒，小于0.075 mm为填料。所以，其矿料级配计算也为填料。所以，其矿料级配计算也分别按粗颗粒和细颗粒（事先确定填料含量）两部分进行分别按粗颗粒和细颗粒（事先确定填料含量）两部分进行