矿质混合料的组成设计.ppt

第五节 矿质混合料的组成设计,教学目标 知识教学点 掌握级配范围的确定 掌握级配范围曲线的绘制 能力教学点 能进行级配范围曲线的绘制,概 述,一、级配对混合料的影响：矿料的级配组成影响到水泥混凝土或沥青混合料的强度、耐久性和施工和易性，原因是级配直接决定矿料的密实度和矿料颗粒间内磨阻力。沥青混合料施工和易性是指沥青混合料在施工过程中容易拌和、摊铺和压实的性能。和易性好与差，主要决定于矿料的级配，沥青的品种及用量，施工环境条件以及混合料的性质等。在矿料配制过程中，如粗细集料多，缺少中间粒径，混合料易分层，此时粗粒大部分集中表面，细粒大部分集中底部；如细集料太少，沥青层就不容易均匀的分布在粗颗粒表面，影响粘聚性及密实性；若细集料过多，则拌和困难。当矿粉用量过多，沥青用量少，混合料产生疏松，不易压实。所以，矿料的级配、沥青的品种及沥青用量，是在满足一定强度和变形性质下需通过试验来确定，在施工中不能随意更改。1.在混合料中是以结合料（水泥或沥青）来填充集料的空隙并包裹集料。所以，集料空隙越大，填充集料颗粒空隙所需的结合料越多；集料的总表面积越大，包裹集料颗粒所需的结合料越多。从节约结合料的角度考虑，最好采用空隙较小，总表面积也较小的集料。,概 述,2、若各种粒径的集料颗粒在相互排列时，能够互相嵌锁又互相不干涉，形成紧密多级嵌挤的空间骨架结构，则集料颗粒间将具有较最大的内摩阻力。二、矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：1.最小空隙率：使不同粒径的各级矿质集料按一定的比例 搭配后，应有最大密实度。2.最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各 级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构，且具有最大的摩擦力。三、组成设计的目的：是选配一个具有足够密实度，并且有较高的内摩阻力的矿质混合料。,一、矿质混合料的级配理论,（一）级配类型：（满足最大密实度和最大摩擦力）1、连续级配：是采用标准套筛对某一混合料进行试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有连续性。这种由大到小，逐级粒径均有，按比例互相搭配组成的矿质混合料称之.2、间断级配：在矿质混合料中剔除其一个分级或几个分级而形成一种不连续的混合料，这种混合料称为间断级配混合料.,一、矿质混合料的级配理论,连续级配和间断级配曲线,一、矿质混合料的级配理论,（二）级配理论1.富勒理论（最大密度曲线）:级配曲线为抛物线 时为最大密度曲线，曲线方程为：式中：P通过百分率d欲计算通过百分率的粒径；K 常数。,一、矿质混合料的级配理论,当粒径d等于最大粒径 D 时，则通过量等于100%即 时，将此关系代入 得 当希望计算任何一级颗粒粒径d 的通过量 时，计算公式为:,一、矿质混合料的级配理论,根据最大密度理想曲线的级配组成计算公式，可以计算出某矿料达到最大密度时各级颗粒粒径的通过量。（累计筛余量）但在实际应用过程中，由于矿料在轧制生产过程中的不均匀性，以及混合料在配制时的波动误差等原因，使所配制的混合料难以与理想的理论级配完全吻合一致。因此，必须允许配料时的合成级配可以在一定的范围内波动，从而提出级配范围的概念。,一、矿质混合料的级配理论,2、级配范围曲线泰波理论 认为实际矿料的级配应充许有一定的波动。分别根 据两个不同的指数确定的级配结果，并绘制级配曲线，构成级配范围。公式为：式中：n级配指数.通常取 n=0.30.7之间时，有较好的密实度，当 n=0.5时为抛物线，即为最大密度曲线。,一、矿质混合料的级配理论,泰波级配曲线范围图,二、级配曲线范围的绘制,1.建立半对数坐标的方法（必须采用半对数坐标）：先求出各颗粒粒径（的对数)确定为横坐标。以 P i（通过百分率）为纵坐标.2.将按式 n=0.3-0.7 3.计算所得的各颗粒粒径(di）的通过百分率（pi）绘制在坐标图上，将确定的各点连接为光滑曲线，即为级配曲线范围。4.为应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用规范推荐的矿质混合料级配范围。4.实际级配合成操作时，只要得出的合成级配结果位于要求的级配范围之间，则认为该合成级配基本满足设计级配的要求。,13,复习回顾,讲练结合（105min),师生互动（15min),教学过程设计,新课内容,一、填空题1.矿料的级配组成影响到水泥混凝土或沥青混合料的（）（）和（），原因是级配直接决定矿料的（）和矿料颗粒间（）。因此矿质混合料必须满足（）和（）的要求。2.采用标准套筛对某一混合料进行试验，如所得颗粒具有连续性。这种（）（），按（）互相搭配组成的矿质混合料称连续级配.如果剔除其中一个分级或几个分级而形成的一种（）的混合料，则称为（）矿质混合料.,温 故 而 知 新,3.富勒理论认为级配曲线为（）时，其密度最大 而泰波理论则提出（）的概念，允许（)可以在一定的范围内(),工程实际中只要得出的合成级配结果位于（）之间，则认为该合成级配基本满足（）的要求。为应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用（）的矿质混合料级配范围。二、简答题：1、对矿质混合料进行组成设计的目的是什么？2.采用何种方法进行矿质混合料的设计？（本节重点内容）,温 故 而 知 新,教学目标 知识目标如何用试算法确定混合料中各成分的比例如何用图解法确定混合料中各成分的比例 能力目标 通过筛分试验能够根据规范要求及现场供 料情况进行矿质混合料的组成设计。,三、矿质混合料的组成设计方法,矿质混合料的组成设计就是根据实际工程中现有的各种集料的级配参数（即筛分结果），针对设计要求或技术规范要求，采用一定的方法确定各规格集料在合成矿料中所占有比例的操作过程。（一）、设计依据 各种集料的筛分结果 按规范要求的级配范围即标准级配,三、矿质混合料的组成设计方法,（二）设计方法1、试算法：（适用于2-3种矿料组成）1）基本原理：A.在确定各组成集料在混合料中的比例时，先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含有此粒径。B.根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例，再经过校核调整，最终获得满足混合料级配的各集料的配合比例。,三、矿质混合料的组成设计方法,解题思路：（两个重要假设）1.假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含有此粒径。2.设碎石、砂和矿粉的配合比为X、Y、Z，则X+Y+Z=1003.设混合料M中某一级粒径（i)要求的含量为M（i),A、B、C三种集料 原来级配中此粒径颗粒的含量分别为A(i)、B(i)、C(i)则X.(i)+YB(i)+Z.C(i)=M（i)4.假设混合料M中某一粒径（i)主要由A集料所提供（即A料占优势），而 忽略其它集料在此粒经的含量，X.A(i)=M（i)B(i)=0、C(i)=0 即可计算出A料在混合料中的用量比例 X=M（i)/A（i)同理可计算出C料在混合料中的用量比例Z=M（j)/A（j)则B料在混合料中的用量比例为Y=100-（X+Z）,矿质混合料组成设计算例(试算法）,例1：现有碎石、砂和矿粉三种集料，以筛析试验，各集料的分计筛余百分率列于下表，并列出规范推荐要求的设计混合料的级配范围，试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。表1,矿质混合料组成设计算例(试算法）,解：1.将通过百分率换算为分计筛余百分率，设三种矿料的含量分别为X、Y、Z。2.由表1分析可知，碎石中4.75mm粒径含量占优势，矿粉中0.075mm粒径颗粒占优势，假设混合料中4.75mm粒径全部由碎石提供，0.075mm粒径颗粒全部由矿粉提供则有：Y=100-（X+Y）=100-49-21=30%3、校核,如果校核结果不符合级配范围，应调整配合比进行试算，逐步接近，直至达到要求，确实不能符合级配要求，应调整或增加集料品种。计算过程见表2,矿质混合料组成设计算例(试算法）原有和要求级配范围的分计筛余,矿质混合料组成设计算例(试算法）重点难点提示,1.根据基本假设所得的X、Y、Z（集料A、B、C的用量比例表达式X=M（i)/A（i)Z=M（j)/A（j)Y=100-（X+Z）2.各种粒径集料占混合料的百分率=原来分计筛余百分率该种集料在混合料中的用量比例3.各种粒径在矿质混合料中的分计筛余=各种粒径在各种集料中的分计筛余的和。,矿质混合料配合组成设计校核,小 结,1、试算法适用于矿质混合料由2-3种矿料组成。某种粒径含量占优势。2、根据基本假设可得的X、Y、Z（集料A、B、C的用量比例表达式）X=M（i)/A（i)Z=M（j)/A（j)Y=100-（X+Z）2.各种粒径集料占混合料的百分率=原来分计筛余百分率该种集料在混合料中的用量比例3.各种粒径在矿质混合料中的分计筛余=各种粒径在各种集料中的分计筛余的和。（混合料中各种粒径实际通过百分率=100-各种粒径分计筛余和）4.要求计算所得的矿质混合料的实际通过百分率在规范要求的级配范围之内,如果校核结果不符合级配范围，应调整配合比进行试算，逐步接近，直至达到要求，确实不能符合级配要求的，应调整或增加集料品种。,试算法进行混合料组成设计重点难点训练,例2 试设计某大桥铺装用细粒式沥青混凝土中混合料的配合比设计资料：1.现有碎石、石屑和矿粉三种矿质集料，筛分结果按分筛余列于表12.细粒式沥青混凝土的级配范围，根据规范（JTGF40-2004）规定细粒式混凝土AC-13的要求级配按通过量列于表1设计要求：按试算法确定碎石、石屑和矿粉在混合料中所占比例按题给的现行规范要求校核矿质混合料计算结果，确定其是否符合级配范围,原有集料的分计筛余和混合料要求级配范围,矿料组成设计（试算法）算例重点难点小结,解：1.求出要求级配范围通过百分率的中值，并换算为分计筛余百分率，A（i)(%)=100-P(i).2.由表中分析可知，碎石中4.75mm粒径含量占优势，矿粉中0.075mm粒径颗粒占优势，假设混合料中4.75mm粒径全部由碎石提供，0.075mm粒径颗粒全部由矿粉提供,设三种矿料的含量分别为X、Y、Z。则有：Y=100-（X+Y）3.各种粒径集料占混合料的百分率=原来分计筛余百分率该种集料在混合料中的用量比例4.各种粒径在矿质混合料中的分计筛余=各种粒径在各种集料中的分计筛余的和。,完成设计型试验：根据工程单位提供的几种规格的集料，进行矿质混合料设计，选配一个具有足够密实度，并有较高内摩阻力的矿质混合料，根据集料最佳配合比，进行沥青混合料配合比设计，设计一级公路上面层用细粒式AC-13型沥青混合料，并进行马歇尔试验，验证其稳定度及流值是否满足要求，（在完成沥青混合料的学习之后）设计资料：1、试验室提供几种未知级配的砂石集料及满足设计要求的沥青。2、公路沥青路面施工技术规范（JCGF40-2004）细粒式AC-13型沥青混合料矿质混合料的级配要求见教材P25表1-6,实践技能训练课题（选作）,实践技能训练课题（选作）,设计过程：1、根据试验室提供的几种类型的集料进行筛分试验，计算级配参数并绘制级配曲线。2、分别用试算法和图解法进行矿质混合料配合组成设计并进行校核，如果校核结果不符合级配范围，应调整配合比进行试算，逐步接近，直至达到要求，确实不能符合级配要求的，应调整或增加集料品种。3、采用马歇尔试验进行沥青混合料配合比设计，确定沥青的最佳用量。4、测定沥青混合料的力学指标（稳定度、流值、马歇尔模数，对配合比进行设计检验）注：本次课后完成1-2项设计，保留设计成果。在完成沥青混合料学习之后完成全部内容。,实践技能训练课题（选作）,设计成果：1、砂石料筛分试验计算参数表格及级配曲线2、分别用试算法和图解法进行矿质混合料配合组成设计并进行校核的计算过程、计算表格及曲线图。3、沥青混合料设计及验证的计算过程、图表。4、所有相关试验的试验报告。,32,复习回顾,教学过程设计,新课内容,组成设计及算例分析 图解法（2学时）,师生互动（5min),讲练结合（85min),一、填空题：1、试算法适用于矿质混合料由（）种矿料组成，在决定各组成比例时，先假定混合料中某种粒径颗粒含量由对这一粒径（）的集料组成。而其它各种集料中（）。2.计算时各种粒径的集料在混合料中的百分率等于（）和（）的积。3.各种粒径在矿质混合料中的分计筛余等于（）分计筛余的和4.混合料中各种粒径实际通过百分率等于（）5.要求计算所得的矿质混合料的实际通过百分率在（）要求的级配范围之内,如果校核结果不符合级配范围，应调整配合比。二、简答题1.如何确定混合料组成配合比满足设计要求。2.当用多种矿质集料配制混合料时，用什么方法来进行设计？,温 故 而 知 新,三、矿质混合料组成设计（图解法）,2、图解法（修正平衡面积法）是目前工程单位用的较多的一种方法，（适用于由3种以上的多种集料进行组配）1)设计步骤:（1）绘制级配曲线图 A、绘制图解法坐标图（纵坐标为常坐标，横坐标为对数坐标）。B、计算设计级配范围中值，确定相应横坐标中值。,三、矿质混合料组成设计（图解法）,三、矿质混合料的组成设计（图解法）,设计级配中值曲线,纵坐标通过量取10cm,横坐标筛孔尺寸取15cm,三、矿质混合料的组成设计（图解法）,C、绘制图框并作对角线(为设计级配中值)；D、确定纵坐标：通过百分率()。E、确定横坐标：筛孔尺寸位置，根据设计级配中值，在图上由P对角线d，确定筛孔尺寸位置。（2）将各种集料的级配(通过量)绘在图 中（3）确定各集料的用量,三、矿质混合料的组成设计（图解法）,A、作图原则：相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠=相接重线连分；两相邻级配曲线头尾相连相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分b=bB、结果：OP为集料用量；PQ为B集料用量；QS为C集料用量；ST为D集料用量。,三、矿质混合料的组成设计（图解法）,本章难点,三、矿质混合料的组成设计（图解法）,（4）计算合成级配按图解算出各种集料用量而得(列表)，如有末接近中值的，须进行调整。（5）合成级配的校核与调整.将调整后的合成级配绘于规范要求的级配范围中，如曲线应光滑，位于规范要求的级配范围内且靠近级配范围的中值线，则表明确定的矿料组成完全符合要求。,矿质混合料组配校核表,矿料组成设计图解法算例重点难点总结,1.各种集料在混合料中的级配等于原集配该种集料的含量。2.合成级配中某种粒径的含量等于各种集料中该粒径含量的和。3.初步合成曲线中某种粒径（0.075mm)末接近规范规定的中值用量时，应调整各集料的用量。4.按调整后的比例绘制的合成曲线正好位于规范规定的中值附近时，则调整后的比例即为设计的配合比,试用图解法设计某高速公路有细粒式沥青混凝土矿质混合料的配合比。设计资料 现有碎石、石屑、砂和矿粉由种矿料，筛析试验得到各粒径通过百分率及规范要求的级配范围都列于表一。设计要求：试用修正平衡面积法确定各种集料在混合料中的用量比例，并列表校核，确定其结果是否符合级配要求。,图解法矿料组成设计重点难点强化,原有筛析结果及规范要求的级配范围,P27复习思考题 P27习题1-1、1-2、1-3,课后作业,完成一设计型试验：根据工程单位提供的几种规格的集料，进行矿质混合料设计，选配一个具有足够密实度，并有较高内摩阻力的矿质混合料，根据集料最佳配合比，进行沥青混合料配合比设计，设计一级公路上面层用细粒式AC-13型沥青混合料，并进行马歇尔试验，验证其稳定度及流值是否满足要求，（在完成沥青混合料的学习之后）设计资料：1、试验室提供几种未知级配的砂石集料及满足设计要求的沥青。2、公路沥青路面施工技术规范（JCGF40-2004）细粒式AC-13型沥青混合料矿质混合料的级配要求见教材P25表1-6,工程实例设计课题,工程实例设计课题,设计过程：1、根据试验室提供的几种类型的集料进行筛分试验，计算级配参数并绘制级配曲线。2、分别用试算法和图解法进行矿质混合料配合组成设计并进行校核，如果校核结果不符合级配范围，应调整配合比进行试算，逐步接近，直至达到要求，确实不能符合级配要求的，应调整或增加集料品种。3、采用马歇尔试验进行沥青混合料配合比设计，确定沥青的最佳用量。4、测定沥青混合料的力学指标（稳定度、流值、马歇尔模数，对配合比进行设计检验）注：本次课后完成1-2项设计，保留设计成果。在完成沥青混合料内容的学习之后完成全部设计内容。,工程实例设计课题,设计成果：1、砂石料筛分试验计算参数表格及级配曲线2、分别用试算法和图解法进行矿质混合料配合组成设计并进行校核的计算过程、计算表格及曲线图。3、沥青混合料设计及验证的计算过程、图表。4、所有相关试验的试验报告。,本章小结 掌握砂石料的级配理论重点掌握混合料组成设计的两种方法（试算法和图解法）能够与工程实践相结合，完成沥青混合料设计时矿质混合料的配合 比设计。,