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矿料组成设计-最大密度曲线

矿料的组成设计

道路与桥梁用砂石材料,大多数是以矿料与各种结合料(如水泥或沥青等)组成混合料使用。为此,对矿料必须进行组成设计,以确定合理的级配,其主要内容包括理论级配范围的确定及基本组成的设计两方面。矿料的级配理论,矿料是用于沥青混合料的粗集料、细集料、填料的总称。各种不同粒径的集料,按照一定的比例搭配起来,以达到较高的密实度(或较大摩擦力),可以采用连续级配和间断级配两种级配组成。连续级配:是某一矿料在由标准筛配成的筛系列中进行筛分析时,所得的级配曲线平顺圆滑,具有粒级连续的(不间断的)性质,相邻粒径的颗粒之间,有一定的比例关系(按质量计)。这种由大到小,逐级粒径均有,并按比例相互搭配组成的矿料,称为连续级配矿料。间断级配:是在矿料中剔除其中一个(或几个)粒级,形成一种粒级不连续的混合料,称为间断级配矿料。

级配曲线范围,按配理论公式计算出各级集料在矿料的通过百分率,以通过百分率为纵坐标,以粒径为横坐标,绘制成曲线。图解法,采用图解法来确定矿料的组成,常用的有适用于两种集料组成的“矩形法”和适用于三种集料组成的“三角形法”等。对于三种以上集料级配的图解法,可采用“平衡面积法”,该法是采用一条直线来代替集料的级配曲线,这条直线使曲线左右两边的面积平衡(即相等),这样简化了曲线的复杂性。这个方法又经过许多研究者的修正,故称为“修正平衡面积法”,简称图解法。

最大密度曲线理论:是通过试验提出的一种理想曲线,认为固体颗粒按粒度大小,有规则地组合排列,粗细搭配,可以得到密度最大、空隙最小的混合料。初期研究的理想曲线是:细集料以下的颗粒级配曲线为椭圆形级配曲线,粗集料级配曲线为与椭圆曲线相切的直线,由这两部分组成的级配曲线,可以达到最大密度。后来经过许多研究改进,提出简化的“抛物线最大密度理想曲线”认为:“矿料的颗粒级配曲线愈接近于抛物线,则其密度愈大。”

① 最大密度曲线公式:根据上述理论,当矿料的级配曲线为抛物线时,如图10-1所示,最大密度理想曲线可用颗粒粒径(d)与通过量(p)表示:d=p2/k

式中:d矿料各级颗粒粒径(mm);p 各级颗粒粒径集料的通过量(%);k常数。

当颗粒粒径d等于最大粒径D时,通过量p=100。故有:k=1002/D

当希望求任一级颗粒粒径d的通过量p时,可用k=1002/代入式d=p2/k得:

p=100(d/D)0.5 式中:d希望计算的某级集料粒径(mm);D矿料的最大粒径(mm);p希望计算的某级集料的通过量(%)。

该式就是最大密度理想曲线的级配组成计算公式。根据这个公式,可以计算出矿料最大密度时各种粒径(d)颗粒应具有的通过量(p)。

② 最大密度曲线n幂公式:最大密度曲线是一种理论的级配曲线。在实际应用中,许多研究认为:这一公式的指数不应固定为0.5。有的研究认为在沥青混合料中应用时,当n=0.45时密度最大;有的研究认为在水泥混凝土中应用时,当 =0.25~0.45时和易性较好。通常使用的矿料的级配范围(包括密级配和开级配),n

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