矿质混合料的组成设计课件

2007.5

在水泥混凝土或沥青混合料中，所用集料颗粒的粒径尺寸范围较大，而天然或人工轧制的一种集料往往仅有几种粒径尺寸的颗粒组成，难以满足工程对某一混合料的目标设计级配范围的要求，因此需要将两种或两种以上的集料配合使用。2007.5确定几种集料混合时各自比例的过程就是矿料的组成设计，进行矿质混合料组成设计，必须道先明确目标级配范围，为此首先应掌握级配组成为矿料技术性能的影响。2007.5一、矿料的级配1．集料级配的表示方法（1）筛分试验采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级配就是所谓筛分试验。

2007.5通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。以细集料的筛分为例：在筛分试验中，分别称量500g砂样充分过筛，根据砂样存留在各筛上的筛余质量，分别计算出分计筛余百分率、累计筛余百分率、通过百分率。2007.5分计筛余百分率是指某号筛上的筛余质量占试样总质量百分率.

2007.5累计筛余百分率是指某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛分计筛余百分率之总和，可按式（1-28）求得：2007.5通过百分率是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛累计筛余百分率之差，按式（1-29）求得：式中：

——某号筛累计筛余百分率，%。（1-29）2007.5（2）细集料的细度模数细度模数是用于评价细集料粗细程度的指标，是细集料筛分试验中各号筛上的累计筛余百分率之和，按式（1-30）计算（以水泥混凝土用细集料为例）：细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格.（1-30）2007.5（3）集料的级配曲线1）级配曲线的绘制为了直观形象地表示矿料各粒径的颗粒分布状况，常常采用级配曲线的方式来描述矿料级配。做法是以通过量的百分率为纵坐标，筛孔尺寸（也表示矿料不同颗粒的粒径）为横坐标，将各筛上的通过量绘制在坐标图中，然后用曲线将各点连接起来，成为所谓的级配曲线。2007.5由于标准套筛的筛孔分布是按1/2递减的方式设置，在描绘横坐标的筛孔位置时，造成前疏后密的问题，以至到小孔径时无法清楚的将其位置确定。所以在绘制级配曲线的横坐标时采用对数坐标（而相应纵坐标上的通过量仍采用常坐标），以方便级配曲线图的绘制。见图1-3。2007.5图1-3

集料级配曲线示意图a）常数坐标；b）半对数坐标2007.52）级配曲线类型粗细不同的粒径按照一定的比例组合搭配在一起，以达到较高的密实程度，根据搭配组成的结果，可得到以下几种不同级配形式。2007.5

①连续级配：连续级配是某一矿料在标准套筛中进行筛分后，矿料的颗粒由大到小连续分布，每一级都占有适当的比例。这种由大到小逐级粒径都有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配混合料。2007.5

②间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或连续几个粒级，形成一种不连续的级配，成为所谓的间断级配。2007.5

③连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径仅在数个粒级上以连续的形式出现，形成所谓的连续开级配。2007.5不同级配类型的级配曲线如下图所示。

2007.52．级配组成对矿料性能的影响矿料的级配组成直接决定矿料的两大特点：矿料密实度和矿料颗粒间内摩阻力。从而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。2007.5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。2007.5

3．矿料连续级配的计算实践中针对连续级配各级粒径矿料数量的计算大多采用最大密度曲线理论，该理论认为当矿料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。根据该理论，当矿料的级配曲线为抛物线时，最大密度理想曲线可用颗粒粒径与通过量按下式表示：2007.5

式中：

——各级颗粒粒径集料的通过量（%）；

——矿料各级颗粒粒径（mm）；

——常数。（1-30）2007.5当颗粒粒径等于最大粒径时，则通过量，即时当希望计算任何一级颗粒粒径的通过量时，则计算公式为或。所以（1-32）（1-33）（1-34）2007.5

上式是最大密度理想曲线的级配组成计算公式，根据此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。但在实际应用过程中，这一公式的指数并不一定固定为0.5。对于沥青混合料，当指数是0.45时的密度最大；对于水泥混凝土指数在0.25-0.45时工作性更好。因此，矿料的级配计算公式的指数通常在0.3-0.7之间，允许矿料的级配曲线在一定的范围内变动，所以上述最大密度曲线公式采用n次幂的通式来表达。即：

（1-35）2007.5二、矿料配合比设计方法

矿料配合比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。 常用的设计方法有：试算法、图解法（修正平衡面积法）。两种方法各有特点，前者操作简便、快捷，但要熟练掌握级配参数的含义，对三种以内的矿料设计较适宜；后者简单易掌握，适合多种矿料操作，但操作稍嫌麻烦。2007.51．数解法——试算法设计步骤（1）建立基本计算方程设有A、B、C三种集料在某一筛孔上的分计筛余百分率分别为

打算配制矿质混合料M，混合料M在相应筛孔上的设A、B、C三种集料在混合料中的比例、、，分计筛余百分率为

。分别是X、Y、Z，则得到下面两式：（1-36）（1-37）2007.52007.5（2）基本假设 在矿质混合料中，假定混合料中某一级粒径的颗粒仅由三种集料中的一种集料来提供，而其它两种集料中不含有这一粒径的颗粒，此时这两种集料相应的分计筛余百分率为0。例如设在粒级上仅集料在此粒级上存在分计筛余，其它两个集料和的分计筛余全部是0，从而简化计算过程。（3）计算根据上述假设，（4—7）式成为：则A集料在混合料中所占的比例为：（1-38）（1-39）2007.5同理，按此假设在计算集料在混合料中的比例时，在粒级上其它两个集料和在该粒径上的分计筛余百分率也是0，则有：即C集料在混合料中比例是：最后得到B集料在混合料中的比例：（1-40）（1-42）（1-41）2007.5（4）校核调整 对以上计算得到的各集料的比例即配合比进行验算，如得到的合成级配不在所要求的级配范围，应调整初步配合比重新验算，直到满足级配要求为止。如经数次调整仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。2007.52．图解法设计步骤

图解法要求级配中值呈一直线：

2007.5通过百分率（％）筛孔尺寸（mm）BCOO1DCBAAA1B1C1TMNRXYZWSQP2007.5A’TO+B’A’A+C’B’B+O’C’C=O’TO通过百分率（％）筛孔尺寸（mm）BCOO1DCBAAA1B1C1TMNRXYZWSQP2007.5

(A’TO+B’A’A+C’B’B+O’C’C)/O’TO=100%

X=A’TO/O’TO=(0.5A’T*OT)/(0.5O’T*OT)=A’T/O’T通过百分率（％）筛孔尺寸（mm）BCOO1DCBAAA1B1C1TMNRXYZWSQP2007.5X=A’T/O’T

A’T=MP,MP/O’T=OP/OT=A’T/O’T=X通过百分率（％）筛孔尺寸（mm）BCOO1DCBAAA1B1C1TMNRXYZWSQP2007.5（1）准备工作对所使用的各集料进行筛分，并计算出各自的通过量百分率。明确设计级配要求的级配范围，并计算出该要求级配范围的中值。（2）绘制框图按比例（通常纵横边各为100mm和150mm）绘制一矩形框图，从左下向右上引对角线2007.5作为合成级配的中值，见图1—7。按常数标尺在纵坐标上标出通过量百分率刻度，横坐标则表示筛孔位置，而各筛孔的具体位置则根据合成级配要求的通过量百分率中值，在纵坐标上找出该值的位置，然后从纵坐标引平行线与对角线相交，再从交点处向下作垂线，垂线与横坐标的相交点即为各筛孔相应位置。2007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.52007.5图1-82007.5（3）确定各集料用量将参与级配合成的各集料的通过量绘制在框图中，用折线的形式连成级配曲线。假设以四种集料进行级配合成为例，见图1—8。