2.设计计算方法

建设工程管理专业教学资源库《建筑材料》一岩石与集料主讲人：李颖颖

时间：2020.10目录/CONTENT02标题文字03标题文字04标题文字01石料04矿粉0306矿质混合料的组成设计05工业废渣03细集料02粗集料矿质混合料的组成设计PART

061.级配曲线与级配理论2.矿质混合料的配合比设计方法矿质混合料的组成设计2.矿质混合料的配合比设计方法级配曲线与级配理论01数解法1、矿质混合料组成设计的作用

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。01数解法单元6矿质混合料的组成设计2、矿质混合料组成设计的两个已知条件

（1）集料的筛析试验结果。

（2）设计要求、技术规范（或理论计算）所规定的矿质混合料级配范围。01数解法单元6矿质混合料的组成设计常用的设计方法有：试算法：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；

图解法（修正平衡面积法）：简单易掌握，适合多种矿料操作，但操作稍显麻烦。

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。01数解法单元6矿质混合料的组成设计（一）数解法——试算法1.基本原理：01数解法单元6矿质混合料的组成设计假设12．两点假设混合料M集料A集料B集料CXYZX+Y+Z=10001数解法单元6矿质混合料的组成设计假设2：混合料M集料A

集料B集料CXYZ某一级粒径要求的含量为01数解法单元6矿质混合料的组成设计3.计算步骤步骤1：计算A集料在矿质混合料中的用量X

首先确定在A集料中占优势的含量的某一粒径，忽略其它集料在此粒径的含量。ABC01数解法单元6矿质混合料的组成设计根据上述假设，上式成为：则A集料在混合料中所占的比例为：01数解法单元6矿质混合料的组成设计步骤2：计算C集料在矿质混合料中的用量Z

同理，在计算C集料用量时，先确定C集料中占优势的某一粒径，而忽略A、C集料中同一粒径的含量。01数解法单元6矿质混合料的组成设计步骤3：计算B集料在矿质混合料中的用量Y步骤4：校核调整

可按如下公式计算合成矿质混合料的分计筛余：也可按如下公式计算矿质混合料的合成通过百分率：01数解法单元6矿质混合料的组成设计

调整配合比后还要重新进行校核，直至符合要求为止。如经计算后确不能满足级配要求时，可掺加单粒级集料或调换其它集料。注意：①在实际组成设计中，可根据集料的级配情况，具体选择各集料的先后顺序；②当集料超过三种时，方程中的未知数将增加，按上述原理重复步骤1和步骤201数解法单元6矿质混合料的组成设计试算法案例分析：

现有碎石、砂和矿粉三种集料，经筛析试验各集料的分计筛余百分比如下表，并按推荐要求设计混合料的级配范围，试求碎石、砂、矿粉在要求级配混合料中的用量比例。01数解法单元6矿质混合料的组成设计筛孔尺寸mm要求级配范围通过率%P13.20.8————1004.7560.0————63-782.3623.510.5——40-631.1814.422.1——30-530.601.319.44.022-450.3——36.04.015-350.15——7.05.512-300.075——3.03.210-25<0.075---2.083.3---筛析试验数据：01数解法单元6矿质混合料的组成设计01数解法单元6矿质混合料的组成设计01数解法单元6矿质混合料的组成设计计算分析：（1）将矿质混合料规定的级配范围通过率换算为通过率中值筛孔尺寸mm要求级配范围通过率%通过率中值13.20.8————100--4.7560.0————63-782.3623.510.5——40-631.1814.422.1——30-530.601.319.44.022-450.3——36.04.015-350.15——7.05.512-300.075——3.03.210-25<0.075---2.083.3----70.551.541.533.525.021.017.501数解法单元6矿质混合料的组成设计（2）将级配范围的通过率中值换算为累计筛余百中值筛孔尺寸mm要求级配范围通过率%P13.20.8————1004.7560.0————63-7870.52.3623.510.5——40-6351.51.1814.422.1——30-5341.50.601.319.44.022-4533.50.3——36.04.015-3525.00.15——7.05.512-3021.00.075——3.03.210-2517.5<0.075---2.083.329.548.558.566.575.079.082.510001数解法单元6矿质混合料的组成设计筛孔尺寸mm13.20.8————1004.7560.0————63-7870.529.52.3623.510.5——40-6351.548.51.1814.422.1——30-5341.558.50.601.319.44.022-4533.566.50.3——36.04.015-3525.075.00.15——7.05.512-3021.0790.075——3.03.210-2517.582.5<0.075---2.083.3100（3）将累计筛余百中值换算为分计筛余中值29.519.010.08.08.54.03.517.501数解法单元6矿质混合料的组成设计（4）碎石中4.75mm粒径颗粒含量占优势，假设混合料中4.75mm粒径全部由碎石提供：01数解法单元6矿质混合料的组成设计（5）同理：矿粉中<0.075mm粒径颗粒含量占优势，假设混合料中<0.075mm粒径全部由矿粉提供：

01数解法单元6矿质混合料的组成设计（6）由：Y=100-（X+Z）：

Y=100-（49+21）=30%01数解法单元6矿质混合料的组成设计筛孔尺寸mm用量X占混合料百分比用量Y占混合料百分比用量Z占混合料百分比150.849%——30%——21%560.0————2.523.510.5——1.2514.422.1——0.631.319.44.00.315————36.04.00.16————7.05.50.08————3.03.2<0.08---——2.083.3校核0.429.411.57.10.63.20.65.810.82.10.96.60.80.81.20.717.50.429.414.713.77.211.63.31.618.1100491003010021100（7）校核：由试算得到的配合比按下表进行校核。01数解法单元6矿质混合料的组成设计筛孔尺寸mm通过率P要求级配范围通过率%P150.4100529.463-782.514.740-631.2513.730-530.637.222-450.31511.615-350.163.312-300.081.610-25<0.0818.1校核∑10001数解法单元6矿质混合料的组成设计02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。（一）已知条件02图解法单元6矿质混合料的组成设计

例如：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－Ι型沥青混合料。02图解法单元6矿质混合料的组成设计各种矿料筛分结果LH-20－Ι型沥青混合料级配范围及中值

02图解法单元6矿质混合料的组成设计1、绘制级配曲线坐标图

绘一方形图框。通常纵坐标（通过率）取10cm，横坐标（筛孔尺寸或粒径）取15cm。连对角线作为要求级配曲线中值。标出通过百分率，各相应筛孔尺寸的位置。（二）设计步骤02图解法单元6矿质混合料的组成设计1009080706050403020100Pi(%)di（mm）9879574533241712616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075对角线筛孔尺寸/mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配中值/%1009879574533241712602图解法单元6矿质混合料的组成设计2、确定各集料用量将参与级配合成的各集料的通过量绘于级配曲线坐标图上，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，见下图。根据级配曲线，图中相邻两条曲线的关系，确定各集料在混合料中的掺配比例。（注：从最粗集料开始）02图解法单元6矿质混合料的组成设计1009080706050403020100Pi(%)di（mm）9879574533241712616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075A碎石B细碎石C砂D矿粉筛孔尺寸/mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配中值/%1009879574533241712602图解法单元6矿质混合料的组成设计两相邻级配级配曲线的关系：①两相邻级配曲线重叠；②两相邻级配曲线相接；③两相邻级配曲线相离。02图解法单元6矿质混合料的组成设计3、相邻级配曲线直接存在三种关系（1）重叠关系：相邻两条级配曲线相互重叠，图中集料的级配曲线下部与集料的级配曲线上部搭接。在两条级配曲线重叠部分之间进行等分，引一条垂线，要求该垂线与集料的级配曲线截距相等。此时垂线与对角线相交于点，再通过该点作一水平线与纵坐标交于点，线段的几何长度（以mm计）就是集料的用量比例（%）。02图解法单元6矿质混合料的组成设计重叠02图解法单元6矿质混合料的组成设计（2）相接关系：相邻两条曲线首尾相接，图中集料的末端与集料的首端正好相接。此时只需从集料的首端向集料的末端引垂线，该垂线与对角线相交于点，过点作水平线与纵坐标交于点，则线段的几何长度就是集料的用量（%）。02图解法单元6矿质混合料的组成设计矿质混合料组成设计02图解法单元6矿质混合料的组成设计相接（3）分离关系：相邻两条曲线分离，图中集料的级配曲线与集料的级配曲线在水平方向彼此分离。此时作一条垂线平分这段水平距离。垂线与对角线交于一点，通过该点作一水平线与纵坐标交于点，则线段的几何长度就代表集料的用量（%）。剩余的即为集料的用量。

02图解法单元6矿质混合料的组成设计02图解法单元6矿质混合料的组成设计相离两相邻级配级配曲线的关系：①两相邻级配曲线重叠，等分；②两相邻级配曲线相接，连分；③两相邻级配曲线相离，平分。02图解法单元6矿质混合料的组成设计1009080706050403020100Pi(%)di（mm）9879574533241712616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075ABCDA32%B44%C12%D12%AA′BB′CC′MR级配中值线N02图解法单元6矿质混合料的组成设计4、合成级配的计算与校核 同试算法相同，根据图解过程求得的各集料用量比例，计算出合成级配的结果。当合成级配超出级配范围时，说明图解法得到的比例不很合适，所以要调整各集料的用量，直到满足设计级配的要求为止。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。02图解法单元6矿质混合料的组成设计筛孔尺寸(mm)

30.010.05.02.51.20.60.30.150.074各种矿料筛分通过量(%)

碎石

98.016.70.8细碎石10095.536.41.0

0.5

0.3砂10098.295.787.559.628.916.72.2矿粉10010010010010099.197.494.381.9各种矿料在混合料中的用量(%)碎石32(32)31.4(31.4)5.3(5.3)0.3(0.3)细碎石26(26)26.0(26.0)24.8(24.8)9.5(9.5)0.3(0.3)0.1(0.1)0.1(0.1)砂32(34)

32.0(34.0)31.4(33.4)30.6(32.5)28.0(29.8)19.1(20.3)9.2(9.8)5.3(5.7)0.7(0.7)矿粉10(8.0)

10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)10.0(8.0)9.9(7.9)9.7(7.8)9.4(7.5)8.2(6.6)设计混合料级配(%)

99.4(99.4)

71.5(71.5)50.4(50.3)38.3(38.1)29.2(28.4)19.2(17.8)15.0(13.5)10.1(8.2)8.2(6.6)LH-20－Ι通过(%)

95～100

66～7640～6030～5022～3816～2911～