浅析矿料级配设计方法.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．02．058浅析矿料级配设计方法陈维英(陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000)摘要：级配设计的理论依据主要有最大密度曲线理论、粒子干涉理论和分形理论。本文简述了以最大密度曲线理论为基础的n法、i法、K法，美国Superpave设计方法及贝雷法的矿料级配设计方法及其优缺点，并且指出了未来沥青混合料级配设计理论的发展趋势。关键词：最大密度曲线理论；n法；i法；K法；Su—perpave设计方法；贝雷法中图分类号：U416．217文献标志码：B文章编号：1672—4011(2

2、013)02—0122—020前言沥青混合料矿料级配是把各种不同粒径的集料(占沥青混合料质量的95％左右)，按照一定的比例搭配起来，使得混合料中各级集料在组成合理(能够为沥青提供足够的空间使得沥青膜厚度合适、适应当时的摊铺设备及碾压设备的状况使路面施工时不离析、能够压实到规定的标准)的前提下，达到较高的密实度或强度，集料与集料之间能够最大程度地分担足够的交通荷载，以弥补高温下沥青胶结料由于软化所导致的高温性能的衰减。一个良好的矿质集料级配，应该是在热稳定性容许的条件下矿料与沥青之间的作用良好，使沥青混合料最大限度地发挥其强度效应，从而获得良好使用

3、品质。由于矿料级配对于沥青混合料性能有很大的影响，因而对级配理论的研究就十分必要。因此形成了不同历史时期的级配设计理论及设计方法。1各种级配设计理论及方法纵观矿料级配理论的发展，主要有最大密实曲线理论(Thetheoryofmsximumdensitycurve)、粒子干涉理论(Thetheoryofinteffefence)和分形理论(fractaltheory)。最大密实曲线是由w．B．Fuller通过试验提出的一种理想曲线，认为矿料按照最大密实度曲线组成时密度最大，主要描述了连续级配的粒径分布，用于计算连续级配；c．A．G．Weymouth

4、提出的粒子干涉理论认为，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；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。粒子干涉理论则可用于计算连续级配、间断级配和折断级配；分形理论是近年来随着材料学的发展，将分形几何理论应用于路面材料集料级配研究而出现的一种新方法，目前研究很少。1．1计算法1．1．1n法基金项目：陕西铁路工程职业技术学院科研项目(2012—46)作者简介：陈雏英(1982一)，男，讲师，甘肃平凉人，大学本科，工作领域：土木工程专业教学工作，研究方向：土木工程施

5、工。最大密度理论用于描述连续级配的矿料粒径分布，目前多数沥青混合料级配设计是基于最大密度曲线理论，根据该理论可以设计出较为密实的沥青混合料。最大密度曲线理论认为固体颗粒按照粒度大小有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度较大、空隙较小的沥青混合料。初期研究的理想曲线是细集料为椭圆形曲线，粗集料为与椭圆形曲线相切的直线，由此两步分组成的级配曲线可以达到最大密度。由于这种曲线计算复杂，后来经过许多改进，提出简化的抛物线曲线理论。根据此理论，任一级颗粒粒径d的通过率P可由下式得到：p-100×(甜5由于最大理论密度曲线是理论上的级配曲线，在实际应用中，

6、许多研究者认为这一公式的指数不应固定为0．5。实际应用时，混合料级配曲线应允许在一定范围内波动，通常使用的矿质混合料级配范围n值在O．3～0．7之间，所以采用n次幂通式来描述级配曲线，简称n法。1．1．2K法前苏联伊万诺夫、奥浩钦等提出用颗粒分级质量递减系数K为参数的矿料级配曲线，简称K法。奥氏发现当矿质混合料中粗集料粒径按照1／16递减，次一级粒径质量为上一级的43％，可使混合料获得最高的密实度。当颗粒质量递减系数变动于25～50％时，混合料仍可保持较高的密实度。但这种级配的混合料由于相邻粗细粒径相差过于悬殊，在拌合、摊铺时很容易产生离析现象而

7、使混合料实际上很难达到预期最佳密实度的目的。为改善级配，将粒径按照1／2递减，并认为颗粒质量递减系数按相同次数开方变化，混合料的密实程度仍可保持不变。当矿料粒径按照1／2递减时，则有：胪，oo×【·一等]式中P，一矿料在第X级筛孔的通过率(％)；x一矿料粒径的级数，x=3．3219D，／D。，D。为第x级筛孔粒径；K一质量递减系数；m：3．3219D。／D。，D。为最大粒径，D。为最小粒径。K法可以控制最小粒径的大小，这样可以保证计算出的级配在较小粒径时的通过率在可接受的范围内。K值通常取值在O．65～0．8之间。1．1．3i法我国同济大学道路与

8、交通工程研究所参照n法与k法，提出当颗粒粒径以1／2递减时，直接采用通过百分率递减系数i为参数的矿料级配组成计算方法，简称i法。其计算公