矿质混合料的组成设计.ppt

第五节第五节 矿质混合料的组成设计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、一、级配级配对混合料的影响对混合料的影响：矿料的级配组成影响到水泥混凝土或沥青混合料的矿料的级配组成影响到水泥混凝土或沥青混合料的强度强度、耐久性耐久性和和施工和易性施工和易性，原因是级，原因是级配直接决定矿料的配直接决定矿料的密实度密实度和矿料颗粒间和矿料颗粒间内磨阻力。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，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。性质下需通过试验来确定，在施工中不能随意更改。1.1.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。从结合料越多。从节约结合料节约结合料的角度考虑，最好采用的角度考虑，最好采用空隙较小空隙较小，总表面积也较小的集料。，总表面积也较小的集料。概 述2 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、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粒间将具有较最大的内摩阻力。内摩阻力。二、矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：二、矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：1.1.最小空隙率：使不同粒径的各级矿质集料按一定的比例最小空隙率：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。搭配后，应有最大密实度。2.2.最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各最大磨擦力：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。紧密，形成一个多级空间骨架结构，且具有最大的摩擦力。三、三、组成设计的目的：组成设计的目的：是选配一个具有足够密是选配一个具有足够密实实度，并且有较高的内摩阻力的矿度，并且有较高的内摩阻力的矿质混合料。质混合料。一、矿质混合料的级配理论（一）级配类型（一）级配类型：（满足最大密实度和最大摩擦力（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、连续级配：是采用标准套筛对某一混合料进行试验，所得级配曲线试验，所得级配曲线平顺圆滑平顺圆滑，具有连续性。这种，具有连续性。这种由由大到小大到小，逐级粒径均有逐级粒径均有，按，按比例比例互相搭配组成的互相搭配组成的矿质混合料称之矿质混合料称之.2、间断级配：在矿质混合料中剔除其一个分级或、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几个分级而形成一种不连续不连续的混合料，这种混合料的混合料，这种混合料称为间断级配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）：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（的对数先求出各颗粒粒径（的对数)确定确定为为横坐标横坐标。以以 P i（通过百分率通过百分率）为纵坐标）为纵坐标.2.将将按式按式 n=0.3-0.7 3.计算所得的各颗粒粒径计算所得的各颗粒粒径(di）的通过百分率（）的通过百分率（pi）绘制在坐标图上，将）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。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，通常是为应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用规范推荐采用规范推荐的矿质混合的矿质混合料级配范围。料级配范围。4.实际级配合成操作时实际级配合成操作时，只要得出的合成级配结果，只要得出的合成级配结果位于要求的级配范围位于要求的级配范围之间，则认为之间，则认为该合成级配该合成级配基本满足基本满足设计级配设计级配的要求。的要求。13 复习回顾复习回顾 讲练结合讲练结合 （105min)105min)师生互动师生互动 （15min)15min)教学过程设计教学过程设计新课内容新课内容矿质混合矿质混合料组成设计料组成设计设计方法及算例设计方法及算例1.试算法试算法2.图解法图解法（4学时）学时）矿质混合矿质混合料级配理论料级配理论2（学时）（学时）一、填空题一、填空题1.1.矿料的级配组成影响到水泥混凝土或沥青混合料的矿料的级配组成影响到水泥混凝土或沥青混合料的（）（）（）和（）和（），原因是级配直接决定矿料），原因是级配直接决定矿料的（的（）和矿料颗粒间（）和矿料颗粒间（）。因此矿质混合料必须）。因此矿质混合料必须满足（满足（）和（）和（）的要求。）的要求。2.2.采用标准套筛对某一混合料进行试验，采用标准套筛对某一混合料进行试验，如如所得所得颗粒颗粒具有具有连续性。这种（连续性。这种（）（）（），按（），按（）互相搭配组）互相搭配组成的矿质混合料称连续级配成的矿质混合料称连续级配 .如果剔除其如果剔除其中中一个分级或几一个分级或几个分级而形成个分级而形成的的一种（一种（）的混合料，）的混合料，则则称为（称为（）矿质混合料矿质混合料.3.富勒理论认为级配曲线为（富勒理论认为级配曲线为（）时，其密度最大）时，其密度最大 而泰波理论则提出（而泰波理论则提出（）的概念，允许（）的概念，允许（)可以在可以在一定的范围内一定的范围内(),工程实际中只要得出的合成级配结果位工程实际中只要得出的合成级配结果位于（于（）之间，则认为该合成级配基本满足（）之间，则认为该合成级配基本满足（）的要求。）的要求。为应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用（为应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用（）的）的矿质混合料级配范围。矿质混合料级配范围。二、简答题：二、简答题：1、对矿质混合料进行组成设计的目的是什么？、对矿质混合料进行组成设计的目的是什么？2.采用何种方法采用何种方法进行矿质混合料的设计？（本节重点内容）进行矿质混合料的设计？（本节重点内容）教学目标教学目标 知识目标知识目标如何如何用试算法确定混合料中各成分的比例用试算法确定混合料中各成分的比例如何如何用图解法确定混合料中各成分的比例用图解法确定混合料中各成分的比例 能力目标能力目标 通过筛分试验能够根据规范要求及现场供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。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规范要求，采用一定的方法确定各规格集料各规格集料在合成矿料在合成矿料中所中所占有比例占有比例的操作过程。的操作过程。（一）、设计依据（一）、设计依据 各种集料的筛分结果各种集料的筛分结果 按规范要求的级配范围即标准级配按规范要求的级配范围即标准级配已知条件：已知条件：集料集料Pd设计级配范围设计级配范围Pd三、矿质混合料的组成设计方法（二）设计方法（二）设计方法1、试算法、试算法：（：（适用于适用于2-3种矿料组成）种矿料组成）1）基本原理：）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，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。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，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。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）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，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。而其它各种集料中不含有此粒径。2 2.设碎石、砂和矿粉的配合比为设碎石、砂和矿粉的配合比为X X、Y Y、Z Z，则，则X+Y+Z=100X+Y+Z=1003.3.设混合料设混合料M M中某一级粒径（中某一级粒径（i)i)要求的含量为要求的含量为MM（i)i),A ,A、B B、C C三种集料三种集料 原来级配中此粒径颗粒的含量分别为原来级配中此粒径颗粒的含量分别为A A (i)(i)、B(iB(i)、C C (i)(i)则则X.X.(i(i)+)+YYB(iB(i)+Z.Z.C C(i)=(i)=M M（i)i)4.4.假设假设混合混合料料M M中某一粒径（中某一粒径（i)i)主要由主要由A A集料所提供（即集料所提供（即A A料占优势），而料占优势），而 忽忽略其它集料在此粒经的含量，略其它集料在此粒经的含量，X.AX.A(i(i)=M M（i)i)B(iB(i)=0=0、C C(i)(i)=0=0 即可计算出即可计算出A A料在混合料中的用量比例料在混合料中的用量比例 X=X=M M（i)i)/A A（i)i)同理可计算出同理可计算出C C料在混合料中的用量比例料在混合料中的用量比例Z=Z=M M（j)j)/A A（j)j)则则B B料在混合料中的用量比