一種基于礦料間隙率的礦料級(jí)配優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于公路與城市道路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于礦料間隙率的礦料 級(jí)配優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青混合料是由瀝青結(jié)合料、集料和空隙組成的三相體系。傳統(tǒng)的瀝青混合料級(jí) 配設(shè)計(jì)方法(如馬歇爾法）以及一些新的級(jí)配設(shè)計(jì)法(如貝雷法），其設(shè)計(jì)思想都是通過(guò)合理 調(diào)整這三相體系的組成比例，以使瀝青混合料獲得適宜的體積組成，其表征指標(biāo)有礦料間 隙率(VMA)、剩余空隙率(VV)和瀝青填隙率(VFA)。在剩余空隙率一定的情況下，瀝青混合料 的性能在很大程度上取決于礦料間隙率。因此，VMA在熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)中是一個(gè)非常重 要的體積參數(shù)。
[0003]在目前規(guī)范推薦的混合料配合比設(shè)計(jì)方法中，礦料間隙率VMA是優(yōu)化礦料級(jí)配的 一個(gè)關(guān)鍵性控制指標(biāo)。通常在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，首先就是預(yù)調(diào)級(jí)配，然后根據(jù)預(yù)估油石比進(jìn)行 馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)定礦料間隙率VMA，若測(cè)得的VMA不滿足規(guī)范要求，則就需要修改級(jí)配，若測(cè) 得的VMA滿足規(guī)范要求，方可進(jìn)行下一步試驗(yàn)。然而這樣做存在兩個(gè)問(wèn)題:一是如果初選的 級(jí)配VMA不合格，則需要做大量的馬歇爾試驗(yàn)，這就導(dǎo)致瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)周期延長(zhǎng)， 且試驗(yàn)人員工作量大量增加；二是預(yù)估的油石比是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，其與最佳油石比往往相差 甚遠(yuǎn)，不僅不能體現(xiàn)最佳油石比與級(jí)配之間的密切關(guān)系，也不能真實(shí)反映最佳油石比時(shí)混 合料內(nèi)部空隙分布特征，因此在預(yù)估油石比下成型的馬歇爾試件其VMA及空隙率也很難滿 足規(guī)范要求，即級(jí)配的優(yōu)化并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)。
[0004] 然而如果在試驗(yàn)之前，VMA就能夠被準(zhǔn)確地估算出來(lái)，那么在瀝青混合料設(shè)計(jì)過(guò)程 中基于預(yù)估的VMA優(yōu)化出來(lái)的級(jí)配必將具有更佳的混合料性能。
[0005] 因此，有必要發(fā)明一種基于礦料間隙率VMA的礦料級(jí)配優(yōu)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于礦料間 隙率的礦料級(jí)配優(yōu)化方法。該方法充分考慮到工程實(shí)際，能夠前期在沒(méi)有進(jìn)行壓實(shí)混合料 試件的前提下合理地預(yù)估礦料間隙率而進(jìn)行級(jí)配優(yōu)化，大大降低配合比設(shè)計(jì)階段的工作量 和盲目性，顯著提高工程效率。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于礦料間隙率的礦料級(jí) 配優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0008] 步驟一、對(duì)礦料進(jìn)行篩分，得到η級(jí)具有不同粒徑尺寸的分級(jí)礦料，其中第i級(jí)分級(jí) 礦料的粒徑尺寸為di，第i級(jí)分級(jí)礦料的質(zhì)量通過(guò)百分率為mi，其中i = l、2、3、…、η，η為大于 4的自然數(shù)；
[0009] 步驟二、將步驟一中所述第i級(jí)分級(jí)礦料的質(zhì)量通過(guò)百分率nu換算為體積通過(guò)百 分率Vi;
[0010] 步驟三、采用公式(1)和公式(2)進(jìn)行迭代計(jì)算，公式(1)為 公式（2)為dmix= (dtr X (ds廣，公式（1)和公式
（2)中：m為泯合r科中粗集科的體枳白分谷 量;η為混合礦料中細(xì)集料的體積百分含量;emix為混合礦料的空隙率；et為粗集料的空隙 率;e s為細(xì)集料的空隙率;dmix為混合礦料的粒徑尺寸，單位為mm; dt為粗集料的粒徑尺寸，單 位為mm; ds為細(xì)集料的粒徑尺寸，單位為mm; k為集料形態(tài)特征系數(shù);所述迭代計(jì)算的具體過(guò) 程為：
[0011] 步驟301、采用第1級(jí)分級(jí)礦料作為細(xì)集料，采用第2級(jí)分級(jí)礦料作為粗集料，將第1 級(jí)分級(jí)礦料與第2級(jí)分級(jí)礦料混合均勻，得到第2級(jí)混合礦料，然后根據(jù)公式（1)計(jì)算出第2 級(jí)混合礦料的空隙率，根據(jù)公式(2)計(jì)算出第2級(jí)混合礦料的粒徑尺寸；
[0012] 步驟302、采用第j級(jí)混合礦料作為細(xì)集料，將第j+Ι級(jí)分級(jí)礦料作為粗集料，將第j 級(jí)混合礦料與第j+1級(jí)分級(jí)礦料混合均勻，然后根據(jù)公式（1)計(jì)算出第j+1級(jí)混合礦料的空 隙率，根據(jù)公式(2)計(jì)算出第j+1級(jí)混合礦料的粒徑尺寸，其中j = 2、3、…、η -1;
[0013] 步驟303、重復(fù)步驟302,直至得到第η級(jí)混合礦料，然后根據(jù)公式（1)計(jì)算出第η級(jí) 混合礦料的空隙率en，之后根據(jù)公式^^^? =7^計(jì)算出第η級(jí)混合礦料的間隙率VMAn; η
[0014] 步驟四、根據(jù)步驟303中所述第η級(jí)混合礦料的間隙率VMAn對(duì)礦料的級(jí)配進(jìn)行優(yōu) 化，具體過(guò)程為:將第η級(jí)混合礦料的間隙率VMA n與礦料的目標(biāo)間隙率VM%進(jìn)行對(duì)比分析， 若VMAn = VM%，則第η級(jí)混合礦料的級(jí)配即為礦料的目標(biāo)級(jí)配;否則，調(diào)整步驟一中所述di和 nu，直至使VMAn = VM%為止，最終得到礦料的目標(biāo)級(jí)配。
[0015] 上述的一種基于礦料間隙率的礦料級(jí)配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟一中第1級(jí)分 級(jí)礦料的粒徑尺寸di = 0.005mm，第1級(jí)分級(jí)礦料的質(zhì)量通過(guò)百分率mi = 0 %。
[0016] 上述的一種基于礦料間隙率的礦料級(jí)配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟一中所述η = 11，第11級(jí)分級(jí)礦料的粒徑尺寸dn = 16mm，第11級(jí)分級(jí)礦料的質(zhì)量通過(guò)百分率mn= 100 %。
[0017] 上述的一種基于礦料間隙率的礦料級(jí)配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟二中所述第i 級(jí)分級(jí)礦料的體積通過(guò)百分率％通過(guò)公式K =&^換算得到，式中為第i級(jí)分級(jí)礦料 的相對(duì)密度，ro為礦料的相對(duì)密度。
[0018] 上述的一種基于礦料間隙率的礦料級(jí)配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟三中集料形 態(tài)特征系數(shù)k的取值為:粗集料的形態(tài)特征系數(shù)k= 1.01，細(xì)集料的形態(tài)特征系數(shù)k= 1.30， 礦粉的形態(tài)特征系數(shù)k = 1.60，所述粗集料的粒徑> 2.36mm，所述礦粉的粒徑< 0.07 5mm，所 述細(xì)集料的粒徑為〇. 〇75mm~2.36mm。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、本發(fā)明基于級(jí)配來(lái)計(jì)算礦料間隙率時(shí)，考慮了級(jí)配是影響礦料間隙率的關(guān)鍵因 素并且礦料間隙率是表征混合料內(nèi)部體積關(guān)系的指標(biāo)，因此首次提出將描述礦料級(jí)配的集 料質(zhì)量通過(guò)百分率換算為體積通過(guò)百分率，得到了更科學(xué)和更準(zhǔn)確的礦料間隙率計(jì)算值。 [0021 ] 2、本發(fā)明基于級(jí)配來(lái)計(jì)算礦料間隙率時(shí)，由于VMA的大小與集料粒徑大小、級(jí)配組 成、幾何形狀、表面微觀紋理和顆粒間排列組合方式有關(guān)，因此提出計(jì)算VMA時(shí)需要考慮以 上影響因素，采用集料體積通過(guò)百分率、空隙率和集料形態(tài)特征系數(shù)三個(gè)基本參數(shù)表征這 些影響因素，全面綜合考慮了影響礦料間隙率的因素，使得到的計(jì)算值更加準(zhǔn)確和合理。 [0022] 3、規(guī)范推薦用礦料間隙率VMA來(lái)優(yōu)化級(jí)配，其常用方法是：用預(yù)估油石比做馬歇爾 試件，測(cè)定礦料間隙率VMA，若不滿足規(guī)范要求，則修改級(jí)配來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)配優(yōu)化。這樣做導(dǎo)致瀝 青混凝土設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)，本發(fā)明提供的基于礦料級(jí)配的礦料間隙率計(jì)算方法可提前預(yù)估礦 料間隙率，通過(guò)礦料間隙率實(shí)現(xiàn)了級(jí)配優(yōu)化，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，有效地節(jié)約了工程成 本，提高了工程效率。
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明提供了一種基于礦料間隙率的礦料級(jí)配優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：
[0025] 步驟一、對(duì)礦料進(jìn)行篩分，得到η級(jí)具有不同粒徑尺寸的分級(jí)礦料，其中第i級(jí)分級(jí) 礦料的粒徑尺寸為di，第i級(jí)分級(jí)礦料的質(zhì)量通過(guò)百分率為mi，其中i = l、2、3、…、η，η為大于 4的自然數(shù)；
[0026] 步驟二、將步驟一中所述第i級(jí)分級(jí)礦料的質(zhì)量通過(guò)百分率nu換算為體積通過(guò)百 分率Vi;
[0027] 步驟三、采用公式(1)和公式(2)進(jìn)行迭代計(jì)算，公式(1)為
公式⑵為dmix=(dt)mX(ds) n，公式