级配设计

2024-07-21

级配设计（共10篇）

级配设计篇1

级配碎石基层由于造价低廉、排水性能良好、能够有效降低反射裂缝等优点,在公路建设中得以广泛应用。如何做好级配碎石配合比设计,笔者结合工程实例,浅谈一下自己的心得,与广大同行探讨。

1 路面结构简介

32 cm 5%水泥稳定碎石底基层+15 cm GRH-25级配碎石基层+16 cm ATB-25密级配沥青碎石土基层+6 cm AC-20沥青混凝土下面层+4 cm AC-13沥青混凝土上面层。

2 级配碎石配合比设计过程

2.1 原材料检测

根据JTG E42-2005公路工程集料试验规程对原材料进行检测,原材料应满足设计要求。对于笔者所在工程,则满足《浦南高速公路级配碎石基层施工指南》中对集料的要求,见表1。

2.2 进行矿料级配合成

根据各档集料的筛分结果进行级配合成,提供1组～3组供优选的矿料级配,在浦南高速公路中规定提供3组,确定矿料级配的原则:首先要在工程设计级配范围内,其次是级配曲线尽量呈现“S”形,再次是设计曲线不得有太多的锯齿形交错,且在0.3 mm～0.6 mm范围内不出现“驼峰”。《浦南高速公路级配碎石基层施工指南》及设计图纸级配范围要求见表2。选定设计级配表及矿料级配曲线见表3。

2.3 进行重型击实试验

对选取的三条级配曲线分别进行重型击实试验,确定相应的最佳含水量、最大干密度。1)配料:对各档集料按照设计比例进行掺配,加入预设含水率的水量后拌和均匀,进行焖料。2)进行重型击实试验。3)根据试验结果,绘制含水率—干密度关系图,确定最佳含水量、最大干密度,试验结果见表4。

2.4 计算固体体积率

计算体积指标时采用集料的毛体积密度,固体体积率为最大干密度除以混合料合成毛体积密度。混合料合成毛体积密度计算方法见JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范第83页式(B.5.3)。

注:CBR为最佳含水量下三层击实98次、4 d饱水的CBR

2.5进行CBR贯入试验

确定最佳含水量后,选取最佳含水量为各种级配类型的含水量,进行焖料击实,总共击9个试件,粗、中、细每种级配98击3个击完后泡水96 h,分别进行CBR贯入试验,其确定的试验结果见表5。

在《浦南高速公路级配碎石基层施工指南》中,固体体积率及CBR值要求见表6。

根据《浦南高速公路级配碎石基层施工指南》中3.3.4“选取CBR值大的,而且固体体积率在85%～90%的为设计级配”的要求,对结果进行汇总选定,见表7。

3级配碎石配合比设计中注意的几点问题

1)级配曲线在规定范围内,呈“S”形,严格控制0.075 mm以下颗粒含量及0.6 mm以下颗粒的塑性指数;2)进行CBR贯入试验配料时,要根据天气情况适当多加部分水以防拌和过程中损失,必要时通过进行含水率检测试验确定应加水量;3)对于级配碎石进行CBR贯入试验时,应采用100 kN测力环,在贯入过程中应保持贯入杆垂直防止偏心弯曲导致贯入杆损坏。

参考文献

[1]JTG E42-2005,公路工程集料试验规程[S].

[2]JTG E40-2007,公路土工试验规程[S].

[3]JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[4]何金贵.二灰级配碎石道路基层的配合比设计及应用[J].山西建筑,2008,34(33):164-165.

级配设计篇2

1.本工程施工组织设计。

2.《建筑安装分项工程施工工艺规程》（DBJ/T 01-26-2003）。3.《地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）。4.《建筑工程资料管理规程》（DBJ01-51-2003）。5.建筑工程施工手册。

二、工程概况

工程名称为城关槠榆树小区经济适用房6#、7#、8#楼，建设地点：本工程位于城关槠榆树东街南侧，占地面积为7518.29㎡，总建筑面积24220.36㎡，建筑层数为地上6、7#楼十一层；8#楼十二层，地下6、7#楼二层；8#楼一层。建筑层高为2.80m，建筑高度为35.70m，结构类型为全现浇剪力墙结构。建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为Ⅱ级，使用年限为50年，抗震设防裂度为7度。

三、施工准备

(一)、材料及主要机具：

1.天然级配砂石，颗粒级配良好。

2.级配砂石材料,不得含有草根、树叶、塑料袋等有机杂物及垃圾，含泥量不得超过3%。

3.主要机具：推土机、振动碾（8-12 t）、手推车、平头铁锹、喷水用胶管、2m靠尺、小线或细铅丝、钢尺或木折尺等。(二)、作业条件：

1.设置控制虚铺厚度的标志，固定基槽四周的墙上。

2.铺筑前，组织有关单位共同验槽，包括轴线尺寸、水平标高、地质情况，在未做地基前处理完毕并办理隐检手续。4.检查基槽边坡是否稳定，并清除基底上的浮土。

四、施工方法: 1.工艺流程：检验砂石质量→ 分层铺筑砂石→洒水→ 碾压→找平验收→覆盖

2.已申请级配砂石土工击实且有试验报告单。3.分层铺筑砂石

1）铺筑厚度按每层30cm，采用6-10t的压路机碾压。

2）地基底面宜铺设在同一标高上，深度不同时，基土面应挖成踏步和斜坡形，搭槎处应注意压实。施工应按先深后浅的顺序进行。

3）分段施工时，接槎处应做成斜坡，每层接岔处的水平距离应错开不少于1m，并应充分压实。

4）铺筑的砂石级配均匀。如发现砂窝或石子成堆现象，应将该处砂子或石子挖出，分别填入级配好的砂石。

4.洒水：铺筑级配砂石在碾压前，应根据其干湿程度和气候条件，适当地洒水以保持砂石的最佳含水率，试验室出的级配砂石土工击实报告最佳含水为率5.5%。最大干密度为2.29g/cm,控制干密度为2.18g/cm

5.采用压路机往复碾压，一般碾压不少于4遍，其轮距搭接不小于50cm。6.每层碾压完成后要及时用防冻被覆盖以免受冻。

7.有边坡支护部位直接填至边缘，没有边坡支护部位按1：1扩散角回填。

8.找平和验收：

(l)施工时应分层找平，用贯砂法测定质量时测定干密度。

（2）取样方法：

6、7#楼：每100㎡最少取一点，每步取18点，共分1步；8#楼：每100㎡最少取一点，每步取15点，共分15步。每下层与上层取点位置相互错开布点（详见布点图）。

(3)最后一层压完成后，表面应拉线找平，并且要符合设计规定的标高。9．冬期施工：不得采用加有冰块的砂石和冻结的天然砂石并采用防冻被覆盖，为方便施工，防冻被随施工随覆盖，防止砂石内水份冻结，温度在-10℃以下时不宜施工。

五、质量标准：

（一）、保证项目：

1、基底土质已符合设计要求。

2、采用标准砂检查点的干砂质量密度，必须符合设计要求和施工规范的规定。

（二）、基本项目：

1．级配砂石的配料正确，拌合均匀，虚铺厚度符合规定，碾压密实。2．分层留接槎位置正确，方法合理，接槎碾压密实，平整。

3.允许偏差项目: 顶面标高：±15mm、表面平整度： 20mm，用水平仪或拉线和尺量检查用2m靠尺和楔形塞尺量检查。

（三）、成品保护：

1．回填砂石时，应注意保护好现场轴线、标高桩，并经常复测。2．碾压时应注意不要破坏基坑底面和侧面土的强度。

3．地基范围内不应留有孔洞。

4．施工中必须保证边坡稳定，防止坍塌，设专职人员进行看护，发现问题及时上报处理。

5．级配砂石成活后，如不连续施工，应适当洒水润湿后及时用防冻被覆盖。6．砂石碾压完毕后，严禁小车及人员在砂石上面行走，必要时应在上面铺板行走。

六、应注意的质量问题：

1.严格执行铺筑砂石操作工艺要求，分层铺筑不得过厚、碾压遍数为4遍、洒水充足等，以防砂石地基大面积下沉。

2.留接槎规定搭接和夯实。对边角处的夯打不得遗漏，以防止局部下沉。3.应配专人及时处理砂窝、石堆等问题，做到砂石级配良好。

4.坚持分层检查砂石地基的质量。每层的纯砂检查点的干砂质量密度。必须符合规定，否则不能进行上一层的砂石施工。

5.砂石垫层厚度不宜小于100mm；冻结的天然砂石不得使用。

七、环境、职业健康安全管理措施：

（一）、环境管理措施

1.运输砂石时必须覆盖，不得沿途遗撒。

2.施工现场配备洒水降尘器具，指定专人负责现场洒水降尘。

（二）、职业健康安全管理措施

1.施工现场的临时用电必须严格遵守国家现行标准《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）的规定。用电设备安装漏电保护器，施工中定期检查 4 电源线路和设备的电器部件，处理机械故障时必须断电，确保用电安全。2.压路机等设备的操作严格遵守国家现行标准《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2001）的规定。

3.作业区用明显标志，进入施工现场必须戴安全帽。4.遇有雪、雾和六级以上大风等恶劣气候，须停止作业。5.边坡支护加强牢固。

6.现施人员不能酒后作业，高度集中。

级配碎石底基层施工技术方案篇3

关键词：继配碎石；施工；方案

中图分类号：U416.214 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0159-01

104国道睢宁段改扩建工程加宽段进行了左幅慢车道级配碎石垫层试验段的铺筑。经检测，各项技术指标符合技术规范要求。随后我部召集了所有参加试验段铺筑的工程技术人员、试验检测人员、机械操作手，对施工全过程及各项检测数据进行了认真的分析、讨论和总结，确定了一套切实可行的标准施工方法及有关的技术参数。现将我部级配碎石垫层试验段施工工艺有针对性的作一总结。

1 试验段铺筑的时间、桩号

时间：4月20日

天气：阴，气温5～15 ℃。

桩号：K825+300～K825+500（左幅慢车道）

2 前场准备及测量放样

清除原慢车道下承层表面的浮土、积水等杂物，并洒水湿润。开始摊铺的前一天要进行测量放样，按摊铺机宽度与传感器间距，一般在直线上间隔10 m，在平曲线上为5 m，做出标记，并打好导向控制线支架，根据松铺厚度，挂好导向控制线。

3 混合料的级配及控制

室内试验级配碎石垫层的配合比（1-2-3）碎石：（1-1.5）碎石：（0.3-0.8）碎石：（石屑）碎石=17：32：19：32，最大干密度2.28 g/cm3，最佳含水量4%。在试验段的试生产过程中经筛分试验发现混合料偏细，经调整碎石垫层的配合比为（1-2-3）碎石：（1-1.5）碎石：（0.3-0.8）碎石：（石屑）碎石=19：32：19：30，筛分曲线符合规范2号级配要求。

4 运输

拌和机出料采取配带活动漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车运输，装车时车辆前后移动，按前、后、中卸料方式三次装料，自卸车每车装料数量大致相等。车辆装料结束后，由放料人员签发 “发料单”。运输车辆数目可根据运输距离的远近进行适当增减，保证摊铺机前有2台料车等待卸料。

5 摊铺

根据我部厂拌的平均产量（500 t/h），结合试验段的铺筑用料情况，确定在以后施工过程中，采用1台摊铺机铺筑慢车道垫层的顶层（16 cm），摊铺速度为1.5～2.0 m/min，同时增加车辆运输摊铺垫层调平层，施工工艺采用装载机配合平地机施工。对垫层顶层摊铺机后出现的局部大料集中现象，设专人进行处理。

6 碾压

土路肩与垫层摊铺面同时碾压，防止垫层边部混合料产生侧向推移，这样既保证了垫层边部压实度，又杜绝了垫层边部因侧向推移面产生的塌边现象。试验段碾压过程中，为调整和验证碾压工艺，取30 m为一碾压段落。在规模施工中，可根据摊铺速度适当调整，将其控制在40～50 m之间。

通过几种形式的机械碾压顺序组合取得的现场压实度检测结果看，方案一（K825+400～K825+500）：振动压路机（XSM220型）前静后弱振1遍，前强振后强振1遍，三轮压路机碾压2遍，最后胶轮压路机（XP260型）光面2遍；方案二（K825+300～K825+400）：振动压路机（XSM220型）前静后弱振1遍，前强振后强振1遍，三轮压路机碾压3遍，最后胶轮压路机（XP260型）光面2遍。两种方案见表1。

通过对照压实效果方案二比方案一更为理想。因此，在规模施工中采用此种碾压方案二完全能够满足规定要求。

对于碾压过程中出现的压路机粘轮现象，设专人跟踪用扫帚清理，在一定程度上可减少由于粘轮而引起的麻面现象，从而改善垫层的外观质量。

7 纵、横缝的处理

处理纵、横缝时需要认真、仔细，从试验段的处理效果来看，可设人专门处理纵缝中易出现的粗料集中、表面粗糙现象；在处理横缝时，要求处理为同时满足高程和平整度要求的同一横向断面，施工缝垂直于地面，断面无松散现象。第二天摊铺时摊铺机熨平板从接缝处起步，由先铺结构层上跨缝处渐移向新铺结构层，配合人工对横缝处出现的集料离析和台阶进行处理。

8 松铺系数的确定

通过对试验段9个断面18个点位松铺厚度、压实厚度的测量及计算，测定松铺系数为1.32。经综合考虑，确定在规模施工中松铺系数采用1.32。我项目经理部将在以后的施工过程中进一步加强测量，取得更加接近实际的松铺系数指导施工。

9 检测

在施工过程中，质检人员及时地将压实度、标高、横坡、宽度等各项检测结果反馈至摊铺现场，现场技术人员可根据检测情况，对不合格部位进行处理（补压或整形），以保证大规模施工的工程质量。

10 养生及交通管理

施工完成后及时封闭交通进行养生，在养生期间，禁止一切车辆通行。

11 对检测结果的评析

粗、细集料筛分试验结果表明：级配碎石垫层混合料级配控制准确，符合规范要求。从现场检测结果来看：标高、横坡、宽度、厚度控制准确。当复压完成后，压实度已基本满足规范要求，再用轮胎压路机进行终压，既充分保证了压实度，又改善了表面质量。

12 通过试验路发现的问题及处理措施

①拌和场料仓没有进行加高隔离，容易出现不同粒径原材料混合，造成级配变化，生料的料堆的挡墙太低，使不同的料混合。②车辆运输太慢，使前场等料出现。③慢车道施工没有采取有效措施尽量缩短倒车时间，造成摊铺机停顿，影响施工进度和表面平整度。对发现问题的处理措施：④在料斗上安装隔离板，在原材料加高挡墙，避免不同粒径原材料混合现象。⑤根据实际情况，运距太长，我项目部又增加2辆自卸车。⑥在下一步施工过程中，采用每50 m用混合料设一个临时路口，缩短倒车距离，保证摊铺机正常均速摊铺，摊铺机施工到临时路口位置时用装载机清除路口。

13 结语

通过对试验段各项检测结果的总结和分析，经讨论并确定，级配碎石垫层规模生产的标准施工方法及有关技术参数如下：

①垫层混合料集料组成按实际筛分配比控制。（1-2-3）碎石：（1-1.5）碎石：（0.3-0.8）碎石：石屑=19：32：19：30，以后随原材料变化及时调整，保证级配合格。②混合料最大干密度为2.30 g/cm3，最佳含水量为4.0%，施工时含水量保证大于最佳含水量2个百分点左右，并随天气变化及时调整。③摊铺速度为1.5～2.0 m/min。④松铺系数采用1.32进行控制。⑤碾压。碾压段长度：根据摊铺机的进行速度，将碾压段长度控制在40～50 m之间。天气晴好时进行跟机碾压，保证含水量不致散失过快；碾压工艺：振动压路机（XSM220型）前静后弱振1遍，前强振后强振1遍，三轮压路机碾压3遍，最后胶轮压路机（XP260型）光面2遍；结构层边部压实度保证措施：级配碎石垫层边部与土路肩同时碾压，保证垫层边部压实度。⑥级配碎石垫层施工结束后，封闭交通养生，禁止车辆通行。

在今后的大规模施工中，我部将加强检测，根据检测结果做进一步的分析和总结，不断优化施工工艺，确保工程质量。

参考文献：

[1] JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[2] JTG F10-2006，公路路面基层施工技术规范[S].

[3] JTG E51-2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[4] JTG E42-2005，公路工程集料试验试验规程[S].

[5] JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[6] JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].

摘要：随着我国高等级公路的飞速发展，商业化进程的提速，运输业、物流业的繁荣。重载交通日益凸显，对路面结构层的要求同样适度调整，文章就继配碎石底基层施工方案的确定作出论述。

关键词：继配碎石；施工；方案

中图分类号：U416.214 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0159-01

1 试验段铺筑的时间、桩号

时间：4月20日

天气：阴，气温5～15 ℃。

桩号：K825+300～K825+500（左幅慢车道）

2 前场准备及测量放样

3 混合料的级配及控制

4 运输

5 摊铺

6 碾压

通过对照压实效果方案二比方案一更为理想。因此，在规模施工中采用此种碾压方案二完全能够满足规定要求。

对于碾压过程中出现的压路机粘轮现象，设专人跟踪用扫帚清理，在一定程度上可减少由于粘轮而引起的麻面现象，从而改善垫层的外观质量。

7 纵、横缝的处理

8 松铺系数的确定

9 检测

10 养生及交通管理

施工完成后及时封闭交通进行养生，在养生期间，禁止一切车辆通行。

11 对检测结果的评析

12 通过试验路发现的问题及处理措施

13 结语

通过对试验段各项检测结果的总结和分析，经讨论并确定，级配碎石垫层规模生产的标准施工方法及有关技术参数如下：

在今后的大规模施工中，我部将加强检测，根据检测结果做进一步的分析和总结，不断优化施工工艺，确保工程质量。

参考文献：

[1] JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[2] JTG F10-2006，公路路面基层施工技术规范[S].

[3] JTG E51-2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[4] JTG E42-2005，公路工程集料试验试验规程[S].

[5] JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[6] JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].

关键词：继配碎石；施工；方案

中图分类号：U416.214 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0159-01

1 试验段铺筑的时间、桩号

时间：4月20日

天气：阴，气温5～15 ℃。

桩号：K825+300～K825+500（左幅慢车道）

2 前场准备及测量放样

3 混合料的级配及控制

4 运输

5 摊铺

6 碾压

通过对照压实效果方案二比方案一更为理想。因此，在规模施工中采用此种碾压方案二完全能够满足规定要求。

对于碾压过程中出现的压路机粘轮现象，设专人跟踪用扫帚清理，在一定程度上可减少由于粘轮而引起的麻面现象，从而改善垫层的外观质量。

7 纵、横缝的处理

8 松铺系数的确定

9 检测

10 养生及交通管理

施工完成后及时封闭交通进行养生，在养生期间，禁止一切车辆通行。

11 对检测结果的评析

12 通过试验路发现的问题及处理措施

13 结语

通过对试验段各项检测结果的总结和分析，经讨论并确定，级配碎石垫层规模生产的标准施工方法及有关技术参数如下：

在今后的大规模施工中，我部将加强检测，根据检测结果做进一步的分析和总结，不断优化施工工艺，确保工程质量。

参考文献：

[1] JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[2] JTG F10-2006，公路路面基层施工技术规范[S].

[3] JTG E51-2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[4] JTG E42-2005，公路工程集料试验试验规程[S].

[5] JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].

级配设计篇4

碳化硅陶瓷材料所具有的强的共价键决定了其具有高强度、高硬度、高热导、低热膨胀、耐磨损和耐腐蚀等一系列优良性能,在很多领域具有很广阔的应用前景,如用作各种耐磨蚀的机械密封圈、磨衬体、耐蚀泵及热处理器等[1,2,3]。但品种复杂或大型的高性能Si C耐磨产品,目前在国内尚属空白,国内仅能生产干压成型的简单制品;而国外已能生产大型、异形件,以及各种密封件、高温窑件、热交换器等。另外,用低廉的原料制造高性能Si C耐磨材料,除前俄罗斯外,其他国家尚未有规模生产[4]。因此研究和应用规模化的Si C耐磨材料制备方法成为当务之急。

但由于SiC的共价键很强(共价键成分占88%),导致其高温扩散系数相当低,在2100℃高温下,C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10cm2/s和2.5×10-13cm2/s[5],所以,采取通常离子键结合所用的常压烧结很难制取高致密的SiC材料,必须采用一些特殊的工艺手段来促进烧结,实现SiC耐磨材料的低温烧成。

本文结合紧密堆积理论,通过理论计算得出了三组分理想球状颗粒的级配组成,从投料上提高坯体的密度,缩短颗粒与颗粒之间的距离,减小扩散传质所需要的能量,并针对生产实际情况,通过对SiC耐磨材料力学性能和显微组织的分析来探讨颗粒级配对其结构与性能的影响,为研究SiC耐磨材料的低温烧成提供了理论依据。

1 实验

1.1 试样制备

选用符合颗粒级配设计的Si C和助溶剂,按92∶8的质量比投料,加入0.8%的糊精粉为粘结剂,混合后在300MPa压力下制成Ф40mm×12mm和101mm×19mm×20mm的坯体,置于Mo Si2棒炉中在空气气氛下1550℃、保温8h常压烧成。

1.2 性能检测

用煮沸法按照GB/T1966-1996标准测定烧结体的体积密度和吸水率。

在MHV-2000数显显微硬度计上测定硬度,所加压力为2.94N。在CMT4504型电子多功能试验机上用三点弯曲法测定抗弯强度,跨度40mm,加载速度0.5mm·min-1。在MMW-1立式万能摩擦磨损试验机上测定磨损量,设定力值500N,预置时间300S,转速150r/min。

用质量分数为20%的FH在室温(25~30℃)下腐蚀试样1.5h,用JSM5160LV型扫描电子显微镜观察其显微结构。

1.3 粒度选择

首先依据颗粒级配的设计与计算确定最紧密堆积的三个方案,同时为了更明了的探讨符合紧密堆积理论设计的粉料组成对Si C耐磨材料性能的影响,本实验还随机选取了几组颗粒组成和配比,分别测取它们的松装密度和实装密度,从中选取密度较大者一起进行实验。具体粒度组成选择如表1所示,其中1#、2#、3#符合紧密堆积理论设计,4#和5#为随机三组分粒度配比。

2 Si C颗粒级配的设计与计算

颗粒级配理论实际上是一种“钻空隙”理论。按最紧密排列理论,在大尺寸颗粒堆积的体系中加入粒径较小的颗粒填充在大颗粒空隙中,再在大、小颗粒之间余下的空隙中填充粒径更小的颗粒……直至颗粒间的空隙率达到最小,体系的堆积密度为最大,其排列的平面示意图如图1所示。显然,颗粒级配问题就是要求出大小粒径颗粒的尺寸比和体积分数(即级配比例)[6]。

在实际应用中,由于颗粒尺寸分布较窄,又要满足相邻两级配粒径比的要求,无法得到较多的颗粒级配,另一方面,颗粒的形状也不规则,级配数过多时,较小粒径的颗粒将较大粒径的颗粒排挤开,产生干涉现象,反而使填充体系的空隙率增大,故在本级配设计中以三级级配来研究。

为了探讨粉体材料堆积体的基本特性,首先以理想球状颗粒粉体材料为基础作计算式的推导和演算。所谓理想球状颗粒粉体材料是指材料颗粒都是球体,表面光滑,相互之间不存在摩擦和吸附力等相互移动的干扰[7]。假设颗粒以立方紧密堆积形式存在,则各组分颗粒级配计算过程如下:

2.1 单组分颗粒级配

单级配的立方堆积如图2(a)所示,设颗粒球体的半径为r,则V立=8r3,V球=4.187r3,空隙率=(8r3-4.187r3)×100%/8r3=47.67%

2.2 双组分颗粒级配

在单组分级配的基础上立方体的面心和体心均有空隙存在,因立方体的体心距大于面心距,故将中颗粒球体放置在体心位置上且和相邻球相切,如图2(b)所示,设中颗粒球体的半径为r中,则:

(2r+2r中)2=(2r)2+(2r)2+(2r)2,则r中=0.732r,V中=1.642r3,

空隙率=(8r3-4.187r3-1.642r3)×100%/8r3=27.15%

2.3 三组分颗粒级配

在三组分颗粒级配中设小颗粒球体的半径为r小,位于立方体的6个面心处,其具体位置有两种:

2.3.1 小颗粒球体与立方体面上的相邻球相切

小颗粒球体与立方体面上的相邻球相切如图2(c)所示,则(2r+2r小)2=(2r)2+(2r)2,r小=0.414r,而中颗粒球体与立方体面之间的距离为r,小颗粒和中颗粒半径和为1.1r,小颗粒球体会将中颗粒球体挤开,故此位置不取。

2.3.2 小颗粒球体与中颗粒球体相切

当小颗粒球体与中颗粒球体相切时r小=r-r中=0.268r,其值小于中颗粒球体与立方体面之间的距离r,小颗粒不会将中颗粒球体和大颗粒球体挤开,故此位置符合要求,则r小=0.268r,V小=0.24r3,空隙率=(8r3-4.187r3-1.642r3-0.24r3)x100%/8r3=24.13%,此时粒径比D粗∶D中∶D细=4∶3∶1,质量比m粗∶m中∶m细=17∶7∶1,即当粒径比D粗∶D中∶D细=4∶3∶1,质量比m粗∶m中∶m细=17∶7∶1时三组分达到紧密堆积。

通过计算看出,小颗粒与中颗粒相切的三级颗料级配堆积时,堆积体密度最大,空隙率最小。以此为基础进行试验验证。

3 结果与讨论

3.1 颗粒级配对Si C耐磨材料密度和吸水率的影响

图3表示了颗粒级配对试样密度和吸水率的影响,从图3中可以看出符合紧密堆积理论设计的1#、2#、3#试样的密度高于随机三组分配比的4#和5#试样,而吸水率却明显低于4#和5#试样,其中2#的密度最大,为2.6g/cm3,吸水率最小,为5.2%。因为合适的颗粒级配缩短了颗粒与颗粒之间的距离,减少了扩散传质所需要的能量,在相同的烧结条件下能提高烧结体的密度,使气孔不断地减少,降低其吸水率。而随机三组分配比的4#和5#试样,由于几何尺寸不合适,会造成细颗粒过少未填满粗颗粒留下的空隙或细颗粒过多将粗颗粒挤开的现象,势必会影响其致密度,进而影响其吸水率。

3.2 颗粒级配对SiC耐磨材料硬度和强度的影响

图4反映了颗粒级配对试样硬度和强度的影响。从图4中可知符合紧密堆积理论设计的1#、2#、3#试样的硬度和强度高于随机三组分配比的4#和5#试样,因为硬度、抗折强度与质量密度呈正比[8],符合紧密堆积理论设计试样的密度较随机三组分配比试样的密度大,故其对应的硬度和抗折强度也较大。

从图4中还可以看出2#的抗折强度最大,为199.24MPa,硬度也最高,为1890HV。这是因为虽然1#、2#、3#均符合紧密堆积配比设计,但在同样的工艺条件下,硬度和强度却不同,2#最优,1#次之,3#较差,从粒径组成上比较可知,2#的各粒径均最大,1#次之,3#最小,在实际应用中颗粒与颗粒之间存在摩擦力并非完全光滑,当粉末粒径较细时,其表面积较大,颗粒间的摩擦力增大,妨碍其致密度,其硬度、抗折强度与其质量密度呈正比,进而其硬度、抗折强度也受到影响。若获得密度较大的制品,在满足紧密堆积配比设计时可以选择粒径较大的组分进行投料。

3.3 颗粒级配对Si C耐磨材料耐磨性能的影响

图5表示了颗粒级配对Si C耐磨材料磨损量的影响,从图5中可以看出符合紧密堆积理论设计的1#、2#、3#试样的耐磨性明显高于随机三组分配比的4#和5#试样,且2#的耐磨性最好,这主要是因为Si C耐磨材料的力学性能与其质量密度呈正比。而2#的密度最大,其力学性能较好,从而使得颗粒于颗粒之间的把持力增强,耐磨性能得到进一步提高。

3.4 微观组织分析

图6为SiC断面的SEM照片,图6中a和b分别为2#试样在200倍和2000倍的SEM照片。从图6中可以看出SiC粗细颗粒结合牢固,颗粒间无明显的界限,已形成致密的烧结体,内部无明显的气孔和缺陷,整体密度较高,因此综合性能较好。

图6中c和d分别为4#试样在200倍和2000倍的SEM照片,从图6中可以看出Si C粗细颗粒之间呈机械的堆砌,颗粒之间空隙较大,结构疏松,空隙较多,这将导致其力学性能较差。

由此可知符合紧密堆积的试样的烧结性能明显高于随机三组分配比的试样,烧结性能的提高使得粗细颗粒之间相互把持,在磨损过程中不易出现磨粒脱落现象,大大提高了材料的耐磨性。

a-2#试样200X;b-2#试样2000Xc-4#试样200X;d-4#试样2000X

4 结论

(1)通过理论计算推导可知当粒径比为D粗∶D中∶D细=4∶3∶1,质量比为m粗∶m中∶m细=17∶7∶1时三组分达到紧密堆积。

(2)在空气气氛1550℃下烧制8h,当粒径组成为F46、F70、F180,m粗∶m中∶m细=17∶7∶1时,Si C烧结体的性能最优,密度为2.6g/cm3,吸水率为5.2%,抗折强度为199.24Mpa,硬度为1890HV。

(3)通过实验可知紧密堆积级配设计与实际应用相吻合,在研究Si C耐磨材料时,颗粒级配的设计能有利于确定综合性能较好的试样方案。

参考文献

[1]邱关明.新型陶瓷[M].北京:兵器工业出版社,1993:12

[2]侯永改,张国锋,李文凤[J].SiC耐磨材料制备的研究进展[J].耐火材料,2010,6(44):223-227

[3]山田修.新型非金属材料的发展[J].窑业协会志,1986,94:512-515

[4]SakaiT,Aikawa T.Mossbauer spectroscopic studies of ruthenium trichlorides[J].Mater Sci,1979(10):314-318

[5]Hong J D,Hon M H,Davis R F.Self diffusion in alpha and beta silicon carbide[J].Ceramurgia Inter,1979(5):155

[6]黄辉.颗粒级配技术及其在含能材料中的应用[J].含能材料,2001,12(44):9

[7]乔龄山.水泥堆积密度理论计算方法介绍[J].水泥,2007

AC-16的矿料级配优化篇5

针对AC-16的矿料级配进行了分析和论证.通过将传统的密实悬浮型级配优化为骨架密实型级配,并进行各项路用性能的比较.结果表明: 骨架密实型结构沥青混合料的`路用性能优于传统的密实悬浮型结构沥青混合料.

作者：张宇莫祖鸿刘红辉舒群作者单位：张宇(交通部管理干部学院,公路工程管理教研部,北京,101601)

莫祖鸿(黔东南州交通工程勘察设计所,贵州,凯里,556000)

刘红辉(怀化市公路勘察设计院,湖南,怀化,418000)

级配设计篇6

沥青混合料路用性能的好坏直接影响到路面的使用性能和寿命。因此,围绕沥青混合料开展的各项科研一直是道路领域的热点。各种所谓的新型路面结构其本质上也是针对沥青混合料的改进,如:SMA、OGFC等。沥青混合料的设计包括集料的选择及组成设计、沥青及沥青的改性、混合料油石比。目前常用的混合料设计方法有马歇尔设计、Superpave旋转压实法和GTM旋转剪切压实法。其中马歇尔法和Spuerpave法本质上都是基于混合料体积指标的设计方法,本质上属体积设计范畴。通过对混合料各项体积指标(如VV、VMA、VFA)的界定,从而进行混合料的设计,包括集料的组成设计和油石比的确定。最后通过一系列路用性能试验进行验证。

在沥青混合料设计中,集料的选择与组成设计对混合料的路用性能至关重要。集料的选择需要考虑集料的强度、棱角性和吸水率等特性。集料组成设计主要是级配的设计,即各档料的配比。到目前为止,还没有一个完整的针对集料级配设计的理论公式。对于连续型级配,可以套用富勒最大密度计算公式,同济大学的林秀贤教授在总结经验的基础上也提出了一个级配设计的公式。但这些公式对于间断型级配(SMA)都不适用。实践中,在进行集料组成设计时通常是根据规范的要求,根据经验在靠近级配中值附近进行集料级配的试配。最后通过混合料体积指标的测试反复调整级配以满足体积指标和路用性能各指标的要求。

2“贝雷法”级配设计基本概念

由伊利诺州交通部的罗伯特·贝雷(Robert Bailey)发明的一种级配组成设计方法被称之为“贝雷法”,其主体思想是以集料骨架作为混合料的承重主体,期望以此提高抗车辙性能,同时通过调整粗细集料的比例,获得合适的间隙率以保证设计的混合料具有一定的耐久性。贝雷法中按集料的嵌挤与填充情况,将密级配沥青混合料分为粗级配和细级配两种类型。粗级配是指粗集料能形成骨架结构的密级配混合料;而细级配是指粗集料不足以形成骨架,主要依靠细集料来承担荷载等外在作用的密级配混合料。

在贝雷法中,粗细集料的定义不同于传统的以4.75mm筛孔为界的划分方法。粗细集料的分界点是随公称最大粒径变化的。贝雷法中粗细集料的分界筛孔称为第一控制筛孔,可按照下式确定:

式中:PCS——第一控制筛孔尺寸(Primary Control Sieve);

NMPS——公称最大粒径(同Superpave中的定义)

式中0.22是基于集料的球形嵌挤模型得到的,即将集料简化为圆球形,彼此嵌挤(贴在一起)后中间的间隙再用一个小的圆球去填充,通过数学计算可以得到用来填充的小球的半径大约是大球半径的0.22倍。

为了得到期望的集料骨架结构,设计者应选取粗集料的适宜密度,从而确定粗集料的用量。确定粗集料选取密度时,必须考虑混合料是细级配还是粗级配。理论上,松装密度是粗集料形成骨架结构的下限,干捣密度通常被看作是密级配沥青混合料中粗集料形成骨架嵌挤结构的上限,其值约为松装密度的110%以上。

粗集料选取密度按松装密度的百分率计。对粗级配混合料,粗集料选取密度一般取松装密度的95%至105%,对易碎的软集料可接近105%,但应避免大于105%,以减小集料的破碎和现场压实的难度。对细级配混合料,选取密度应小于松装密度的90%。应注意的一点是,对密级配混合料,建议粗集料选取密度不要采用松装密度的90%至95%,因为这个范围的混合料粗集料骨架结构不稳定,现场的变异性较大。

3“贝雷法”级配设计步骤

采用“贝雷法”进行矿质混合料级配设计的步骤如下:(1)确定粗集料的选取密度(kg/m3);(2)计算粗集料在选取密度下的空隙体积;(3)用细集料的干捣密度确定填充粗集料空隙所需的细集料(kg/m3);(4)利用粗、细集料各组分的密度,确定矿质混合料的总重(kg/m3),根据各级粗集料体积+各级细集料体积=单位体积,并确定各集料的合成质量百分比;(5)根据粗集料中所含的部分细集料以及细集料中所含的部分粗集料,分别修正粗、细集料的质量百分比;(6)若使用矿质填料或回收粉尘,则需调整细料部分的百分含量;(7)确定经修正后各集料最终的质量百分含量;(8)合成级配的分析;

对合成级配用CA、FAc及FAf三个参数进行分析。这些参数发生变化,将引起沥青混合料的体积特性、施工特性以及使用性能的变化。

3.1 CA比

即为粗集料比(Coarse Aggregate Ration),这个参数用于评价矿料中粗集料的含量和分析空隙特征。计算公式如下:

式中:PD/2——粒径为D/2(D为公称最大粒径)的通过率,%;

PPCS——第一控制筛孔的通过率,%

3.2 FAc比

把细集料重新视为混合料,并将其分成粗、细两个部分,细集料中粗料部分形成的空隙由细料部分进行填充。FAc(Coarse Portion of Fine Aggregate)就是用来反映细集料中粗料部分与细料部分的嵌挤、填充情况,计算公式如下:

式中:PSCS——第二控制筛孔的通过率,%

3.3 FAf比

FAf(Fine Portion of Fine Aggregate)反映了合成集料中最细一级的嵌挤情况,计算公式如下:

式中:PTCS——第三控制筛孔的通过率,%

4 运用“贝雷法”进行级配设计时需要注意的问题

在贝雷法中,设计密度的选取至关重要,它直接关系到粗集料的骨架结构,因此选取设计密度是贝雷法的关键,也是进行级配调整的基础,只有选择好设计密度,验证粗细料的比例才有意义。为了使集料的级配形成骨架结构,需不断调整设计密度。粗集料选取密度对沥青混合料的体积特性有很大影响。改变选取密度会使混合料中PCS筛孔的通过率发生变化。实际生产中必须特别注意保持PCS筛孔通过率的一致性,因为其通过率将影响混合料的粗集料骨架结构、空隙率和压实特性。适当地改变粗集料选取密度能改善混合料压实特性。

以前在区分粗细料时,常常按4.75mm或2.36mm筛孔来控制,大于4.75或2.36mm就是粗集料。在贝雷法设计中,一个重大的贡献就是提出了粗细料的分界筛孔,认为混合料中粗细集料区分是以最大公称尺寸的0.22倍所对应的相近尺寸筛孔孔径的分界点。由于我国级配使用的最大公称尺寸与美国不同,因此在选择控制筛孔尺寸时要注意,否则可能导致错误的结论。

根据贝雷法的要求认为,当CA比在0.4～0.8范围内时,能确保粗料在集料结构的平衡。当CA比过小时,沥青混合料易发生离析,当CA比接近1时,级配中的粗料会变得不平衡,这是由于干涉颗粒将控制粗集料的结构,从而导致难以压实,且易于推移。由此看来控制CA比并不是来控制粗集料的骨架的。即使CA比都在要求的范围内,也仅仅说明了其没有发生颗粒干涉,且施工和易性好而已。对于是否形成骨架,还需要考察其粗集料的密度是否位于松装密度和干捣密度内。

贝雷法级配设计是以各种粗集料的体积和各种细集料的体积等于单位体积为基础的,在设计时需预先确定矿粉的比例,然后来计算各种材料的比例,这里粗集料是采用的选取密度,而细集料采用的是捣实密度。而一般的体积设计法是根据粗骨架空隙率以及沥青混合料的设计空隙率来确定细集料用量和沥青的用量,使细集料的体积,沥青体积和沥青混合料设计空隙体积总和等于粗集料的间隙体积。

5 结论

贝雷法本身就是体积设计法的一种,但该设计方法是仅仅对集料的级配进行设计,而一般的体积设计法是将沥青与集料的级配统一加以考虑的,二者是有一定的区别的,但共同的一点就是粗集料形成的空隙用细集料来填充。贝雷法设计沥青混合料在我国刚开始应用,其设计方法和参数还需要深入研究。在应用贝雷法设计新级配或验证已有级配时,都必须按照采用选取密度来检验粗骨架是否形成,同时用CA和FA比来控制混合料的施工特性和体积特性,只有这样才能设计出好的级配。而不能单纯的用CA比来控制粗集料的骨架。

摘要：矿料级配设计是混合料尤其是沥青混合料设计的重要内容。文中针对“贝雷法”级配设计的理念与方法进行了全面而深入的阐述,提出在运用“贝雷法”进行沥青混合料集料组成设计时应该注意的问题。

级配设计篇7

水泥稳定碎石基层在我国各级公路建设中占有特殊的重要地位, 是最为广泛的路面基层材料, 具有强度高、承载能力较高和整体性好等优点。然而随着水泥稳定碎石混合料的大量运用, 逐渐发现水泥稳定碎石基层存在着一些亟待解决的问题, 如对温度、湿度的敏感性以及耐冲刷性能较低等。随着近些年来基层材料技术的提高和对材料路用性能的深入认识, 集料在混合料的分布状态对其路用性能的影响显得越来越关键[1]。因此, 较好的水泥稳定碎石级配设计是近年来基层混合料的发展趋势。通过采用良好的水泥稳定碎石级配设计, 改变水泥稳定碎石的结构类型, 即由传统的悬浮密实结构转变为骨架密实结构, 可以改善其路用性能不足之处。

目前, 国内外对矿料级配设计的研究较多, 本文从逐级填充法、试验法和体积法等三个方面, 总结了骨架密实型水泥稳定碎石级配设计的研究成果, 评述了存在的缺点, 阐述了今后的研究与发展方向。

1 逐级填充法

逐级填充法是以嵌挤为原则, 以填充理论为基础, 以追求空隙率最小的密实结构为目的的一种级配设计方法。其主要思想是基于填充理论、粒子干涉理论以及最大密度曲线理论的级配原则。依据填充理论, 集料最松散状态下的空隙率为48%, 用细小粒径的颗粒来填充主骨料的空隙而不用次级粒料填充能得到更好的效果。而粒子干涉理论认为, 为达到最大密度, 在次一级颗粒粒径不大于前一级颗粒间隙之距离的条件下, 由次一级颗粒填充前一级颗粒之间的空隙, 进行逐级填充, 否则大、小颗粒粒子之间势必发生干涉现象[2]。最大密度曲线理论则认为, 矿质混合料的颗粒级配曲线越接近抛物线, 则密度越大[2]。填充理论确保集料更加密实, 增加内摩阻力, 粒子干涉理论以及最大密度曲线理论则赋予混合料拥有较高的凝聚力。

国内谭学政[3]、彭波等[4]依据逐级填充嵌挤原则确定粗集料级配, 采用I法进行细集料级配设计, 通过7 d无侧限抗压强度来确定粗集料与细集料的比例, 从而得到骨架密实型级配;蒋应军[5]利用嵌挤原理从理论上计算不同级别集料的空隙率, 再进行逐级填充, 从而得到主骨料的级配;徐永丽等[6]采用逐级振捣填充方法, 通过最大密实度曲线确定出粗集料级配和粗细集料的填充比例, 得到理想的骨架密实结构。

综观上述文献, 逐级填充法是一种比较成熟的设计方法, 国内大部分学者主要采用这种方法进行骨架密实型水泥稳定碎石级配设计研究。逐级填充法虽然易于理解和操作, 但是结果的离散性较大, 主要追求混合料的最大密实, 缺乏对混合料骨架嵌挤特性的研究和施工和易性的考虑, 难以满足目前水泥稳定碎石基层的路用性能要求。

2 试验法

试验法是通过对集料进行击实或振动试验, 确定各级集料的孔隙率, 然后进行逐级填充, 从而确定混合料的级配。国外对采用试验法确定集料级配的研究较少, 国内刘红瑛等[7]采用试验法设计骨架密实型级配, 从31.5~19 mm, 19~9.5 mm, 9.5~4.75 mm, 4.75~2.36 mm, 2.36~1.18 mm, 1.18~0.6 mm分别逐级填充;腾旭秋从4.75 mm以上开始逐级填充, 采用传统重型击实和振动成型击实法来确定各级集料的孔隙率, 从而确定主骨料的级配[8]。

张嘎吱等[9]利用圆型试筒对大颗粒集料 (20~30 mm) 进行振动试验, 确定其剩余孔隙率, 然后按照前一级集料质量的5%递增, 加入次一级粒径的集料, 从而确定集料级配;为避免细集料与结合料产生离析的现象, 又将5~10 mm与10~20 mm粒径的集料按照95%∶5%、90%∶10%、85%∶15%等比例分别掺配成混合料, 并将各种混合料在圆型试筒内振动装满后进行称重, 然后绘制混合料质量与高一级集料百分比的关系曲线, 从而确定最大掺量[9]。李伟雄[8]根据悬浮-密实的设计方法, 考虑到规范要求98%的压实度而预留的孔隙率, 最终确定的骨架密实型水泥稳定碎石配比为:粗集料∶细集料∶水泥 (质量比) =72.4∶22.7∶4.9。

由上述文献可知, 试验法通过具体的试验来确定集料的级配, 能够较准确地得到混合料的孔隙率, 从而判定其密实度, 同时兼顾了不同石料的物理特性, 更加灵活和有针对性。但运用试验法确定集料级配时, 对粗、细集料所占的比例存在较大差异, 并且缺乏对混合料结构的综合考虑, 没有系统地评价粗集料是否形成骨架嵌挤。

3 体积法

体积法是将集料含量和结合料配合比独立设计, 用体积比来确定混合料的组成。通过捣实或振实密度来确定混合料的集料含量, 再以最大干密度的结合料来填充连续级配集料间的空隙。对体积法的研究, 国外主要有贝雷法和Superpave设计法。贝雷法是由美国伊利诺伊州的罗伯特·贝雷发明的一种集料级配设计方法, 其主要思想是以形成的集料骨架作为混合料的承重主体, 同时通过调整粗细集料的比例, 获得合适的矿料间隙率, 以保证设计的混合料具有较好的耐久性[10]。贝雷法通过设计密度来保证骨架密实, 利用粗、细集料各组分的密度, 确定矿质混合料的总质量, 并根据各级粗集料体积与各级细集料体积之和为单位体积, 来确定各集料的合成质量百分比。Superpave设计法采用0.45次方级配图定义集料的级配, 通过控制点来控制骨架密实, 但没有给出明确的设计原则, 属于经验性的方法[11]。

国内沙爱民等[12]根据基层材料结构划分的定义, 通过控制粗集料与细集料及结合料的体积关系来进行水泥稳定碎石级配设计;沙庆林院士[13]对水泥碎石基层的设计, 采用多碎石沥青混凝土SAC设计方法, 将粗、细集料分开设计, 以获得较好的密实性;冯德成等[14]借鉴沥青玛蹄脂碎石混合料 (SMA) 的设计思想, 采用次一级石料填充上一级石料的空隙, 最后计算骨架结构的空隙体积, 并将其用水泥胶砂填充。

从上述文献可知, 国内外在采用体积法进行级配设计时, 主要考虑粗集料的空隙与细集料体积之间的关系, 未考虑体积法运用于水泥稳定类材料时其最佳预留空隙率是多少, 即水泥稳定类材料达到最佳结构时, 其预留空隙率是多少。其次, 进行水泥稳定碎石级配设计时, 往往没有考虑水的体积。

4 结语

影响水泥稳定碎石基层路面使用性能的关键因素之一是其级配设计, 同时水泥稳定碎石级配设计也是影响其材料功能发挥的关键。对于骨架密实型水泥稳定碎石级配设计今后的研究, 可以从以下几个方面进行。

一是骨架性。即水泥稳定碎石基层级配设计不仅要考虑其密实度, 还应充分考虑其骨架的形成。骨架的形成会使水泥稳定碎石材料发挥更大的功能, 能有效地延缓基层病害的产生, 从而为面层提供稳定可靠的支撑。

二是全面性。即进行骨架密实型水泥稳定碎石级配设计时, 不仅要考虑粗集料的空隙与细粒料之间的关系, 还应考虑水泥砂浆的体积, 以防止水泥砂浆可能将粗集料形成的骨架撑开, 从而影响其路用性能。

三是实用性。即所设计的骨架密实型水泥稳定碎石级配能够指导生产实践, 使用效果明显, 便于广泛应用。以上几种级配设计方法大部分是建立在室内试验和理论计算的基础之上, 而检验其设计质量的标准应是工程上的实际应用效果。

摘要：逐级填充法、试验法与体积法是骨架密实型水泥稳定碎石集料级配设计方法的重要内容。为了解骨架密实型水泥稳定碎石级配设计的研究现状, 在分析水泥稳定碎石特点的基础上, 从逐级填充设计法、试验设计法与体积设计法等三个方面, 总结了国内外有关骨架密实型水泥稳定碎石级配设计的研究成果, 评述了存在的不足, 阐述了今后的研究与发展趋势。

级配设计篇8

1 沥青混合料组成材料

试验用粗集料采用湖南攸县玄武岩碎石,其技术指标试验结果见表1。

另外,骨架检验与计算中,各档集料的密度值对粗集料干捣实状态下的间隙率的计算是一关键值。

在试验研究中,用湖南衡阳的石灰石矿粉作为填充料,沥青用AH-70沥青。石灰石密度为2.686 g/cm3,沥青密度为1.035 g/cm3。

2 SAC矿料级配设计方法

2.1 粗集料级配计算公式

$Ρ_{d_{i}} = A (\frac{d_{i}}{D_{\max}})^{B}$ (1)

其中,di为某筛孔尺寸,mm;Pdi为筛孔尺寸di的通过量,%;Dmax为矿料的最大粒径,mm;A,B均为系数。

建立设计粗集料各个筛孔的通过量时,需要有两个控制点,一个是确定矿料级配的标称最大粒径,di=Dmax时的通过量为100%,另一个是4.75 mm筛孔的通过量,如30%～40%。由此,可以建立两个联立方程。

计算例:SAC25。

由于SAC25的最大粒径Dmax=31.5 mm,SAC25的标称最大粒径Dmax.n=26.5 mm,所以设定26.5 mm筛孔的通过量为100%,同时设定4.75 mm的通过量为30%,根据式(1)可以建立下面两个联立方程:

$100 = A (\frac{26.5}{31.5})^{B}$ ; $30 = A (\frac{4.75}{31.5})^{B}$ 。

得出待定系数A=112.87,B=0.700 4。

由此可得出SAC25粗集料各个筛孔的通过量公式:

$Ρ_{d_{i}} = 112.87 (\frac{d_{i}}{D_{\max}})^{0.700 4}$ (2)

2.2 细集料级配计算公式

计算SAC25细集料各个筛孔的通过量时,也是利用式(1),只是该式中的Dmax=4.75 mm,也需要两个控制点。第1个控制点是4.75 mm,其通过量与计算粗集料时的相同,本例为30%;第2个控制点是0.075 mm筛孔的通过量为4%～10%。通常Dmax愈小,0.075 mm的通过量愈大。对于SAC25,取0.075 mm筛孔的通过量为4%,因此,针对SAC25细集料的两个联立方程为:

$30 = A (\frac{4.75}{4.75})^{B}$ ; $4 = A (\frac{0.075}{4.75})^{B}$ 。

得出待定系数A=30,B=0.485 7。

由此可得出SAC25细集料各个筛孔的通过量公式:

$Ρ_{d_{i}} = 30 (\frac{d_{i}}{4.75})^{0.485 7}$ (3)

用式(2)和式(3)计算得到的SAC25粗细集料各个筛孔的通过量,见表2中级配A。

用上述同样的方法可以得到4.75 mm通过量为35%时,SAC25粗细集料各个筛孔的通过量,见表2中级配B;用同样的方法还可得到4.75 mm筛孔通过量为40%时,SAC25粗细集料各个筛孔的通过量,见表2中级配C。

3 级配参数的计算

对表2中各种初始级配分别做马歇尔试验确定最佳沥青用量(以4%空隙率对应的沥青用量作为最佳用油量),得出各级配的最佳用油量见表3。

通过计算各级配的合成密度,并做各种级配下的干插捣法VCA测定试验,得出各级配的干捣密实度,试验结果见表4。

4 按VCADRF和VCAAC法对各级配骨架形成的检验

按沙庆林院士提出的VCADRF初始检验与VCAAC最终检验方法[2],方程如式(1),式(2)。

4.1 VCADRF检验

此过程所用到的公式如下:

1)集料组成方程。

Pca+Pfa+Pfi=100%。

2)粗集料干捣实骨架间隙率VCADRC。

VCADRC=(1-GCADRC/Gb.ca)。

3)VCADRF方法进行矿料级配检验的基本方程。

(Pca/GCADRC)×(VCADRC-Va)=Pfa/Gb.fa+Pfi/Ga.fi+PB/GB。

4.2 VCAAC检验

当初试级配经初步检验调整后,即可选用适当的方法进行试件的制作,同时用压实成型试件的粗集料骨架间隙率对级配进行再次检验与调整,我们将之称为VCAAC检验,此过程所用到的公式如下:

VCAAC=VOLFAAC+VOLFIAC+VOLBAC+Va。

等式左边不小于右边,则形成骨架,试验具体结果见表5。

根据文献[3]中判断骨架方法,可知:

1)用VCADRF方法检验时,等式左边为粗骨架有效间隙率,等式右边为细料、填料和沥青组成的砂浆体积,由试验结果可以看出,A级配等式左右两边基本相等,骨架除4%空隙率之外则稍有空余,符合骨架密实的要求;而B级配和C级配的骨架明显地被细料撑开,并且细料越多,撑开作用越明显。

2)用VCAAC方法检验时,等式左边为混合料粗骨架间隙率,等式右边为沥青砂浆和空隙率之和,3个级配都基本使等式相等,即混合料粗骨料间隙率都被沥青砂浆和空隙率所填满而形成了密实结构。因此,只用VCAAC方法是无法判断骨架是否形成的,在用VCAAC方法之前,应先用VCADRF方法检验是否形成骨架,才能进一步判断这个骨架是不是密实,最终才能得出骨架密实的结论。

5 结语

1)任意结构(紧密骨架密实结构、一般骨架密实结构、悬浮密实结构)的粗集料、细集料的矿料级配组成计算方法,消除了级配设计中对任意筛孔通过量的人为取值的随机性,为矿料级配设计中每一筛孔的具体取值提供了理论依据。

2)在用VCAAC方法之前应先用VCADRF方法检验是否形成骨架,然后进一步判断骨架是不是密实;减少了反复试配的试验工作量,节省了人力、物力和财力,因而是一种经济可行的方法。

摘要：简要介绍了检验粗集料矿料级配SAC能否形成紧密骨架密实结构、一般骨架密实结构、悬浮密实结构的组成计算方法,通过具体实例的分析与计算,详细讲叙了SAC级配设计方法中所提及的两种对混合料骨架形成的检验方法VCADRF和VCAAC法。

关键词：粗集料断级配,设计方法,检验方法,调整方法

参考文献

[1]陈爱文,郝培文.应用贝雷法设计和检验级配[J].中外公路,2004,24(5):101-103.

[2]贾渝.Superpave混合料设计方法最新进展[J].中外公路,2001,21(6):58-61.

[3]沙庆林.多碎石沥青混凝土SAC系列的设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2005:7.

[4]沙庆林.SAC和其他粗集料断级配的矿料级配设计方法[J].公路,2005(1):143-150.

[5]沙庆林.提高沥青路面使用性能和耐久性的最关键因素[J].中外公路,2005,25(2):17-19.

级配设计篇9

关键词：铁路,级配碎石,质量控制

1 工程概述

浙赣铁路电气化提速改造工程Z9标段,全长45.1 km,路基基床设计厚度为2.5 m,由基床底层和基床表层两部分组成,其中基床底层厚1.9 m,采用A组、B组填料填筑,基床表层厚0.6 m,采用级配碎石作为填筑材料。级配碎石设计数量约12万m3。基床表层级配碎石是由四种不同粒径的碎石料按一定比例组成的混合料,它的作用是:增强线路强度,使路基更加坚固、稳定,并具有较强的刚度;扩散作用到基床土面上的动应力,使其不超出下部基床的容许动强度;防止道碴压入基床及基床土进入道碴层;防止雨水浸入使基床土软化,防止发生翻浆冒泥等基床病害;满足防冻要求。

2 级配碎石原材料的选用及试验

2.1 原材料的选用

原材料设计技术要求为:

1)原材料的粒径、级配及品质应符合TB/T 2897铁路碎石道床底碴的有关规定。

2)与上部道床道碴及与下部填土之间的颗粒级配应满足太沙基反滤准则:D15<4d85。

其中,D15为粗粒土颗粒级配曲线上相应于15%含量的粒径;d85为细粒土颗粒级配曲线上相应于85%含量的粒径。

选用四种规格的碎石料,各规格石料由采石场石灰岩经破碎而成,其规格为10 mm～31.5 mm,10 mm～20 mm,5 mm～10 mm,5 mm以下粉料四种。

2.2 筛分试验及品质检验

对四种集料进行抽样,进行筛分和试配分析。若不能试配出符合TB/T 2897铁路碎石道床底碴关于粒径级配范围要求的级配碎石,则调整碎石生产设备有关参数(比如筛孔孔径)及生产工艺,直至生产出粒径级配能试配出符合要求的集料。若品质符合TB/T 2897铁路碎石道床底碴有关规定,则可以确定该碎石料是合格的,可以用于级配碎石的正式生产。

3 配合比设计

3.1 计算机自动计算

配合比设计主要是以获得良好的碎石级配、压实效果和施工可行性为原则,级配碎石的配合比采用计算机编制计算程序进行自动计算,以其各筛孔的通过量达到或接近规范要求的级配中值为最佳配合比。

3.2 室内试配

取符合规范要求的上述四种集料,根据其各自的筛分结果进行室内配比试验,首先设计出粒径级配满足规范要求的配比方案,然后进行室内试配,试配效果以筛分来检验,并按“材料选择”阶段的相应方法进行材质分析。设计试验结果见表1。

3.3 室内击实试验

四种规格级配碎石按表1比例取样,进行室内击实试验。试验结果表明,级配碎石的击实效果对含水量不太敏感,但存在一相对合适的含水量范围,即5%～7%,此时易于击实,相应的干密度最大,可达2.30 g/cm3～2.34 g/cm3,含水量为3.5%～5%时,干密度在2.10 g/cm3～2.25 g/cm3范围内,含水量小于3.0%,不易击实,相应干密度较小,在2.0 g/cm3～2.1 g/cm3范围内。

3.4 配合比的确定

基床表层级配碎石分两层施工:下层35 cm,上层25 cm。根据表1所选配合比,选取合适地段进行摊铺压实工艺试验,确定最佳配合比为:10 mm～31.5 mm碎石为10%;10 mm～20 mm碎石为20%;5 mm～10 mm碎石为20%;石粉为50%。考虑到级配碎石在运输和施工过程中水分的蒸发,在实际施工中含水量应提高0.5%～1%。由试验确定最佳含水量为7.2%;最大干密度2.34 g/cm3。

4 施工质量影响因素

4.1 基床底层的影响

基床表层填筑前验收基床底层,检验几何尺寸,核对压实标准。对不符合标准的基床底层进行修整,达到基床底层验收标准后进行基床表层填筑。施工中发现基床底层填筑质量存在着一定的变异性,影响到基床表层填筑质量也存在着一定的变异性。

4.2 混合料级配

级配是影响级配碎石强度、刚度、稳定性、耐久性和施工性能的重要因素,造成级配变异的主要原因是原材料的变异和施工过程中产生的离析。

4.3 混合料含水量

现场混合料含水量最小为5%,最大为8%。造成含水量变异的主要原因是拌合设备计量误差和运输及施工过程中水分的蒸发。含水量对混合料在摊铺压实过程中所能达到的压实指标(地基系数K30和孔隙率n)起着关键的作用。施工变异性是客观存在的,其分布多趋向于正态分布。虽然施工变异具有一定的客观必然性,难以完全避免,但我们可以采取有效的质量控制措施将施工变异性的影响控制在容许范围内。

5 质量检测及质量控制

5.1 质量检测

根据验收标准和细则要求,采用核子密度仪法和K30荷载仪法两种检测手段对施工质量进行检测和复测。基床表层级配碎石检测标准和方法见表2。

检测结果的时效性:现场检测情况反映,级配碎石碾压成型后,即使其含水量在最佳含水量范围内,立即检测也会存在个别点K30值达不到压实标准的情况,但晾晒一段时间(3 d～7 d)后,当其含水量降至4.0%左右时再检测,K30值会较以前上升10%～20%,普遍达到基床表层级配碎石的压实标准。作为基床表层质量控制指标之一的地基系数K30的检测结果,应充分考虑时效性因素的影响。

5.2 质量控制措施

1)基床表层填筑前验收基床底层,检验几何尺寸,核对压实标准。对不符合标准的基床底层进行修整,达到基床底层验收标准后进行基床表层填筑。2)级配碎石采用场拌生产,认真调试拌合设备,确保计量准确。3)在料场抽样进行室内试验,并在每层的填筑过程中目测检查级配有无明显变化,根据检测结果适时调整配合比。4)拌和过程控制加水量,一般将含水量控制在5%～7%之间。这不仅有利于成品料生产均匀而不易离析,而且使级配碎石更容易碾压密实。试验数据表明,级配碎石从拌和到摊铺整平再到碾压成型期间水分将散失0.8%。因此在填料拌和时,应加大0.5%～1%的水量。5)在满足设计宽度和横坡的情况下,基床表层级配碎石应一次摊铺,避免施工缝处理,提高施工的整体质量。6)现场施工表明,级配碎石碾压要以静压和弱振为主,不宜过多采用强振,强振会使填料离析。其合理的碾压顺序和遍数为:静压2遍→弱振2遍→强振1遍→弱振2遍→收光。其中强振时应适当提高振动碾行走速度。7)级配碎石的配合比要经过反复试验比选,既要从颗粒级配要求和是否容易达到压实质量要求这两方面验证,还要兼顾各种集料的生产比例,以保证施工质量,降低工程成本。

6 结语

为确保路基基床表层级配碎石施工质量,我们对级配碎石的各项技术指标和施工工艺进行了试验研究,不断优化施工方案,为施工提供了可靠、准确的施工技术参数和工艺参数,使级配碎石的各项技术指标达到设计规定值。

参考文献

[1]铁道科学研究院继续教育培训中心.既有线提速200 km关键技术[Z].2004.

[2]铁建设函[2005]285号,新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定[S].

[3]田平,赵慈.级配碎石基层材料及最佳级配[J].交通标准化,2005(11):17-18.

[4]周中财.高速铁路路基基床表层级配碎石的生产与填筑[J].西部探矿工程,2006(1):39-40.

[5]盛勇,李海滨,盛燕萍.高速公路水稳碎石基层施工质量控制[J].山西建筑,2007,33(8):220-221.

级配设计篇10

生产合格的沥青混合料是沥青面层施工的必要条件,而混合料中矿料级配是选定沥青混合料类型后的首要工作,也是混合料配比设计中较为繁琐的阶段,多年来一直是工程生产、试验人员感到困惑与棘手的问题。下面介绍采用自编EXCEL程序来解决此项问题的方法。

1 传统矿料级配设计方法

JTJ 052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0725沥青混合料矿料级配检验方法的矿料级配曲线绘制基本上属于图解法与手算法范畴,用一些传统的工具,在方格纸上分别绘出各种参与配比的矿料通过率,假定各种矿料比例后,用试算法逐一尝试级配曲线是否符合要求。此方法工作量相当大,且精度不高。

2 用EXCEL程序设计矿料级配的可行性

随着办公自动化的普及,微机在办公室、家庭、拌合站、工地指挥部等随处可见,人们操作微机水平也日益提高,因此此项新技术方法能得以普及。

3 自编程序设计矿料级配

热拌沥青混合料配合比设计要经历目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比设计验证3个阶段。不论哪一阶段都涉及矿料级配与级配后混合料粒径范围曲线的验证程序。我们就以工程图纸常见设计AC-20中粒式连续级配沥青混合料为例,介绍新方法的运用。进场材料及筛分后的结果汇总见表1。

3.1 以目标配合比设计为例进行矿料级配设计

1)假定各矿料质量百分比例,程序自动计算混合料在各个筛孔的通过率。

首先由表1经过增加行列的方法变成表2样式。其次假定每种矿料在混合料中所占的质量百分比,应让各种矿料质量百分比之和为100。

本文先假定S9～S11的比例为20%,S13～矿粉的比例为10%。然后用鼠标拖动的方式选中混合料行后,输入“=”;这样就可以选中第一种矿料在所有筛孔下的通过率的数值,按“*”后再选中该种矿料的百分比;在进行第二种矿料操作之前按“+”;重复第一种方式的操作即可;直至把所有参与配比的矿料操作完毕后,同时按Ctrl及Shift,再按Enter,就在该行内出现按假定比例混合后混合料在对应筛孔下的通过率,见表2。

2)用程序自动生成级配曲线及标准曲线图像。在表2中同时选中筛孔数值行、混合料行及AC-20上限、AC-20下限共4行,然后点击菜单中“图表向导”出现对话框,点击“折线图形”、“确定”后,即自动生成3条曲线:AC-20上限、AC-20下限、矿料级配曲线,见图1。

3)优化矿料级配曲线。如出现级配曲线不在AC-20上限、AC-20下限之间,只需调整假定各种矿料的比例即可把级配曲线变成另一条,直至调整到混合料级配曲线在规定范围内。将表2中S9的比例调为35%,S10、S11调为15%,矿粉比例调为5%,其他矿料比例不变,经优化后的曲线见图2。

4)曲线优化应考虑的综合因素有:级配曲线不但在规定的上限与下限之间位置,而且使曲线尽可能平顺、圆滑,尽量避免出现锯齿状;还要注意使19.0 mm(最大筛孔)、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm筛孔下的通过率在标准曲线中间位置[1];为了节约沥青,最好使中砂(S16)、石屑(S15)百分比之和不超过30%。

3.2 生产配合比设计及生产配合比验证阶段程序的应用

生产配合比设计中各种矿料是拌合站按目标配比中各矿料比例进入拌和机的,所以其矿料为不掺加沥青时从拌合站各热料仓抽取的样品,各热料仓抽取的样品即为生产配合比设计的各种矿料。用本程序调整各热料仓的比例即可生成要求曲线。

生产配合比验证阶段,按生产配合比结果进行试拌、铺筑实验段,并取样进行马歇尔试验等。重新运用本程序进行矿料比例调整,由此确定生产用的标准配合比。

4 结语

用自编EXCEL程序,不仅能解决沥青混合料矿料级配问题,还可以解决有矿料成分的二灰碎石、级配碎石、水泥稳定碎石等级配问题,应用较为广泛。采用本方法,可以一次建立程序,据设计要求输入不同标准路面类型及各种矿料的通过率,然后只需在程序上调整矿料的比例即可达到标准的要求,从而大大提高了工作效率及计算精度。

摘要：矿料级配是沥青混合料配合比设计中关键环节。传统的矿料级配方法费时、费力、精度差。采用自编的EXCEL程序代替传统方法,可以提高矿料级配精度及效率。以目标配合比设计为例,介绍了矿料级配曲线、优化矿料级配曲线的形成过程,以及生产配合比设计、生产配合比设计验证阶段的程序应用。

关键词：沥青路面,沥青混合料,矿料级配,EXCEL,级配曲线

参考文献

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