一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，包括以下步骤：一、对矿料进行筛分，得到具有多级不同粒径尺寸的分级矿料；二、将步骤一中所述各级矿料的质量通过百分率换算为体积通过百分率；三、进行迭代计算，得到混合矿料的间隙率；四、根据混合矿料的间隙率对矿料级配进行优化。本发明专利技术充分考虑到工程实际，能够前期在没有进行压实混合料试件的前提下合理地预估矿料间隙率而进行级配优化，大大降低配合比设计阶段的工作量和盲目性，显著提高工程效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于公路与城市道路设计
，具体涉及一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法。
技术介绍
沥青混合料是由沥青结合料、集料和空隙组成的三相体系。传统的沥青混合料级配设计方法(如马歇尔法)以及一些新的级配设计法(如贝雷法)，其设计思想都是通过合理调整这三相体系的组成比例，以使沥青混合料获得适宜的体积组成，其表征指标有矿料间隙率(VMA)、剩余空隙率(VV)和沥青填隙率(VFA)。在剩余空隙率一定的情况下，沥青混合料的性能在很大程度上取决于矿料间隙率。因此，VMA在热拌沥青混合料设计中是一个非常重要的体积参数。在目前规范推荐的混合料配合比设计方法中，矿料间隙率VMA是优化矿料级配的一个关键性控制指标。通常在配合比设计时，首先就是预调级配，然后根据预估油石比进行马歇尔试验，测定矿料间隙率VMA，若测得的VMA不满足规范要求，则就需要修改级配，若测得的VMA满足规范要求，方可进行下一步试验。然而这样做存在两个问题：一是如果初选的级配VMA不合格，则需要做大量的马歇尔试验，这就导致沥青混凝土配合比设计周期延长，且试验人员工作量大量增加；二是预估的油石比是一个经验值，其与最佳油石比往往相差甚远，不仅不能体现最佳油石比与级配之间的密切关系，也不能真实反映最佳油石比时混合料内部空隙分布特征，因此在预估油石比下成型的马歇尔试件其VMA及空隙率也很难满足规范要求，即级配的优化并没有真正实现。然而如果在试验之前，VMA就能够被准确地估算出来，那么在沥青混合料设计过程中基于预估的VMA优化出来的级配必将具有更佳的混合料性能。因此，有必要专利技术一种基于矿料间隙率VMA的矿料级配优化方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法。该方法充分考虑到工程实际，能够前期在没有进行压实混合料试件的前提下合理地预估矿料间隙率而进行级配优化，大大降低配合比设计阶段的工作量和盲目性，显著提高工程效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对矿料进行筛分，得到n级具有不同粒径尺寸的分级矿料，其中第i级分级矿料的粒径尺寸为di，第i级分级矿料的质量通过百分率为mi，其中i＝1、2、3、…、n，n为大于4的自然数；步骤二、将步骤一中所述第i级分级矿料的质量通过百分率mi换算为体积通过百分率Vi；步骤三、采用公式(1)和公式(2)进行迭代计算，公式(1)为公式(2)为dmix＝(dt)m×(ds)n，公式(1)和公式(2)中：m为混合矿料中粗集料的体积百分含量；n为混合矿料中细集料的体积百分含量；emix为混合矿料的空隙率；et为粗集料的空隙率；es为细集料的空隙率；dmix为混合矿料的粒径尺寸，单位为mm；dt为粗集料的粒径尺寸，单位为mm；ds为细集料的粒径尺寸，单位为mm；k为集料形态特征系数；所述迭代计算的具体过程为：步骤301、采用第1级分级矿料作为细集料，采用第2级分级矿料作为粗集料，将第1级分级矿料与第2级分级矿料混合均匀，得到第2级混合矿料，然后根据公式(1)计算出第2级混合矿料的空隙率，根据公式(2)计算出第2级混合矿料的粒径尺寸；步骤302、采用第j级混合矿料作为细集料，将第j+1级分级矿料作为粗集料，将第j级混合矿料与第j+1级分级矿料混合均匀，然后根据公式(1)计算出第j+1级混合矿料的空隙率，根据公式(2)计算出第j+1级混合矿料的粒径尺寸，其中j＝2、3、…、n-1；步骤303、重复步骤302，直至得到第n级混合矿料，然后根据公式(1)计算出第n级混合矿料的空隙率en，之后根据公式计算出第n级混合矿料的间隙率VMAn；步骤四、根据步骤303中所述第n级混合矿料的间隙率VMAn对矿料的级配进行优化，具体过程为：将第n级混合矿料的间隙率VMAn与矿料的目标间隙率VMA标进行对比分析，若VMAn＝VMA标，则第n级混合矿料的级配即为矿料的目标级配；否则，调整步骤一中所述di和mi，直至使VMAn＝VMA标为止，最终得到矿料的目标级配。上述的一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，其特征在于，步骤一中第1级分级矿料的粒径尺寸d1＝0.005mm，第1级分级矿料的质量通过百分率m1＝0％。上述的一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，其特征在于，步骤一中所述n＝11，第11级分级矿料的粒径尺寸d11＝16mm，第11级分级矿料的质量通过百分率m11＝100％。上述的一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，其特征在于，步骤二中所述第i级分级矿料的体积通过百分率Vi通过公式换算得到，式中：ri为第i级分级矿料的相对密度，r0为矿料的相对密度。上述的一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，其特征在于，步骤三中集料形态特征系数k的取值为：粗集料的形态特征系数k＝1.01，细集料的形态特征系数k＝1.30，矿粉的形态特征系数k＝1.60，所述粗集料的粒径＞2.36mm，所述矿粉的粒径＜0.075mm，所述细集料的粒径为0.075mm～2.36mm。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术基于级配来计算矿料间隙率时，考虑了级配是影响矿料间隙率的关键因素并且矿料间隙率是表征混合料内部体积关系的指标，因此首次提出将描述矿料级配的集料质量通过百分率换算为体积通过百分率，得到了更科学和更准确的矿料间隙率计算值。2、本专利技术基于级配来计算矿料间隙率时，由于VMA的大小与集料粒径大小、级配组成、几何形状、表面微观纹理和颗粒间排列组合方式有关，因此提出计算VMA时需要考虑以上影响因素，采用集料体积通过百分率、空隙率和集料形态特征系数三个基本参数表征这些影响因素，全面综合考虑了影响矿料间隙率的因素，使得到的计算值更加准确和合理。3、规范推荐用矿料间隙率VMA来优化级配，其常用方法是：用预估油石比做马歇尔试件，测定矿料间隙率VMA，若不满足规范要求，则修改级配来实现级配优化。这样做导致沥青混凝土设计周期很长，本专利技术提供的基于矿料级配的矿料间隙率计算方法可提前预估矿料间隙率，通过矿料间隙率实现了级配优化，大大缩短了设计周期，有效地节约了工程成本，提高了工程效率。下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。具体实施方式本专利技术提供了一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，该方法包括以下步骤：步骤一、对矿料进行筛分，得到n级具有不同粒径尺寸的分级矿料，其中第i级分级矿料的粒径尺寸为di，第i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对矿料进行筛分，得到n级具有不同粒径尺寸的分级矿料，其中第i级分级矿料的粒径尺寸为di，单位为mm；第i级分级矿料的质量通过百分率为mi，其中i＝1、2、3、…、n，n为大于4的自然数；步骤二、将步骤一中所述第i级分级矿料的质量通过百分率mi换算为体积通过百分率Vi；步骤三、采用公式(1)和公式(2)进行迭代计算，公式(1)为公式(2)为dmix＝(dt)m×(ds)n，公式(1)和公式(2)中：m为混合矿料中粗集料的体积百分含量；n为混合矿料中细集料的体积百分含量；emix为混合矿料的空隙率；et为粗集料的空隙率；es为细集料的空隙率；dmix为混合矿料的粒径尺寸，单位为mm；dt为粗集料的粒径尺寸，单位为mm；ds为细集料的粒径尺寸，单位为mm；k为集料形态特征系数；所述迭代计算的具体过程为：步骤301、采用第1级分级矿料作为细集料，采用第2级分级矿料作为粗集料，将第1级分级矿料与第2级分级矿料混合均匀，得到第2级混合矿料，然后根据公式(1)计算出第2级混合矿料的空隙率，根据公式(2)计算出第2级混合矿料的粒径尺寸；步骤302、采用第j级混合矿料作为细集料，将第j+1级分级矿料作为粗集料，将第j级混合矿料与第j+1级分级矿料混合均匀，然后根据公式(1)计算出第j+1级混合矿料的空隙率，根据公式(2)计算出第j+1级混合矿料的粒径尺寸，其中j＝2、3、…、n‑1；步骤303、重复步骤302，直至得到第n级混合矿料，然后根据公式(1)计算出第n级混合矿料的空隙率en，之后根据公式计算出第n级混合矿料的间隙率VMAn；步骤四、根据步骤303中所述第n级混合矿料的间隙率VMAn对矿料的级配进行优化，具体过程为：将第n级混合矿料的间隙率VMAn与矿料的目标间隙率VMA标进行对比分析，若VMAn＝VMA标，则第n级混合矿料的级配即为矿料的目标级配；否则，调整步骤一中所述di和mi，直至使VMAn＝VMA标为止，最终得到矿料的目标级配。...

【技术特征摘要】
1.一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对矿料进行筛分，得到n级具有不同粒径尺寸的分级矿料，其中第i级分级矿料
的粒径尺寸为di，单位为mm；第i级分级矿料的质量通过百分率为mi，其中i＝1、2、3、…、n，n
为大于4的自然数；
步骤二、将步骤一中所述第i级分级矿料的质量通过百分率mi换算为体积通过百分率
Vi；
步骤三、采用公式(1)和公式(2)进行迭代计算，公式(1)为
公式(2)为dmix＝(dt)m×(ds)n，公式(1)和公式(2)中：m为混合矿料中粗集料的体积百分含
量；n为混合矿料中细集料的体积百分含量；emix为混合矿料的空隙率；et为粗集料的空隙
率；es为细集料的空隙率；dmix为混合矿料的粒径尺寸，单位为mm；dt为粗集料的粒径尺寸，单
位为mm；ds为细集料的粒径尺寸，单位为mm；k为集料形态特征系数；所述迭代计算的具体过
程为：
步骤301、采用第1级分级矿料作为细集料，采用第2级分级矿料作为粗集料，将第1级分
级矿料与第2级分级矿料混合均匀，得到第2级混合矿料，然后根据公式(1)计算出第2级混
合矿料的空隙率，根据公式(2)计算出第2级混合矿料的粒径尺寸；
步骤302、采用第j级混合矿料作为细集料，将第j+1级分级矿料作为粗集料，将第j级混
合矿料与第j+1级分级矿料混合均匀，然后根据公式(1)计算出第j+1级混合矿料的空隙率，
根据公式(2)计算出第j+1级混合矿料的粒径尺寸，其中j＝2、3、…、n-1；
步骤303、重复步骤302，直至得到第n级...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝培文，徐金枝，陈治君，王春，汪海年，张铭铭，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61