一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于公路与城市道路设计技术领域，具体涉及一种基于矿料间隙率的矿料 级配优化方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003]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。
[0004] 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。
[0005] 因此，有必要发明一种基于矿料间隙率VMA的矿料级配优化方法。
【发明内容】
[0006] 本发明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。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：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：
[0008] 步骤一、对矿料进行筛分，得到η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 = l、2、3、…、η，η为大于 4的自然数；
[0009] 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nu换算为体积通过百 分率Vi;
[0010] 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= (dtr X (ds广，公式（1)和公式
（2)中：m为泯合r科中粗集科的体枳白分谷 量;η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;e s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：
[0011] 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；
[0012] 步骤302、采用第j级混合矿料作为细集料，将第j+Ι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、…、η -1;
[0013] 步骤303、重复步骤302,直至得到第η级混合矿料，然后根据公式（1)计算出第η级 混合矿料的空隙率en，之后根据公式^^^? =7^计算出第η级混合矿料的间隙率VMAn; η
[0014] 步骤四、根据步骤303中所述第η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η级混合矿料的间隙率VMA n与矿料的目标间隙率VM%进行对比分析， 若VMAn = VM%，则第η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 nu，直至使VMAn = VM%为止，最终得到矿料的目标级配。
[0015] 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di = 0.005mm，第1级分级矿料的质量通过百分率mi = 0 %。
[0016] 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η = 11，第11级分级矿料的粒径尺寸dn = 16mm，第11级分级矿料的质量通过百分率mn= 100 %。
[0017] 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％通过公式K =&^换算得到，式中为第i级分级矿料 的相对密度，ro为矿料的相对密度。
[0018] 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< 0.07 5mm，所 述细集料的粒径为〇. 〇75mm~2.36mm。
[0019] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0020] 1、本发明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。 [0021 ] 2、本发明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。 [0022] 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，本发明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。
[0023]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0024] 本发明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：
[0025] 步骤一、对矿料进行筛分，得到η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 = l、2、3、…、η，η为大于 4的自然数；
[0026] 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nu换算为体积通过百 分率Vi;
[0027] 步骤三、采用公式(1)和公式(2)进行迭代计算，公式(1)为
公式⑵为dmix=(dt)mX(ds) n，公式