[发明专利]一种基于矿料间隙率的矿料级配优化方法

说明书

技术领域

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

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

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。

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：

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d_i，第i级分级矿料的质量通过百分率为m_i，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m_i换算为体积通过百分率V_i；

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d_mix＝(d_t)^m×(d_s)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；e_mix为混合矿料的空隙率；e_t为粗集料的空隙率；e_s为细集料的空隙率；d_mix为混合矿料的粒径尺寸，单位为mm；d_t为粗集料的粒径尺寸，单位为mm；d_s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e_n，之后根据公式计算出第n级混合矿料的间隙率VMA_n；