[发明专利]基于颗粒堆积理论的沥青混合料级配设计方法

摘要

本发明公开了一种基于颗粒堆积理论的沥青混合料级配设计方法，包括步骤：一、确定粗集料颗粒掺配，101、计算沥青混合料粗集料颗粒的当量球体半径，102、计算在约束条件下粗集料颗粒的当量球配位数，103、获取在约束条件下粗集料颗粒混合球体总表面积的极大值，104、获取粗集料颗粒的最大配位数优化模型，105、获取粗集料颗粒的最大表面积优化模型；二、确定细集料颗粒掺配；三、确定沥青混合料级配。本发明以矿质集料配位数和表面积为确定不同粒径矿料掺配比例的两个控制性因素，以减少沥青混合料级配选择的盲目性与变异性，对沥青混合料级配控制提供合理的依据。

主权项

1.基于颗粒堆积理论的沥青混合料级配设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、确定粗集料颗粒掺配：将颗粒粒径不小于4.75mm的颗粒视为粗集料颗粒，根据颗粒堆积理论确定粗集料颗粒掺配，过程如下：步骤101、计算沥青混合料粗集料颗粒的当量球体半径：根据颗粒堆积理论，粗集料颗粒掺配中粗集料颗粒混合球体总质量与粗集料颗粒当量球体总质量相同，粗集料颗粒混合球体总表面积与粗集料颗粒当量球体总表面积相同，则得出粗集料颗粒当量球体半径其中，m_粗为粗集料颗粒当量球体个数，ρ_粗为粗集料颗粒密度，M_粗为粗集料颗粒混合球体总质量，α_粗为粗集料颗粒混合球体总表面积且n为粗集料颗粒中球体颗粒种数，i为粗集料颗粒中球体颗粒编号，r_i为粗集料颗粒中第i种球体颗粒的粒径，x_i为粒径r_i的球体颗粒的个数；步骤102、计算在约束条件下粗集料颗粒的当量球配位数：根据公式计算在约束条件下粗集料颗粒当量球配位数N_粗当，其中，粗集料颗粒的当量球配位数的约束条件为S_粗为粗集料颗粒当量包裹球面积且为粗集料颗粒当量球的平均球冠投影面积且N_粗为粗集料颗粒中各球体颗粒自然堆积状态下配位数；步骤103、获取在约束条件下粗集料颗粒混合球体总表面积α_粗的极大值：粗集料颗粒混合球体总表面积的约束条件为max(·)为极大值函数，η_粗为粗集料骨架退化系数；步骤104、获取粗集料颗粒的最大配位数优化模型：对粗集料颗粒的当量球配位数N_粗当进行非线性优化求解，获取粗集料颗粒的最大配位数优化模型为F₁(x_i)且其中，D_i＝2r_i，l为x_i的下界约束，u为x_i的上界约束；步骤105、获取粗集料颗粒的最大表面积优化模型：对粗集料颗粒的混合球体总表面积α_粗进行非线性优化求解，获取粗集料颗粒的最大表面积优化模型为F₂(x_i)且步骤二、确定细集料颗粒掺配：将颗粒粒径小于4.75mm的颗粒视为细集料颗粒，根据颗粒堆积理论确定细集料颗粒掺配，过程如下：步骤201、计算沥青混合料细集料颗粒的当量球体半径：根据颗粒堆积理论，细集料颗粒掺配中细集料颗粒混合球体总质量与细集料颗粒当量球体总质量相同，细集料颗粒混合球体总表面积与细集料颗粒当量球体总表面积相同，则得出细集料颗粒当量球体半径其中，m_细为细集料颗粒当量球体个数，ρ_细为细集料颗粒密度，M_细为细集料颗粒混合球体总质量，α_细为细集料颗粒混合球体总表面积且t为细集料颗粒中球体颗粒种数，j为细集料颗粒中球体颗粒编号，R_j为细集料颗粒中第j种球体颗粒的粒径，y_j为粒径R_j的球体颗粒的个数；步骤202、计算在约束条件下细集料颗粒的当量球配位数：根据公式计算在约束条件下细集料颗粒当量球配位数N_细当，其中，细集料颗粒的当量球配位数的约束条件为S_细为细集料颗粒当量包裹球面积且为细集料颗粒当量球的平均球冠投影面积且N_细为细集料颗粒中各球体颗粒自然堆积状态下配位数；步骤203、获取在约束条件下细集料颗粒混合球体总表面积α_细的极大值：细集料颗粒混合球体总表面积的约束条件为η_细为细集料骨架退化系数；步骤204、获取细集料颗粒的最大配位数优化模型：对细集料颗粒的当量球配位数N_细当进行非线性优化求解，获取细集料颗粒的最大配位数优化模型为f₁(y_j)且其中，K_j＝2R_j，L为y_j的下界约束，U为y_j的上界约束；步骤205、获取细集料颗粒的最大表面积优化模型：对细集料颗粒的混合球体总表面积α_细进行非线性优化求解，获取细集料颗粒的最大表面积优化模型为f₂(y_j)且步骤三、确定沥青混合料级配：结合粗集料颗粒的最大配位数优化模型为F₁(x_i)和细集料颗粒的最大配位数优化模型为f₁(y_j)，确定沥青混合料级配模型为f(x_i,y_j)且其中，P_NMPS为最大公称粒径通过率，P_f为矿料含量，P_4.75为粒径4.75mm的颗粒的通过率，D_imax为粗集料颗粒的i种球体颗粒直径的最大值，x_imax为直径为D_imax的球体颗粒的个数。