巧用Auto—CAD和Excel確定礦質(zhì)混合料組成設(shè)計

張勤玲 王強兵

摘要：礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計是《土木工程材料》課程中非常重要的一節(jié)內(nèi)容，也是學生必須熟練掌握的內(nèi)容。常用的計算方法，如試算法和圖解法，存在計算工作量大，重復次數(shù)多等缺點。將兩種學生常用繪圖軟件Auto-CAD與辦公軟件Excel相結(jié)合，以橡膠顆粒瀝青混合料組成設(shè)計為例，提出一種新的確定礦質(zhì)混合料組成設(shè)計的方法。此方法用軟件繪圖摒除了手工繪圖的效率低、繪圖時間長、曲線描繪不精確等缺點，Auto-CAD與Excel相結(jié)合，可以不用編寫程序，既避免不會編程帶來的工作停滯，又可以高效精確地確定出礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計。

關(guān)鍵詞：Auto-CAD；Excel；礦質(zhì)混合料

中圖分類號：G642.0；G416 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）01-0275-03

一、引言

《土木工程材料》課程是土木工程專業(yè)開設(shè)的一門實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其中礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計是必需重點講授的一節(jié)內(nèi)容，也是學生必須熟練掌握的內(nèi)容。目前，各種有關(guān)工程材料的教材中，確定礦質(zhì)混合料配合比的方法主要是試算法和圖解法。不論哪一種方法，都是用手工來計算，工作量非常大，不利于學生計算練習和日常使用。隨著計算機技術(shù)日新月異的發(fā)展，辦公軟件的應(yīng)用越來越普及。而對我們最為熟悉和掌握的辦公軟件之一的Excel，則因其具有較強的運算分析能力，得到較為廣泛應(yīng)用。而對于工科類的學生來說，Auto-CAD輔助設(shè)計也是一門必修課程及必須掌握的一門技能課程。

近年來，國內(nèi)外刊物上確定礦質(zhì)混合料組成設(shè)計的方法基本有兩種，一種是利用Excel電子表格中的編程功能，由泰勒級數(shù)及矩陣等數(shù)學知識確定級配曲線圖；另一種是利用Excel電子表格自帶繪制曲線圖的功能繪制[1]。這兩種方法都是以熟練掌握Excel為基礎(chǔ)，但是第一種要建立在熟練掌握Excel應(yīng)用編程的基礎(chǔ)上，而由后一種方法繪制出的級配曲線圖與用Auto-CAD繪制出的級配曲線圖有較大的出入。因此，經(jīng)過筆者查閱資料及經(jīng)過實例論證，結(jié)合本專業(yè)學生所掌握的Excel和Auto-CAD軟件，以橡膠顆粒瀝青混合料組成設(shè)計為實例，提出本文的方法，以供同行們參考。

二、Auto-CAD與Excel電子表格結(jié)合繪制級配曲線圖

（一）橡膠顆粒瀝青混合料級配范圍的確定

本文中橡膠顆粒瀝青混合料配合比標準級配以現(xiàn)行《規(guī)范》[2]中AC—13型，見表1。

（二）礦料篩分曲線的繪制

在實驗室篩分橡膠顆粒瀝青混合料中各種礦料，得數(shù)據(jù)表2。將所得各礦料篩數(shù)據(jù)依次輸入Excel電子表格中，則利用Auto-CAD與Excel電子表格結(jié)合，共同來確定橡膠顆粒瀝青混合料中各礦料所占組成百分比，計算出各礦料的通過百分率，累加各原材料的通過百分率，從而可確定橡膠顆粒瀝青混合料中各礦料的級配。混合料中各礦料組成為：石子、砂子、橡膠顆粒與礦粉。

在計算機中繪制混合料級配曲線過程如下。

第一步：在Auto—CAD中選擇高斯平面坐標系，篩孔尺寸為橫軸，質(zhì)量通過百分率為縱軸，每篩孔對應(yīng)一個質(zhì)量通過百分率，數(shù)據(jù)只要有足夠就可點繪出一條平滑精確曲線[1]。

第二步：在Excel電子表格中，選定某一空白單元格，將函數(shù)“篩孔尺寸單元格&”、“&質(zhì)量通過百分率單元格”依次輸入，即可形成點的坐標，如圖1所示，選擇坐標點數(shù)據(jù)，復制。

第三步：在Auto—CAD中PLINE命令欄里單擊鼠標右鍵，選中PASTE，回車鍵確定即可繪出篩分曲線，見圖2。得出各礦料的篩分曲線后，則可利用圖解法求得各種礦料的含量。結(jié)果見圖3。

（三）橡膠顆粒瀝青混合料級配曲線的繪制

利用圖1數(shù)據(jù)和圖2數(shù)據(jù)則可求出橡膠顆粒瀝青混合料級配表，見表3所示。當然，在表3計算中，調(diào)用了表2中的比例，可將表2原材料級配、原材料的比例與圖2中合成混合料通過的百分率與聯(lián)系起來。最后，由表3數(shù)據(jù)結(jié)合表1中的數(shù)據(jù)，就可繪制混合料的級配曲線圖。圖4為混合料的四種級配方案的對比圖，其他三種方案的繪制步驟與礦料級配曲線的繪制步驟相同。分析圖4，確定橡膠顆粒瀝青混合料較好的級配曲線，然后對其進行調(diào)整優(yōu)化，使之接近規(guī)范中的級配中值，并可確定出最優(yōu)橡膠顆粒瀝青混合料設(shè)計配合比。其結(jié)果見表3所示。

三、結(jié)論

1.在求解混合料中各礦料含量時，若是利用傳統(tǒng)圖解法需要將矩形的對角線連接作為合成級配中值，按算數(shù)標尺，縱坐標將分別引出8%，16%，24.5%，35%，45%，75%與橫坐標平行的直線，然后過與對角線的相交點引一條與橫坐標相垂直的直線，將于橫坐標形成一個交點，其交點即為級配范圍中值所對應(yīng)的各篩孔尺寸，即0.08，0.16，0.315，0.63，1.2，2.5，5，15（mm）[3]。

2.由本文提出的Auto-CAD結(jié)合Excel來繪制橡膠顆粒瀝青混凝土級配曲線的方法經(jīng)實例證實是可行的，由此得出的級配曲線圖經(jīng)調(diào)整優(yōu)化后所得的礦料級配曲線值在規(guī)范中值附近浮動，在上限值與下限值形成的包絡(luò)線中較連貫緊密，有利于各種級配方案的調(diào)整及其優(yōu)化對比[1]。

3.由實例可知，在Auto-CAD中，礦質(zhì)混合料的配合比可隨時調(diào)整，在Excel電子表格中經(jīng)過一次輸入公式后，就可通過Auto-CAD進行優(yōu)化設(shè)計，這樣既可有效地提高工作效率；對于不善于編程的設(shè)計人員和較為忙碌的施工人員來說，也可不需要編寫復雜程序就能確定混合料中各礦料的含量，進行級配調(diào)整優(yōu)化等等實際問題；再者，對于質(zhì)量檢查單位或監(jiān)理單位，不僅有利于日常的檢查與復核工作，也利于竣工后資料的整理與儲存[4]。

參考文獻：

[1]王強兵，杜國鋒，張勤玲，等.談CAD與Excel確定橡膠顆粒瀝青混合料級配[J].山西建筑，2015，41（16）.

[2]交通部公路科學研究所.JTG D50-2006《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》[S].

[3]邰連河.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，1998：26-27.

[4]姜振強，趙剛，崔萬景.EXCEL在礦料級配組成中的應(yīng)用[J].遼寧交通科技，2004，（08）.