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巧用Auto-CAD和Excel确定矿质混合料组成设计以《土木工程材料》课程为例

张勤玲,王强兵

（塔里木大学水利与建筑工程学院,新疆阿拉尔843300）

摘要：矿质混合料的组成设计是《土木工程材料》课程中非常重要的一节内容,也是学生必须熟练掌握的内容.常用的计算方法,如试算法和图解法,存在计算工作量大,重复次数多等缺点.将两种学生常用绘图软件Auto-CAD与办公软件Excel相结合,以橡胶颗粒沥青混合料组成设计为例,提出一种新的确定矿质混合料组成设计的方法.此方法用软件绘图摒除了手工绘图的效率低、绘图时间长、曲线描绘不精确等缺点,Auto-CAD与Excel相结合,可以不用编写程序,既避免不会编程带来的工作停滞,又可以高效精确地确定出矿质混合料的组成设计.

关键词：Auto-CAD；Excel；矿质混合料

中图分类号：G642.0；G416 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）01-0275-03

一、引言

《土木工程材料》课程是土木工程专业开设的一门实践性较强的专业基础课程.其中矿质混合料的组成设计是必需重点讲授的一节内容,也是学生必须熟练掌握的内容.目前,各种有关工程材料的教材中,确定矿质混合料配合比的方法主要是试算法和图解法.不论哪一种方法,都是用手工来计算,工作量非常大,不利于学生计算练习和日常使用.随着计算机技术日新月异的发展,办公软件的应用越来越普及.而对我们最为熟悉和掌握的办公软件之一的Excel,则因其具有较强的运算分析能力,得到较为广泛应用.而对于工科类的学生来说,Auto-CAD辅助设计也是一门必修课程及必须掌握的一门技能课程.

近年来,国内外刊物上确定矿质混合料组成设计的方法基本有两种,一种是利用Excel电子表格中的编程功能,由泰勒级数及矩阵等数学知识确定级配曲线图；另一种是利用Excel电子表格自带绘制曲线图的功能绘制[1].这两种方法都是以熟练掌握Excel为基础,但是第一种要建立在熟练掌握Excel应用编程的基础上,而由后一种方法绘制出的级配曲线图与用Auto-CAD绘制出的级配曲线图有较大的出入.因此,经过笔者查阅资料及经过实例论证,结合本专业学生所掌握的Excel和Auto-CAD软件,以橡胶颗粒沥青混合料组成设计为实例,提出本文的方法,以供同行们参考.

二、Auto-CAD与Excel电子表格结合绘制级配曲线图

（一）橡胶颗粒沥青混合料级配范围的确定本文中橡胶颗粒沥青混合料配合比标准级配以现行《规范》[2]中AC—13型,见表1.

(二)矿料筛分曲线的绘制

在实验室筛分橡胶颗粒沥青混合料中各种矿料,得数据表2.将所得各矿料筛数据依次输入Excel电子表格中,则利用Auto-CAD与Excel电子表格结合,共同来确定橡胶颗粒沥青混合料中各矿料所占组成百分比,计算出各矿料的通过百分率,累加各原材料的通过百分率,从而可确定橡胶颗粒沥青混合料中各矿料的级配.混合料中各矿料组成为：石子、砂子、橡胶颗粒与矿粉.

在计算机中绘制混合料级配曲线过程如下.

第一步：在Auto—CAD中选择高斯平面坐标系,筛孔尺寸为横轴,质量通过百分率为纵轴,每筛孔对应一个质量通过百分率,数据只要有足够就可点绘出一条平滑精确曲线[1].

第二步：在Excel电子表格中,选定某一空白单元格,将函数“筛孔尺寸单元格&”、“& 质量通过百分率单元格”依次输入,即可形成点的坐标,如图1 所示,选择坐标点数据,复制.

第三步：在Auto—CAD中PLINE命令栏里单击鼠标右键,选中PASTE,回车键确定即可绘出筛分曲线,见图2.得出各矿料的筛分曲线后,则可利用图解法求得各种矿料的含量.结果见图3.

（三）橡胶颗粒沥青混合料级配曲线的绘制利用图1数据和图2数据则可求出橡胶颗粒沥青混合料级配表,见表3所示.当然,在表3计算中,调用了表2中的比例,可将表2原材料级配、原材料的比例与图2中合成混合料通过的百分率与联系起来.最后,由表3数据结合表1中的数据,就可绘制混合料的级配曲线图.图4为混合料的四种级配方案的对比图,其他三种方案的绘制步骤与矿料级配曲线的绘制步骤相同.分析图4,确定橡胶颗粒沥青混合料较好的级配曲线,然后对其进行调整优化,使之接近规范中的级配中值,并可确定出最优橡胶颗粒沥青混合料设计配合比.其结果见表3所示.

三、结论

1.在求解混合料中各矿料含量时,若是利用传统图解法需要将矩形的对角线连接作为合成级配中值,按算数标尺,纵坐标将分别引出8%,16%,24.5%,35%,45%,75%与横坐标平行的直线,然后过与对角线的相交点引一条与横坐标相垂直的直线,将于横坐标形成一个交点,其交点即为级配范围中值所对应的各筛孔尺寸,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结合Excel来绘制橡胶颗粒沥青混凝土级配曲线的方法经实例证实是可行的,由此得出的级配曲线图经调整优化后所得的矿料级配曲线值在规范中值附近浮动,在上限值与下限值形成的包络线中较连贯紧密,有利于各种级配方案的调整及其优化对比[1].

3.由实例可知,在Auto-CAD中,矿质混合料的配合比可随时调整,在Excel电子表格中经过一次输入公式后,就可通过Auto-CAD进行优化设计,这样既可有效地提高工作效率；对于不善于编程的设计人员和较为忙碌的施工人员来说,也可不需要编写复杂程序就能确定混合料中各矿料的含量,进行级配调整优化等等实际问题；再者,对于质量检查单位或监理单位,不仅有利于日常的检查与复核工作,也利于竣工后资料的整理与储存[4].

参考文献：

[1]王强兵,杜国锋,张勤玲,等. 谈CAD与Excel确定橡胶颗粒沥青混合料级配[J].山西建筑,2015,41（16）.

[2]交通部公路科学研究所.JTG D50－2006《公路沥青路面设计规范》[S].

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

[4]姜振强,赵刚,崔万景.EXCEL在矿料级配组成中的应用[J].辽宁交通科技,2004,（08）.-

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