用EXCEL进行SMA沥青混合料配合比辅助设计
【摘要】Microsoft Excel是Office中的一个电子表格软件，它在办公自动化中得到了广泛应用，用Excel强大表格处理和数据计算功能，进行SMA沥青混合料配合比辅助设计，可以收到事半功倍的效果。
【关键词】Excel;SMA;沥青混合料;配合比设计
计算机技术在工程计算中已经得到了普遍的应用，虽然商业的专业软件层出不穷，但由于这些软件的不可见性、不可修改性，给使用者带来了诸多的不便。Microsoft Excel电子表格软件，它具有强大的计算、制图、制表和数据库操作功能，使用较为简单、方便，它在各个领域得到了广泛的应用。
SMA是一种由改性沥青、纤维稳定剂、矿粉、少量的细集料组成的沥青玛蹄脂，填充间断级配粗集料骨架的沥青混合料，具有“三多一少”的特点。SMA中加入较多的沥青（比普通混合料要高1%左右），增加矿粉用量，同时使用占沥青混合料质量的0.3%纤维作为稳定剂。
1.SMA配合比设计方法
SMA混合料可分为粗集料骨架和富沥青玛蹄脂两大部分组成，其设计应主要考虑：
（1）为SMA设计出一个由嵌挤作用形成的粗集料骨架结构;
（2）设计出具有足够粘结力的玛蹄脂。
其设计步骤如下：
1）选择原材料：所用粗集料、细集料、沥青、矿粉及纤维稳定剂等必须符合相关技术要求。
2）确定初试级配：在推荐的级配范围内，以4.75mm通过率为标志，选用3个不同等级（4.75mm通过率分别为23%、27%、31%），3个级配矿粉数量相同，使0.075mm通过率为10%左右，并分别测定3种配合比矿料的毛体积相对密度。
3）按《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）的方法，测定4.75mm以上的粗集料的插捣相对密度，计算粗集料骨架松装间隙率VCADRC。
4）选择一个初试沥青用量，成型3组马歇尔试件，采用表干法测定试件的毛体积相对密度，
实测混合料的最大相对密度或通过计算得到混合料的理论密度，计算试件的体积指标。根据VMA>16.5%及VCAmix<VCADRC的要求，当有一组以上的级配同时符合要求时，以4.75mm通过率较大且VMA较大的级配为设计级配。
5）选用不同的沥青用量，以0.3%左右为间隔，调整3个不同的油石比，制作马歇尔试件，根据设计的空隙率，确定最佳油石比OAC。
2.确定矿料级配
SMA矿料一般由1#～4#集料及矿粉构成，其组成设计就是确定组成某种级配范围的各种矿料比例。组成设计通常有图解法、试配法等，图解法在理论上能很好地解决问题，但在实际上由于各档矿料级配曲线的绘制过于繁琐，其计算结果不够准确，故该法并不实用。
试配法是根据各种规格矿料的筛分结果与设计的矿料级配范围，逐步选择和调整各矿料的用量比例，直到配出期望的矿料级配，可用解线性方程组法求解。
首先设定混合料合成级配任一级筛孔的通过率为P（j），它是由各种组成矿料在该级的通过率Pi（j）乘以各种矿料在混合料中的比例（Xi）之和，即：
∑Pi（j）×Xi=P（j）
i为矿料种类，i=1、2、3、4、5，分别表示1#～4#集料及矿粉
j为筛网规格，如9.5mm、4.75mm、0.075mm
显然：∑Xi=100;Xi≧0
4.75mm通过率分别为23%、27%、31%
则：Pi（4.75）×Xi=23，27，31
0.075mm通过率为10%，2.36mm、9.5mm通过率分别取中值，即：Pi（0.075）×Xi=10;Pi（2.36）×Xi=21.5;Pi（9.5）×Xi=62.5。
以上为5元1次方程组，若用手工计算，工作量非常大，且很容易出错，而利用Excel强大的计算功能，则非常容易。首先利用Excel中的Minverse（）函数，计算方程左侧的逆矩阵，然后利用Mmult（）函数，计算逆矩阵与方程右侧的乘积，得到一个5行1列的矩阵，矩阵对应的数值即为所要求解的各种矿料的配比。
3.确定油石比
沥青路面各面层均需进行沥青混合料合比设计，配合比设计的三阶段都必须进行马歇尔试验，经配合比设计得到的沥青混合料应符合规范规定的“马歇尔试验设计技术标准”。马歇尔试验技术标准包括稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度。其中稳定度和流值是马歇尔试件的力学指标，可以通过实测和简单的计算获得;空隙率和沥青饱和度是马歇尔试件的物理指标，需通过马歇尔试件的实测密度、混合料中所用到的各种材料的表观密度及各种材料在混合料中所占的比例来计算理论相对密度、空隙率、饱和度、矿料间隙率和沥青体积百分率等指标。由于试验所需试件数量多，每个试件计算的指标也多，手工计算繁琐，且易出错。可应用Excel对上述指标进行计算，得到的数据可靠性较高。
SMA-13马歇尔试验计算表，试件空气中质量、水中质量、表干质量及稳定度和流值均为实测值，其他几个指标可通过设定简单计算公式，用Excel程序自动计算。如：
试件在空气中质量ma，水中质量mw，表干质量md：
则毛体积相对密度：
若A1单元格输入“空气中质量ma”，B1单元格输入“水中质量mw”C1单元格输入“表干质量md”，则可在D1单元格单击屏幕上的编辑公式按钮“=A1/（C1-B1）*1”即可。
空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA、粗集料骨架间隙率VCAmix等指标，按类似方法计算。
4.结语
用Excel进行SMA混合料配合比辅助设计：
（1）其计算过程是透明的，其原始数据，中间结果及最终结果都显示在一张表格中，程序简单明了，灵活方便。
excel中值公式函数
（2）Excel可以完成重复性计算，对需要反复试算的问题或同类工程计算，只需改变一下有关参数，结果即可产生。可以利用Excel的模板功能，将平时工作中计算的工作簿制成模板，以利于以后反复使用。
（3）计算级配需根据实际情况，参考同类工程经验进行适当微调、优化。

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