灰色關(guān)聯(lián)法在改性瀝青優(yōu)化配伍設(shè)計(jì)中的應(yīng)用★

馬愛群 賈琛琛

(鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

灰色關(guān)聯(lián)法在改性瀝青優(yōu)化配伍設(shè)計(jì)中的應(yīng)用★

馬愛群 賈琛琛

(鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

為開發(fā)路面新材料，基于灰色關(guān)聯(lián)分析法，探討了改性瀝青體系中基質(zhì)瀝青與改性劑的相容性及改性瀝青的性能，指出瀝青的組分和改性瀝青的性能效果有著很大的相關(guān)性，瀝青組分當(dāng)中起到主要作用的是飽和酚，膠質(zhì)與芳香酚次之，瀝青質(zhì)的影響較小，而計(jì)算分析結(jié)果與改性瀝青的路用性能也是相吻合的。

改性瀝青，灰色關(guān)聯(lián)法，優(yōu)化配伍，關(guān)聯(lián)度

0 引言

聚合物改性瀝青作為高級(jí)的路面材料，越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用。在生產(chǎn)聚合物改性瀝青時(shí)，選取的聚合物以及基質(zhì)瀝青是否相匹配對(duì)于改性瀝青的性能好壞是至關(guān)重要的。而傳統(tǒng)的改性瀝青的配伍設(shè)計(jì)是基于改性瀝青性能，通過(guò)大量的試驗(yàn)得到相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析尋找相關(guān)規(guī)律，過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。因此，本文探討基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的改性瀝青體系優(yōu)化配伍設(shè)計(jì)方法，試圖能夠以較小的試驗(yàn)量進(jìn)行定量的分析來(lái)確定合適的配伍。

1 預(yù)備知識(shí)[1，2]

系統(tǒng)：將信息完全明確的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng)，信息未知的系統(tǒng)稱為黑色系統(tǒng)，部分信息明確、部分信息不明確的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)。

關(guān)聯(lián)度：對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)之間的因素，其隨時(shí)間或不同對(duì)象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度，稱為關(guān)聯(lián)度。

灰色系統(tǒng)理論：1982年3月我國(guó)學(xué)者鄧聚龍教授首次在國(guó)際上提出。它是根據(jù)因素之間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程序，來(lái)衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的方法，提供了在貧信息情況下解決系統(tǒng)問題的新途徑。

2 主要理論與方法[1-3]

灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的一個(gè)分支，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)受多種因素影響的事物和現(xiàn)象從整體觀念出發(fā)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)被廣為接受的方法。具體計(jì)算步驟如下：

第一步：確定分析數(shù)列。確定反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列和影響系統(tǒng)行為的比較數(shù)列。設(shè)參考數(shù)列為Y={Y(k)|k=1,2,…,n}；比較數(shù)列Xi={Xi(k)|k=1,2,…,n}，其中i=1,2，…,m。

第二步，變量的無(wú)量綱化。因此在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析時(shí)，一般都要進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化處理。

(1)

第三步，計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

x0(k)與xi(k)的關(guān)聯(lián)系數(shù):

(2)

記Δi(k)=|y(k)-xi(k)|，則:

(3)

第四步，計(jì)算關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)系數(shù)是比較數(shù)列與參考數(shù)列在各個(gè)時(shí)刻關(guān)聯(lián)程度值，因此其數(shù)值不是唯一的。可采用其平均值來(lái)表征：

(4)

第五步，關(guān)聯(lián)度排序。將關(guān)聯(lián)度數(shù)值按照從大到小排序，排序靠前對(duì)應(yīng)的因素，即為要尋找的主要的影響因素。

3 案例與分析結(jié)果

某條高速公路上擬采用改性瀝青混合料進(jìn)行路面的鋪筑。在進(jìn)行改性瀝青選取的時(shí)候，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況初步確定三種基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，改性劑采用SBR塑料顆粒。

瀝青是由多種化合物組成的混合物，成分復(fù)雜。從化學(xué)元素構(gòu)成來(lái)看，主要是碳?xì)?CH)化合物，可以用飽和酚、芳香酚、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)四組分來(lái)表征。相關(guān)研究表明，瀝青中的各個(gè)組分的含量與瀝青的性能有著很好的相關(guān)性[4]。三種基質(zhì)瀝青組分構(gòu)成如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青組分構(gòu)成 %

參照前人經(jīng)驗(yàn)[5-7]，固定聚合物摻量為5%，通過(guò)高速剪切設(shè)備制備得聚合物改性瀝青，進(jìn)行改性瀝青性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 改性瀝青性能

我們可以選取基質(zhì)瀝青的四組分含量作為比較數(shù)列Xi，即Xi={X1(k),X2(k),X3(k),X4(k)}；同時(shí)選用表征改性瀝青的性能指標(biāo)軟化點(diǎn)和低溫延度作為參考數(shù)列Y，即Y={Y1,Y2}。利用灰色關(guān)聯(lián)理論，可得原始數(shù)列：

X1={20.97,22.0,28.96}，X2={32.34,29.30,28.58}，
X3={38.67,30.80,28.16}，X4={8.02,17.90,14.30}，
Y1={62.50,62.40,58.60}，Y2={17.40,16.20,13.20}。

Δ1(1)={0,0.051,0.443}，Δ1(2)={0,0.118,0.622}；
Δ2(1)={0,0.092,0.054}，Δ2(2)={0,0.025,0.125}；
Δ3(1)={0,0.202,0.21}，Δ3(2)={0,0.135,0.031}；
Δ4(1)={0,1.234,0.845}，Δ4(2)={0,1.301,1.024}。

計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù):

以軟化點(diǎn)指標(biāo)Y1序列為例：

對(duì)于軟化點(diǎn)指標(biāo)Y1序列：r1=0.835 3，r2=0.929 9，r3=0.833 2，r4=0.585 1。關(guān)聯(lián)度序列為:r2>r1>r3>r4。同理可計(jì)算出，對(duì)于低溫延度指標(biāo)Y2序列：r1=0.785 9，r2=0.933 9，r3=0.927 5，r4=0.573 9，關(guān)聯(lián)度序列為：r2>r3>r1>r4。

關(guān)聯(lián)度的結(jié)果表明，基質(zhì)瀝青當(dāng)中芳香酚與飽和酚的組分含量對(duì)聚合物改性瀝青軟化點(diǎn)性能起主要作用；而飽和酚與膠質(zhì)的組分含量對(duì)聚合物改性瀝青低溫延度性能起主要作用。綜合而言，在選取基質(zhì)瀝青的時(shí)候，優(yōu)先選擇飽和酚含量較高的瀝青，對(duì)于改性瀝青性能的提高是大有裨益的。所以在三種基質(zhì)瀝青中選取基質(zhì)瀝青A作為改性瀝青的原材料。這也說(shuō)明，用灰色關(guān)聯(lián)分析方法來(lái)確定聚合物改性瀝青的配伍是可行的。

4 結(jié)論與展望

在聚合物改性瀝青的配伍設(shè)計(jì)中引入灰色系統(tǒng)理論是可行的。通過(guò)灰關(guān)聯(lián)分析，瀝青的組分和改性瀝青的性能效果有著很大的相關(guān)性。瀝青組分當(dāng)中起到主要作用的是飽和酚，膠質(zhì)與芳香酚次之，瀝青質(zhì)的影響較小。

分析結(jié)果有待于通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；灰關(guān)聯(lián)分析過(guò)程中，對(duì)于不同的參考數(shù)列得出的結(jié)果會(huì)有所不同，如何進(jìn)行相應(yīng)的取舍，也需要進(jìn)一步的研究。

[1] 鄧聚龍.灰色預(yù)測(cè)與決策.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1988.

[2] 劉思峰，黨耀國(guó).灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用.第6版.北京：科學(xué)出版社，2013.

[3] 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

[4] 程培峰，范 平.基于正交灰關(guān)聯(lián)分析法的溫拌橡膠瀝青性能影響因素研究.中外公路，2014，34(4)：318-323.

Key words: modified asphalt, grey relational, optimal matching, relevance

fresh mortar, shear yield intensity, discrete element method

Application of grey relational analysis in optimized matching design of polymer modified asphalt★

Ma Aiqun Jia Chenchen

(CivilEngineeringCollege,YanchengInstituteofTechnology,Yancheng224051,China)

In order to develop the new materials of roadbeds, on the basis of gray relative analysis method, the paper explores the base asphalt, the consistency of modified agent and performance of modified asphalt in the modified asphalt system, points out the components of asphalt and the performance of modified asphalt have close relevance, indicates saturate plays the most important role in the asphalt component, while collod and aroma follow, it has less influence upon asphalt quality, and indicates the calculation analysis results is consistent with the road performance of the modified asphalt.

2015-09-19★：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃(項(xiàng)目編號(hào)：2015038)

馬愛群(1980- )，男，在讀博士，講師

1009-6825(2015)33-0126-02

TU535

A