基于灰色系统理论的废弃沥青混凝土级配优化方法

摘要

基于灰色系统理论的废弃沥青混凝土级配优化方法，属于材料技术领域，其对废弃沥青混凝土分级预处理，对每级废弃沥青混凝土的直接筛分结果与去除沥青后筛分结果之间建立虚拟筛分级配，在不同虚拟筛分级配之间掺配比例的条件下制备大孔隙沥青混凝土，将大孔隙沥青混凝土孔隙率偏差变化作为系统的主行为，将不同虚拟系数在合成筛分中所占的比例变化作为影响主行为的有效因素，进行灰色关联分析与灰色关联度排序，选择关联度最大的虚拟筛分级配作为实际再生沥青混凝土生产的配合比设计依据，可更准确控制再生沥青混凝土的配合比设计，提升再生沥青混凝土性能，同时，为废弃沥青混凝土在骨架类沥青混合料中的应用提供理论指导。

主权项

一种基于灰色系统理论的废弃沥青混凝土级配优化方法，其特征在于它包括如下步骤：(1)废弃沥青混凝土分级预处理将废弃沥青混凝土按颗粒尺寸分为4级，分别为：RAP‑1，其中RAP尺寸范围：＞13.2mm、RAP‑2，其中RAP尺寸范围：9.5～13.2mm、RAP‑3，其中RAP尺寸范围：4.75～9.5mm、RAP‑4，其中RAP尺寸范围：＜4.75mm，对各级废弃沥青混凝土直接进行筛分，记录筛分结果A_a‑1、A_a‑2、A_a‑3、A_a‑4、A_a‑5、A_a‑6、A_a‑7、A_a‑8、A_a‑9、A_a‑10，去除各级RAP表面沥青，对去除沥青后的各级RAP颗粒进行筛分，记录筛分结果A_b‑1、A_b‑2、A_b‑3、A_b‑4、A_b‑5、A_b‑6、A_b‑7、A_b‑8、A_b‑9、A_b‑10；(2)计算废弃沥青混凝土虚拟级配在去除各级RAP表面沥青前后的筛分结果中间，计算出6组虚拟筛分级配，虚拟级配按下式计算：A＝A_b‑X+(A_a‑X‑A_b‑X)×K_c所述的Kc为虚拟系数，6组虚拟系数分别取值为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0；所述的A_a‑X与A_b‑X为X筛孔位置的筛分结果，X分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，代表的筛孔尺寸分别为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.12mm、2.36mm、4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm；将各虚拟系数所对应的筛分结果进行合成，首先，将掺配比例分别设为P₀、P_0.2、P_0.4、P_0.6、P_0.8、P_1.0，其和为100，然后，随机选取掺配比例的数值，取值需满足以下要求：max{P₀、P_0.2、P_0.4、P_0.6、P_0.8、P_1.0}≥40.0，min{P₀、P_0.2、P_0.4、P_0.6、P_0.8、P_1.0}≤5.0，最后，按下式计算出各筛孔通过率，确定出用于分析的虚拟筛分曲线；$A_s=\frac{100}{\frac{P_0}{A_0}+\frac{P_{0.2}}{A_{0.2}}+\frac{P_{0.4}}{A_{0.4}}+\frac{P_{0.6}}{A_{0.6}}+\frac{P_{0.8}}{A_{0.8}}+\frac{P_{1.0}}{A_{1.0}}}$所述公式中A_s为用于灰色关联分析的筛分曲线相应筛孔通过率，P₀、P_0.2、P_0.4、P_0.6、P_0.8、P_1.0分别为虚拟系数0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的掺配比例，A₀，A_0.2，A_0.4，A_0.6，A_0.8，A_1.0分别为虚拟系数0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0下的相应筛孔通过率；(3)制备大孔隙沥青混合料将13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm筛孔的通过率范围(％)分别限制为96‑100、70‑80、18‑22、10‑13、6‑10、4‑8、3‑7、3‑5、2‑3，将该范围确定为大孔隙沥青混合料的目标级配范围；将RAP‑1、RAP‑2、RAP‑3、RAP‑4掺量分别固定为：5％：5％：10％：10％，按步骤(2)确定的虚拟筛分曲线将该比例的四级RAP筛分曲线进行合成，得到合成后RAP材料的筛分曲线，比较合成后RAP材料的筛分曲线各筛孔与目标级配范围各筛孔通过率的差值，以0‑2.36mm、2.36‑4.75mm、4.75‑9.5mm、9.5‑16mm四种粒径规格的新集料及矿粉进行补充，使总的合成级配曲线在目标级配范围内，并记录所需的各级材料比例；制备大孔隙沥青混凝土，测试所得大孔隙沥青混凝土的孔隙率；(4)灰色关联度分析将步骤(3)中大孔隙沥青混凝土的孔隙率与目标孔隙率22％的偏差变化作为系统的主行为，将不同虚拟系数在合成筛分中所占的比例变化作为影响主行为的有效因素，进行灰色关联分析；确定参考数列，即系统主行为X₀及比较数列，即影响主行为的有效因素X_i分别为：X₀＝{x₀(k)|k＝1,2，…，n}X_i＝{x_i(k)|k＝1,2，…，n}其中，X₀数列中的值按下式计算得出：$z=\frac{\left|V_k-V_g\right|}{V_g}$公式中所述的Z为孔隙率偏差值，V_g为目标孔隙率，Vk为各组实测孔隙率；按下式对各数列进行初值化处理，得到如下数据序列：式中所述的D为均值化算子，X_i′为X_i在均值化算子D下的像，均值像数据矩阵中：i＝0，1，2，…，24；k＝1，2，…，6；按灰色系统理论方法，可按下式求出参考数列与比较数列之间的灰色关联系数γ(x₀(k),x_i(k))及灰色关联度γ(X₀,X_i)：$\gamma \left(x_0^{\prime }\right(k),x_i^{\prime }(k\left)\right)=\frac{\underset{i}{min}\underset{k}{min}|x_0^{\prime }\left(k\right)-x_i^{\prime }\left(k\right)|+\xi \underset{i}{max}\underset{k}{max}|x_0^{\prime }\left(k\right)-x_i^{\prime }\left(k\right)|}{|x_0^{\prime }\left(k\right)-x_i^{\prime }\left(k\right)|+\xi \underset{i}{max}\underset{k}{max}|x_0^{\prime }\left(k\right)-x_i^{\prime }\left(k\right)|}$$\gamma (X_0,X_i)=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}\gamma \left(x_0\right(k),x_i(k\left)\right)$式中所述的ξ为分辨系数，用来减少过大而使分析结果失真的影响，ξ∈(0，1)；计算出的γ(X₀,X_i)按大小顺序，确定各级RAP的最大γ(X₀,X_i)值所对应的RAP虚拟级配曲线，该曲线极为即为优化后的废弃沥青混凝土在再生路面中的真实颗粒组成曲线，以该曲线进行再生沥青混凝土配合比设计。