CN107037199B - 基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法，包括步骤：1)、确定若干个影响沥青混合料抗滑性能的因素和判断抗滑性能优劣的若干个性能指标；2)、利用灰关联法确定各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序；3)、根据步骤2)得出的各因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序结果，对待评价的沥青混合料做出抗滑性能排序。本发明为评价沥青混合料抗滑性能提供了一个多影响因素的综合评价方法，与传统单纯利用空隙率评价方法比较，该方法得出的结果更加准确和可靠，而且克服了传统评价方法仅适用于一定差值的空隙率，对于相同或者相近的空隙率无法做出准确判断的局限性。

Description

基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法

技术领域

本发明涉及沥青混合料抗滑性能的评价技术领域，尤其涉及一种基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法。

背景技术

“十二五”期间，我国高速里程从7.41万公里增至12.35万公里。近年来我国公路建设事业取得了重大进展，但道路安全问题依然突出，提高路面抗滑性可以有效降低追尾、滑溜等事故的发生率。研究表明路面摩擦系数从0.4提高至0.8能够使意外情况下交通事故的发生率降低约23％，因此研究沥青路面抗滑性能对提高行车安全大有裨益。目前，主要是利用空隙率参数来直接评价体积指标对沥青路面抗滑性能的影响，但是单纯通过空隙率来评价体积指标对沥青路面抗滑性能的影响是片面的，并不能完全准确地评价沥青路面抗滑性能的影响因素，而且通常在比较抗滑性能时，经常会出现空隙率值相差不大，很多研究者则认为空隙率相同或者相近的，其抗滑性能也对应相同或相似。因此，这种仅依据空隙率的评价方法存在一定的局限性和片面性。

发明内容

为解决以上问题，本发明的目的是提供一种基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法，克服单一指标作为评价标准的片面性，能够为沥青混合料抗滑性能提供更加准确的评价方法。

为实现上述目的，本发明所设计的技术方案包括：

基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法，包括以下步骤：

1)、确定若干个影响沥青混合料抗滑性能的因素和判断抗滑性能优劣的若干个性能指标；

2)、利用灰关联法确定各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序；

3)、根据步骤2)得出的各因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序结果，对待评价的沥青混合料做出抗滑性能排序。

作为优选方案，步骤1)中，影响沥青混合料抗滑性能的因素分别为空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度；判断抗滑性能优劣的性能指标为摆值初值、摆值稳定值、摆值减幅。

作为优选方案，所述步骤2)包括5个过程：

2.1)、制备沥青混合料试件：采用不同的级配制备得到5个不同的沥青混合料试件，分别为试件A、试件B、试件C、试件D以及试件E；

2.2)、测量各影响因素：测量各试件的空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度；

2.3)、通过拟合计算得出各性能指标：首先利用摆式仪分别测定每个试件经过不同程度的磨光处理后的摆值，得到每个试件的摆值集合，然后通过非线性指数Asymptotic模型y＝Ae^(Bx)+C对各试件的抗滑性能进行拟合，得到摆值初值，摆值减幅以及摆值稳定值；

2.4)、计算灰关联度：首先利用灰关联法计算空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度分别对摆值初值、摆值减幅以及摆值稳定值的灰关联系数；然后，对灰关联系数求平均值得到四个影响因素对抗滑性能的灰关联度；

2.5)、各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序：根据四个影响因素对抗滑性能的灰关联度值的大小进行抗滑性能影响程度排序。

作为优选方案，所述过程2.3)，测定每个试件经过不同程度的磨光处理后的摆值的具体过程为，利用平板磨光机的对试件表面进行不同转数的磨光，并分别在0万转、0.3万转、0.7万转、1.0万转、1.5万转、3.0万转、5.0万转、7.0万转、9.0万转、11.0万转、14.5万转、20.5万转、26.5万转、33.0万转、39.0万转以及45.0万转时测定摆值。该方法使测得的摆值更加准确，由于实际的沥青公路由于不断地受到汽车的磨损，其摆值也是不固定的，采用这种方法测得的摆值更加接近实际应用。

作为优选方案，所述过程2.4)的具体步骤为：

2.4a)试验结果表格化：以四个影响因素-空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度作为比较变量，以3种抗滑性能指标-摆值初值、摆值稳定值、摆值减幅作为结果变量，将结果变量和比较变量表格化，不同变量为行，不同试件为列；

2.4b)去单位化：对系统中各变量的数据进行去量纲，即将其他列数据除以第一列数据后消去单位；

2.4c)计算求差序列：将去量纲后的表格按不同的结果变量列成3个表，结果变量行省略，不同比较变量行的数据为该值减去对应列的结果变量值并求绝对值的结果，以形成新表格；

2.4d)确定灰关联系数：设定结果数列M₀有若干个比较数列M₁、M₂、M₃…M_x，则灰关联系数ξ：

(1)式中：k＝1，2，…，m；i＝1，2，…，n；ρ为关联分辨系数，取值0.5；灰关联系数ξ_i(k)为第i个因素在第k个点的比较数列M_i分量与结果数列M₀分量的相对差值；

2.4e)计算灰关联度：利用公式：

对灰关联系数求平均值得出关联度ri。

作为优选方案，所述步骤3)，对待评价的沥青混合料的抗滑性能比较的方法为，假定各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序为：空隙率>矿料间隙率>粗集料骨架间隙率>有效沥青饱和度；

首先比较各待评价的沥青混合料的空隙率，空隙率越大，抗滑性能越好，当空隙率相同或差值小于或等于0.1时，比较矿料间隙率，矿料间隙率越大，抗滑性能越好，当矿料间隙率相同或差值小于或等于0.1时，再比较粗集料骨架间隙率，依次类推，最后得出各个待评价的沥青混合料的抗滑性能的排序。

本发明的优点在于：本发明为评价沥青混合料抗滑性能提供了一个多影响因素的综合评价方法，与传统单纯利用空隙率评价方法比较，该方法得出的结果更加准确和可靠，而且克服了传统评价方法仅适用于一定差值的空隙率，对于相同或者相近的空隙率无法做出准确判断的局限性。

附图说明

图1为实施例中影响因素的关联系数结果图。

具体实施方式

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法，该方法首先确定多个影响沥青混合料抗滑性能的因素和确定判断抗滑性能优劣的若干个性能指标；然后利用灰关联法确定各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序；最后根据影响程度排序对待评价的沥青混合料做出抗滑性能排序，择优选出抗滑性能较好的沥青混合料。

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

基于灰关联对抗滑性能进行综合评价，择优选择抗滑性能较好的沥青混合料。具体步骤如下：

1)、确定若干个影响沥青混合料抗滑性能的因素和判断抗滑性能优劣的若干个性能指标：

本发明选取的四个影响沥青混合料抗滑性能的因素为空隙率(VV)、矿料间隙率(VMA)、粗集料骨架间隙率(VCA_mix)以及有效沥青饱和度VFA。

选取摆值初值、摆值稳定值、摆值减幅这三个性能指标作为判断抗滑性能优劣的性能指标。

2)、利用灰关联法确定各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序：

2.1)制备沥青混合料试件：选用秦皇岛70#沥青，采用4.4％的油石比和表1所示的级配，按照规范制备沥青混合料试件，制备得到的沥青混合料试件分别为试件A、试件B、试件C、试件D以及试件E。

表1

孔径/mm	19	16	13.2	9.5	7.2	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
													A	100	95.3	80	59.7	46.9	33	25.8	20.2	16.1	12.5	9.8	7.6
B	100	95	79.1	57.9	44.5	30	23.5	18.4	14.5	11.4	8.8	6.9
													C	100	94.7	78.2	56.1	42.1	27	21.1	16.6	13.1	10.2	8.2	6.3
D	100	94.5	77.3	54.3	39.8	24	18.8	14.7	11.6	9.1	7.1	5.7
													E	100	94.3	76.5	52.5	37.4	21	16.4	12.9	10.2	8.1	6.3	4.8

2.2)测量各试件的空隙率(VV)、矿料间隙率(VMA)、粗集料骨架间隙率(VCA_mix)以及有效沥青饱和度(VFA)值：

参考规范(JTG E20-2011)采用塑封法测量毛体积密度γt、真空法测定理论密度γf，并测算VV、VMA、VCA_mix、VFA，结果如表2所示。

表2

试样	γt/(g/cm<sup>3</sup>)	γf/(g/cm<sup>3</sup>)	VCA<sub>mix</sub>/％	VV/％	VMA/％	VFA/％
							A	2.6281	2.2532	42.54	3.99	13.61	70.98
B	2.6299	2.4691	41.25	6.12	15.51	60.68
							C	2.6317	2.4598	38.96	6.53	15.89	58.88
D	2.6335	2.3991	38.03	8.90	18.01	50.59
							E	2.6356	2.358	36.68	10.54	19.47	45.89

2.3)测定各试件的摆值：

进行室内抗滑性能试验，借助平板磨光机对试件表面进行不同转数的磨光处理，并用摆式仪测定各转数磨光后的摆值，以分析抗滑性能变化趋势。具体过程为，将各试件置于磨光机中，转速设定为500r/min，分别在0、0.3、0.7、1.0、1.5、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0、14.5、20.5、26.5、33.0、39.0、45.0(万转)时，用摆式仪测定试件摆值。结果见表3：

表3

沥青混合料抗滑性能在加载过程中逐渐降低并趋于稳定值，采用非线性指数Asymptotic模型y＝Ae^(Bx)+C对试件的抗滑性能进行拟合，得到摆值初值，摆值减幅A以及摆值稳定值C。拟合结果见表4。

表4

2.4)灰关联分析：采用灰关联法分析四个因素对抗滑性能的影响，步骤为试验结果表格化、去单位化、计算求差序列、求解灰关联系数、计算灰关联度并排序。具体步骤为：

①试验结果表格化：以VV、VMA、VCA_mix、VFA作为比较变量并分别以3种抗滑性能指标(摆值初值/BPN、稳定值C/BPN、减幅A/BPN)作为结果变量，将结果变量和比较变量表格化，不同变量为行，不同级配为列；沥青混合料试件的试验结果汇总如表5所示，试验结果初始化结果如表6所示。

表5 沥青混合料试验结果

性能指标	A	B	C	D	E
						摆值初值/BPN	71.10	72.30	76.80	74.90	76.40
稳定值C/BPN	44.20	45.80	48.80	51.00	52.80
						减幅A/BPN	38.19	36.29	33.30	31.62	34.00
VCA<sub>mix</sub>/％	42.54	41.25	38.96	38.03	36.68
						VV/％	3.99	6.12	6.53	8.90	10.54
VMA/％	13.61	15.51	15.89	18.01	19.47
						VFA/％	70.98	60.68	58.88	50.59	45.89

表6 试验结果初始化

性能指标	A	B	C	D	E
						摆值初值/BPN	1.00	1.02	1.08	1.05	1.07
稳定值C/BPN	1.00	1.04	1.10	1.15	1.19
						减幅A/BPN	1.00	0.95	0.87	0.83	0.89
VCA<sub>mix</sub>/％	1.00	0.97	0.92	0.89	0.86
						VV/％	1.00	1.53	1.64	2.23	2.64
VMA/％	1.00	1.14	1.17	1.32	1.43
						VFA/％	1.00	0.85	0.83	0.71	0.65

②去单位化：对系统中各变量的数据进行去量纲，即将其他列数据除以第一列数据后消去单位；

③计算求差序列：将去量纲后的表格按不同的结果变量列成3个表，结果变量行省略，不同比较变量行的数据为该值减去对应列的结果变量值并求绝对值的结果，以形成新表格；各影响因素的求差序列如表7所示。

表7 各影响因素的求差序列

④确定灰关联系数：

若结果数列M₀有若干个比较数列M₁、M₂、M₃…M_x，则灰关联系数ξ：

(1)式中：k＝1，2，…，m；i＝1，2，…，n；ρ为关联分辨系数，一般介于0～1间，计算时通常取0.5；灰关联系数ξ_i(k)为第i个因素在第k个点的比较数列M_i分量与结果数列M₀分量的相对差值。各影响因素的灰关联系数如表8和图1所示。

表8 各影响因素的灰关联

⑤计算灰关联度：利用公式(2)求解灰关联度ri，对灰关联系数求平均值。

2.5)、各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序：根据四个影响因素对抗滑性能的灰关联度值的大小进行抗滑性能影响程度排序，r_i越接近1相关性越好，该因素对系统的影响越大。

根据表8，即可得到四个影响因素对摆值的排序，对摆值初值、稳定值的影响程度排序相同，均为：VMA>VV>VCA_mix>VFA，而各指标对衰减幅度影响程度为：VFA>VV>VCA_mix>VMA。将不同指标的关联度取平均值再次排序以分析其对抗滑性能的整体影响，得出：VV>VMA>VFA>VCA_mix。而且需要指出的是：VV的平均关联度为0.5786，而VMA的平均关联度是0.5783，两者非常接近，换而言之，VMA在抗滑性能的评价中，应被重视。

3)、根据四个影响因素排序对待评价的沥青混合料的抗滑性能做出比较。

3.1)选取5组AC级配的待评价的沥青混合料，分别命名为1#试件、2#试件、3#试件、4#试件、5#试件。

3.2)测量5组沥青混合料试件的VV、VMA、VFA、VCA_mix值，结果如下表9所示：

表9

编号	VV/％	VMA/％	VFA/％	VCA<sub>mix</sub>/％
					1	3.9	14.4	72.9	42.1
2	3.6	13.9	74.1	41.7
					3	3.7	13.8	73.2	41.7
4	4.3	15.2	71.9	42.6
					5	4.3	13.4	68.2	41.3

3.3)利用以上得出的VV>VMA>VFA>VCA_mix影响因素排序的结果判断5组沥青混合料试件的抗滑性能的优劣。

优先考虑VV对抗滑性能的影响，通常抗滑性能随VV的增大而增大。从空隙率角度，4#试件和5#试件的VV值相同，而2#和3#的VV值相近，因而总体上抗滑性能(4#和5#)>1#>(2#和3#)。其次考虑VMA的影响：沥青混合料骨架程度越好抗滑性能也更优，即VMA越大抗滑性越好。4#试件的VMA明显比5#试件更大，而2#和3#试件的VMA相近故难以比较，因此抗滑性能4#>5#。再其次考虑VFA的影响，有效沥青饱和度反映了集料和沥青的粘结情况，饱和度越低的沥青混合料中，集料表面覆盖的沥青层越薄，抗滑性能也相对更好。3#试件的VFA比2#试件更低，抗滑性能3#>2#。由于VCA mix对抗滑性能的影响最不明显且从前面比选已评价出5组试件的抗滑性能优劣，故不再赘述VCA_mix指标评价。

综上，结合不同指标对抗滑性能的影响排序分析了5组试件的抗滑性能优劣，5组试件抗滑性能比选结果：4#>5#>1#>3#>2#。

3.4)试验上对5组试件优选结果进行验证。将5组试件采用摆式仪分别测量试件的摆值。1#试件、2#试件、3#试件、4#试件、5#试件的摆值分别对应为：66.5BPN、65.0BPN、65.5BPN、68.0BPN和67.5BPN。可见实测结果与比选排序相同，上述抗滑性能比选结果基本正确。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、确定若干个影响沥青混合料抗滑性能的因素和判断抗滑性能优劣的若干个性能指标；

2)、利用灰关联法确定各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序；

3)、根据步骤2)得出的各因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序结果，对待评价的沥青混合料做出抗滑性能排序；

所述步骤1)中，影响沥青混合料抗滑性能的因素分别为空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度；判断抗滑性能优劣的性能指标为摆值初值、摆值稳定值、摆值减幅；

所述步骤2)包括5个过程：

2.1)、制备沥青混合料试件：采用不同的级配制备得到5个不同的沥青混合料试件，分别为试件A、试件B、试件C、试件D以及试件E；

2.2)、测量各影响因素：测量各试件的空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度；

2.3)、通过拟合计算得出各性能指标：首先利用摆式仪分别测定每个试件经过不同程度的磨光处理后的摆值，得到每个试件的摆值集合，然后通过非线性指数Asymptotic模型y＝Ae^(Bx)+C对各试件的抗滑性能进行拟合，得到摆值初值，摆值减幅以及摆值稳定值；

2.4)、计算灰关联度：首先利用灰关联法计算空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度分别对摆值初值、摆值减幅以及摆值稳定值的灰关联系数；然后，对灰关联系数求平均值得到四个影响因素对抗滑性能的灰关联度；

2.5)、各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序：根据四个影响因素对抗滑性能的灰关联度值的大小进行抗滑性能影响程度排序；

所述步骤3)，对待评价的沥青混合料的抗滑性能比较的方法为：假定各影响因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度排序为：空隙率>矿料间隙率>粗集料骨架间隙率>有效沥青饱和度；首先比较各待评价的沥青混合料的空隙率，空隙率越大，抗滑性能越好，当空隙率相同或差值小于或等于0.1时，比较矿料间隙率，矿料间隙率越大，抗滑性能越好，当矿料间隙率相同或差值小于或等于0.1时，再比较粗集料骨架间隙率，依次类推，最后得出各个待评价的沥青混合料的抗滑性能的排序。

2.根据权利要求1所述的基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法，其特征在于：所述过程2.3)，测定每个试件经过不同程度的磨光处理后的摆值的具体过程为，利用平板磨光机的对试件表面进行不同转数的磨光，并分别在0万转、0.3万转、0.7万转、1.0万转、1.5万转、3.0万转、5.0万转、7.0万转、9.0万转、11.0万转、14.5万转、20.5万转、26.5万转、33.0万转、39.0万转以及45.0万转时测定摆值。

3.根据权利要求1所述的基于灰关联的沥青混合料抗滑性能评价方法，其特征在于：所述过程2.4)的具体步骤为：

2.4a)试验结果表格化：以四个影响因素-空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率以及有效沥青饱和度作为比较变量，以3种抗滑性能指标-摆值初值、摆值稳定值、摆值减幅作为结果变量，将结果变量和比较变量表格化，不同变量为行，不同试件为列；

2.4b)去单位化：对系统中各变量的数据进行去量纲，即将其他列数据除以第一列数据后消去单位；

2.4c)计算求差序列：将去量纲后的表格按不同的结果变量列成3个表，结果变量行省略，不同比较变量行的数据为该值减去对应列的结果变量值并求绝对值的结果，以形成新表格；

2.4d)确定灰关联系数：利用公式1，设定结果数列M₀有若干个比较数列M₁、M₂、M₃…M_x，则灰关联系数ξ：

(1)式中：k＝1，2，…，m；i＝1，2，…，n；ρ为关联分辨系数，取值0.5；灰关联系数ξ_i(k)为第i个因素在第k个点的比较数列M_i分量与结果数列M₀分量的相对差值；

2.4e)计算灰关联度：利用公式2：

对灰关联系数求平均值得出关联度ri。