本發明屬于道路工程技術領域，涉及道路應力吸收層改性瀝青老化性能的方法研究，尤其涉及一種基于灰關聯法的道路應力吸收層改性瀝青老化性能的研究方法。

背景技術：

灰色關聯分析法,簡稱灰關聯法,是貧信息系統分析的有效手段，是基于行為因子序列的微觀或宏觀幾何接近，分析因子間的影響程度，辨別主要與次要因子，確定因子對主行為貢獻測度的有效方法。其目的是對信息不完全與少數不確定的系統作因子間的量化、序化，進而從微觀角度進行分析。

公路在國家交通系統和國民建設中起著舉足輕重的角色，由于瀝青老化導致公路瀝青混凝土路面耐久性不足成為道路界一直關注的問題。我國道路工作者雖然也在改善路面的使用性能和耐久性能方面進行著積極的探索和研究，對于瀝青在自然因素作用下老化后物理性質的改變已有較為深刻的認識，然而對于瀝青老化在微觀層次上的技術分析還需要進一步完善。

瀝青的組成成分非常復雜，現在的技術大多是圍繞瀝青組分變化與瀝青宏觀性能變化之間的關系，這對于瀝青老化機理的研究有一定的局限性。

技術實現要素：

本發明為克服上述現有技術中的不足,提出一種基于灰關聯法的道路應力吸收層改性瀝青老化性能的研究方法。材料的微觀組成決定著材料的性質，因此借助先進的分析手段，從瀝青的微觀組成入手研究瀝青的宏觀性能與微觀結構變化之間的關系，從本質上研究瀝青的老化機理，找出影響瀝青老化的各方面原因，利用灰關聯法計算瀝青微觀分子量，通過對比分析求出主要因子與次要因子，判斷各種分子量對瀝青六種宏觀老化性能指標的影響程度，接著進行影響程度排序，進而確定出影響瀝青老化程度最大的關鍵因子和最小的因子，從而得出瀝青老化機理的主要指標，為瀝青老化研究提供重要依據。

本發明使用的瀝青宏觀性能指標有：針入度、135℃粘度比、彈性恢復比、粘韌性比、5℃延度比、質量比，其中粘度比、延度比參照規范使用135℃和5℃；使用的瀝青種類有：SBR、SBS、SAM、QP、GC、TPS、STR七種具有代表性的應力吸收層改性瀝青。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種基于灰關聯法改性瀝青老化性能研究方法，包括以下如下步驟：

a、對改性瀝青老化前后分子量及分布的變化進行計算；

b、進行灰色關聯法參數的計算；

c、進行分子量分布變化對改性瀝青宏觀性能指標變化影響的灰關聯熵分析；

d、確定分子量及分布的變化對老化性能的影響順序；

e、確定應力吸收層改性瀝青結合料耐老化性能的主要影響因素，為控制應力吸收層瀝青結合料的質量提供參考。

所述步驟a中的計算改性瀝青老化前后分子量及分布的方法為凝膠滲透色譜法。

所述步驟b中的灰色關聯法參數計算包括灰關聯度、灰關聯熵以及灰熵關聯度。

所述改性瀝青宏觀性能指標包括針入度比、135℃粘度比、彈性恢復比、黏韌性比、5℃延度比和質量比。

與現有技術相比本發明的優點是：

1、從瀝青的微觀角度入手，透徹地分析了分子量分布變化對改性瀝青老化性能的影響，而且本發明選用參數多，改性瀝青老化性能指標選取全面，得出的結論能準確地反應改性瀝青老化性能影響因素順序。

2、本發明便于操作，影響因素較少，條件限制少，易完成，具有實際應用和推廣價值。

附圖說明

圖1是不同參數比對針入度比的灰熵關聯度；

圖2是不同參數比對135℃粘度比的灰熵關聯度；

圖3是不同參數比對彈性恢復比的灰熵關聯度；

圖4是不同參數比對粘韌性比的灰熵關聯度；

圖5是不同參數比對5℃延度比的灰熵關聯度；

圖6是不同參數比對質量比的灰熵關聯度。

具體實施方式

下面通過具體實施例和附圖對本發明作進一步的說明。本發明的實施例是為了更好地使本領域的技術人員更好地理解本發明，并不對本發明作任何的限制。

一種基于灰關聯法改性瀝青老化性能研究方法，包括以下如下步驟：

(a)利用凝膠滲透色譜分離技術研究SBR、SBS、SAM、QP、GC、TPS、STR七種改性瀝青老化過程中分子量分布和組成變化，并對改性瀝青老化前后分子量及分布的變化進行計算；

(b)對上述步驟中的七種改性瀝青進行灰色關聯法相關參數(包括灰關聯度、灰關聯熵和灰熵關聯度)的計算；

(c)進行分子量分布變化對改性瀝青宏觀性能指標變化影響的灰關聯熵分析；

(d)將改性瀝青老化前后各參數比值與不同老化性能指標的比值通過灰關聯熵計算出灰熵關聯度，然后根據灰熵關聯度確定分子量及分布的變化對老化性能的影響順序；

(e)確定出應力吸收層改性瀝青結合料耐老化性能的主要影響因素，為控制應力吸收層瀝青結合料的質量提供參考。

選取SBR、SBS、SAM、QP、GC、TPS、STR七種改性瀝青進行研究，利用凝膠滲透色譜法計算得出改性劑和瀝青相老化前后平均分子量，由于SBS、SAM、STR這三種改性瀝青采用的是復合改性劑，出現了兩個改性劑峰(1峰和2峰)。各改性瀝青中改性劑和瀝青相(用J表示)老化前后分子量具體數據見表1～表4。其中為峰值分子量，為數均分子質量，為重均分子質量，PD表示分散度A表示峰面積，A％表示物質含量。

表1改性劑老化前平均分子量及分布

表2改性劑老化后平均分子量及分布

表3瀝青相老化前平均分子量及分布

表4瀝青相老化后平均分子量及分布

灰關聯法參數計算：

(1)灰關聯度

一般進行灰關聯分析時都要把原始因子轉化為關聯因子集。灰關聯因子集定義為：設序列X＝(x₁,x₂,…,x_r)，F為X的數值映射集，稱X的象集χ為灰關聯因子集。

{初值化，平均值化，最大值化，最小值化，區間值化，正因子化}

灰關聯度計算公式為X₀∈χ為比較列，j＝1,2,…r。

其中，X₀＝{x₀(i)丨i＝1,2,…，r}，X_j＝{x_j(i)丨i＝1,2,…，r}，則r(X₀,X_j)滿足灰關聯四公理：規范性，偶對稱性，整體性和接近性，r稱為灰關聯度，稱r(X₀(k),X_j(k))為灰關聯系數。其中，ξ為分辨系數，一般取0.5。

(2)灰關聯熵

設χ為灰關聯因子集，X₀∈χ為主行列，X_j∈χ，j＝1,2,…m為參考列，{r(X₀(k),X_j(k))丨k＝1,2,…n}則映射Map：R_j→P_j

稱為灰關聯系數分布映射，映射值P_h稱為分布的密度值。函數：

為X_j的灰關聯熵。

(3)灰熵關聯度

序列Xj的灰熵關聯度為：

其中，H_m稱為灰熵的最大值，H_m(x)＝lnn。n代表由n個元素構成的差異信息列的最大值。

分子量分布變化對改性瀝青老化性能影響的灰關聯熵分析：

(1)各因素對針入度比的影響

分別計算改性瀝青改性劑相和瀝青相老化后與老化前各參數的比值，見表5所示，M為改性劑相部分，J為瀝青相部分，MPT表示老化后峰值分子量與老化前比值，MNT表示數均分子量老化后與老化前的比值，MWT表示重均分子量老化后與老化前的比值，PDT表示分散度老化后與老化前的比值，AT表示老化后含量與老化前的比值。

表5老化后與老化前各參數比值

將不同種改性瀝青老化后與老化前針入度比作為主行為，改性瀝青改性劑相和瀝青相老化后與老化前各參數的比值作為因子集序列，從而構成灰關聯熵分析的原始數列，見表6所示。

表6各參數比值與瀝青針入度比的關系

由于初值化是從初態出發，對事物的發展態勢進行分析，而均值化是從平均的觀念對事物發展進行分析。本發明對原始數列進行均值化變換，即用序列x的平均值去除序列x中所有的數據，同時將所有指標轉換為正項指標，生成數列見表7所示。

表7均值處理產生數列

執行公式1和公式2計算出各影響指標與針入度比的灰關聯系數，結果見表8所示：

表8灰關聯系數

執行公式3計算得出灰熵關聯密度，結果見表9所示：

表9灰熵關聯密度

執行公式4計算得出比較列的灰關聯熵，見表10所示：

表10灰關聯熵

執行公式5計算得出灰熵關聯度，老化前后各參數的比值與針入度比值的灰熵關聯度即為圖1所示。

(2)各因素對135℃粘度比的影響

重復執行灰關聯法參數計算中的(1)灰關聯度、(2)灰關聯熵、(3)灰熵關聯度，并根據相關試驗數據可以得出各分子量及其分布的變化與老化前后135℃粘度比的灰熵關聯度，即為圖2所示。

(3)各因素對彈性恢復比的影響

重復執行灰關聯法參數計算中的(1)灰關聯度、(2)灰關聯熵、(3)灰熵關聯度，并根據相關試驗數據可以得出各分子量及其分布的變化與老化前后彈性恢復比的灰熵關聯度，即為圖3所示。

(4)各因素對粘韌性比的影響

重復執行灰關聯法參數計算中的(1)灰關聯度、(2)灰關聯熵、(3)灰熵關聯度，并根據相關試驗數據可以得出各分子量及其分布的變化與老化前后粘韌性比的灰熵關聯度，即為圖4所示。

(5)各因素對5℃延度比的影響

重復執行灰關聯法參數計算中的(1)灰關聯度、(2)灰關聯熵、(3)灰熵關聯度，并根據相關試驗數據可以得出各分子量及其分布的變化與老化前后5℃延度比的灰熵關聯度，即為圖5所示。

(6)各因素對質量比的影響

重復執行灰關聯法參數計算中的(1)灰關聯度、(2)灰關聯熵、(3)灰熵關聯度，并根據相關試驗數據可以得出各分子量及其分布的變化與老化前后質量比的灰熵關聯度，即為圖6所示。

確定分子量及分布的變化對老化性能的影響順序：

圖1示出了改性瀝青老化前后各分子量及分布各參數比值對針入度比的影響大小依次為：瀝青相含量比＞瀝青相分散度比＞瀝青相峰值分子量比＞改性劑重均分子量比＞改性劑數均分子量比＞瀝青相數均分子量比＞瀝青相重均分子量比＞改性劑分散度比＞改性劑峰值分子量比＞改性劑含量比。

圖2示出了改性瀝青老化前后各分子量及分布各參數比值對135℃粘度比的影響大小依次為：瀝青相重均分子量比＞瀝青相數均分子量比＞瀝青相分散度比＞瀝青相含量比＞瀝青相峰值分子量比＞改性劑峰值分子量比＞改性劑重均分子量比＞改性劑數均分子量比＞改性劑分散度比＞改性劑含量比。

圖3示出了改性瀝青老化前后各分子量及分布各參數比值對彈性恢復比的影響大小依次為：瀝青相分散度比＞瀝青相含量比＞瀝青相峰值分子量比＞瀝青相重均分子量比＞瀝青相數均分子量比＞改性劑分散度比＞改性劑重均分子量比＞改性劑峰值分子量比＞改性劑數均分子量比＞改性劑含量比。

圖4示出了改性瀝青老化前后各分子量及分布各參數比值對粘韌性比的影響大小依次為：瀝青相含量比＞瀝青相峰值分子量比＞瀝青相分散度比＞改性劑分散度比＞瀝青相數均分子量比＞改性劑數均分子量比＞瀝青相重均分子量比＞改性劑重均分子量比＞改性劑峰值分子量比＞改性劑含量比。

圖5示出了改性瀝青老化前后各分子量及分布各參數比值對5℃延度比的影響大小依次為：瀝青相含量比＞瀝青相重均分子量比＞瀝青相峰值分子量比＞改性劑分散度比＞瀝青相分散度比＞改性劑峰值分子量比＞瀝青相數均分子量比＞改性劑重均分子量比＞改性劑含量比＞改性劑數均分子量比。

圖6示出了改性瀝青老化前后各分子量及分布各參數比值對質量比的影響大小依次為：瀝青相含量比＞瀝青相峰值分子量比＞瀝青相分散度比＞瀝青相數均分子量比＞瀝青相重均分子量比＞改性劑重均分子量比＞改性劑數均分子量比＞改性劑分散度比＞改性劑峰值分子量比＞改性劑含量比。

確定應力吸收層改性瀝青結合料耐老化性能的主要影響因素：

通過圖1～圖6以及步驟(d)可以得出影響改性瀝青宏觀性能最大的因素是瀝青相分子量及分散度的變化，其中瀝青相含量比的影響最大；而改性劑對改性瀝青老化的影響較小。而且改性瀝青老化后瀝青相的變化較改性劑的變化對改性瀝青老化后性能的影響更大，所以應力吸收層改性瀝青結合料應重視基質瀝青的選用。

以上對本發明的具體實施進行了描述，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質性內容。

應當理解的是，這里所討論的實施方案及實例只是為了說明，對本領域技術人員來說，可以加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。