基于灰色系统理论的废弃沥青混凝土级配优化方法
【专利摘要】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。
【专利说明】基于灰色系统理论的废弃沥青混凝土级配优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料【技术领域】，具体涉及一种基于灰色系统理论的废弃浙青混凝土级 配优化方法。
【背景技术】
[0002] 我国公路交通规模发展迅猛，截止2012年，公路交通总里程已达423. 8万公里，高 速公路9. 62万公里，均在世界前列。其中，服役超十年的公路181万公里，超五年的358万 公里，这些服役多年的路面已经逐渐出现不同程度的破坏，因此，我国在未来几年将迎来公 路翻修高峰期，届时将产生数亿吨的废弃浙青混凝土（RAP);此外，与公路建设规模相比， 我国的原油储量仅占全球的1.2%，石油浙青资源少且品质低，导致国内的新浙青价格一直 呈上涨趋势，供新建路面的新浙青越来越少。
[0003] 废弃浙青混凝土属于可再生利用的废弃资源，因此，再生技术将成为我国未来道 路建设的主流。目前，废弃浙青混凝土一般通过冷再生或热再生的方式制备悬浮密实型级 配的再生浙青混凝土，再生后主要用于道路的中、下面层，但伴随着全球浙青资源紧缺与交 通业发展，未来对废弃浙青混凝土的再生应用方式必将提出新的要求，如用于具有骨架型 级配（SMA、0GFC)的路面形式中。
[0004] 然而，RAP颗粒组成复杂，在配合比设计过程中难以掌控其级配规律，因此不能直 接应用于SM等骨架型的浙青混合料中。其级配难以控制的原因在于，在高温的拌合作 用下，由老化浙青粘结而成的RAP颗粒发生分散、细化，在经过碾压后，以未知的颗粒组成 形式存在于再生浙青混凝土中，目前，对于RAP在再生浙青混凝土中的存在状态，普遍认 为RAP颗粒直接筛分的结果即是其在再生浙青混凝土中的存在状态，可直接作为黑色集料 处理，即"黑石理论"，然而在配合比设计过程中发现，采用RAP直接筛分结果所制备的浙 青混凝土并不能稳定控制其混合料级配组成，目前普遍的学者认为，RAP是部分浙青融化、 部分"黑石"的，美国伊利诺伊大学香槟分校的Imad LAI-Qadi和路易斯安拉州立大学的 Mostafa Elseifi采用扫描电镜和能谱仪证实了 RAP为部分混合状态，我国成志强等人也 采用比表面积系数法验证了 RAP中新、旧浙青部分混合假说的合理性[6]，但是以上研究缺 乏RAP颗粒存在状态的量化规律性结论，使研究成果不能直接指导废弃浙青混凝土在骨架 型浙青混合料中的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于灰色系统理论的废弃浙青混凝土级配优化方法， 可精确级配废弃浙青混凝土，经过该方法优化后的废弃浙青混凝土级配可用于制备骨架型 的再生路面。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种基于灰色系统理论的废弃浙 青混凝土级配优化方法，其特征在于它包括如下步骤：
[0007] (1)废弃浙青混凝土分级预处理
[0008] 将废弃浙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，对各级废弃浙青混凝土直接进行筛分，记录筛 分结果 Ad、Aa_2、Aa_3、Aa_ 4、Aa_5、Aa_6、A a_7、Aa_8、Aa_9、A a_10, 去除各级RAP表面浙青，对去除浙青 后的各级 RAP 颗粒进行筛分，记录筛分结果 Ab^ Ab_2、Ab_3、Ab_ 4、Ab_5、Ab_6、A b_7、Ab_8、Ab_9、A b_1(l;
[0009] 所述的去除各级RAP表面浙青采用燃烧法浙青含量测定仪实现；
[0010] 所述的筛分结果中 Aa-1、I-2、Aa-3、A51-4、Aa-5、A 51-6、Aa-7、A51-8、Aa-9、Aa- 10与 A b-!、Ab-2、 Ab-3、 Ab_4、Ab_5、Ab_ 6、Ab_7、Ab_8、A b_9、Ab_10筛孔尺寸分别为：0· 075mm、0. 15mm、0. 3mm、0. 6mm、l. 12mm、 2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、13. 2mm、16mm、26. 6mm 的筛孔通过率；
[0011] (2)计算废弃浙青混凝土虚拟级配
[0012] 在去除各级RAP表面浙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：
[0013] A - Ab_x+(Aa_x-Ab_ x) X Kc
[0014] 所述的Kc为虚拟系数，6组虚拟筛分级配分别取值为0、0. 2、0. 4、0. 6、0. 8、1. 0 ;
[0015] 所述的Aa_x与Ab_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 〇· 075mm、0· 15mm、0· 3mm、0· 6mm、I. 12mm、2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、 13. 2mm>16mm>26. 6mm ；
[0016] 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Pp Pa2、 P〇.4、P〇.6、P〇.8、Pu,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、P0 2、P0 4、P0 6、P0 8、P1 J 彡 40. 0, min {P0、P0 2、P0 4、P0 6、P0 8、P1 J 彡 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；
[0017]
【权利要求】
1. 一种基于灰色系统理论的废弃浙青混凝土级配优化方法，其特征在于它包括如下步 骤： (1) 废弃浙青混凝土分级预处理 将废弃浙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，对各级废弃浙青混凝土直接进行筛分，记录筛 分结果Ad、Aa_2、Aa_3、A a_4、Aa_5、Aa_6、A a_7、Aa_8、Aa_9、A a_10,去除各级RAP表面浙青，对去除浙青 后的各级RAP颗粒进行筛分，记录筛分结果Ab^ Ab_2、Ab_3、Ab_ 4、Ab_5、Ab_6、A b_7、Ab_8、Ab_9、A b_1(l; (2) 计算废弃浙青混凝土虚拟级配 在去除各级RAP表面浙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 - Ab_x+ (Aa_x-Ab_x) X Kc 所述的Kc为虚拟系数，6组虚拟筛分级配分别取值为0、0. 2、0. 4、0. 6、0. 8、1. O ; 所述的Aa_x与Ab_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、I. 12mm、2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、13. 2mm、 16mm^26. 6mm ； 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匕、pa2、p a4、 P〇.6、P〇.8、Pu,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：maxtPp P〇.2、P〇.4、P〇.6、P〇.8、Pi.cJ 彡 40. 0, min{P。、P。2、P。4、P。6、P。8、P1。} < 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；
所述公式中4为用于灰色关联分析的筛分曲线相应筛孔通过率， ?1.。分别为虚拟系数0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的掺配比例，六。，六 (|.2，六(|.4，六(|. 6，六(|.8，六1.(|分别 为虚拟系数〇、〇. 2、0. 4、0. 6、0. 8、I. 0下的相应筛孔通过率； (3) 制备大孔隙浙青混合料 将 13. 2mm、9. 5mm、4. 75mm、2. 36mm、I. 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 定为大孔隙浙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⑵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； 制备大孔隙浙青混凝土，测试所得大孔隙浙青混凝土的孔隙率； (4) 灰色关联度分析 将步骤（3)中大孔隙浙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Xtl及比较数列，即影响主行为的有效因素X i分别为： X0= {x 〇(k) |k = I, 2, --?, n} Xi= {x i(k) |k = I, 2, --?, n} 其中，Xtl数列中的值按下式计算得出：
公式中所述的Z为孔隙率偏差值，'为目标孔隙率，V k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
，数列与比较数列之间的灰色关联系数Y (?(k)，Xi(k))及灰色关联度Y (Xc^Xi): 按灰色系统理论方法，可按下式求出参考
影响，S G (〇, 1); 计算出的Y (Xtl, Xi)按大小顺序，确定各级RAP的最大Y (Xtl, Xi)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浙青混凝土在再生路面中的真实颗粒组成曲线， 以该曲线进行再生浙青混凝土配合比设计。
2. 根据权利要求1所述的基于灰色系统理论的废弃浙青混凝土级配优化方法，其特征 在于步骤（1)所述的去除各级RAP表面浙青采用燃烧法浙青含量测定仪实现。
3. 根据权利要求1所述的基于灰色系统理论的废弃浙青混凝土级配优化方法，其特 征在于步骤（1)所述的筛分结果中 Aa-1、Aa-2、Aa-3、A a-4、Aa-5、Aa-6、A a-7、Aa-8、Aa-9、A a-10 与 A b-工、 Ab-2、Ab-3、A b-4、Ab-5、Ab-6、A b-7、Ab-8、Ab-9、A b-丄。筛孔尺寸分别为：0? 075mm、0. 15mm、0. 3mm、0. 6mm、 I. 12mm、2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、13. 2mm、16mm、26. 6mm 的筛孔通过率。
4. 根据权利要求I所述的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 在于步骤（3)所述的制备大孔隙浙青混凝土是按步骤（3)确定的各级材料比例准备原材 料，其中新集料加热至190°C，RAP加热至KKTC，新浙青加热至165°C，分别保持4h以上备 用，首先将新集料加入浙青混凝土搅拌锅中拌合，拌合温度175°C，拌合90s后加RAP再拌合 2min，再加入新浙青拌合90s，最后加入矿粉拌合90s，拌合后的样品双面击实50次，击实温 度160°C，脱模后测试所得大孔隙浙青混凝土的孔隙率。
5.根据权利要求4所述的基于灰色系统理论的废弃浙青混凝土级配优化方法，其特征 在于所述的新集料为玄武岩集料；所述的矿粉为石灰石磨细矿粉；所述的新浙青为70#基 质浙青，掺量为2. 5%。
【文档编号】C04B18/16GK104496284SQ201410665011
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】沈凡, 赵明宇, 丁庆军, 卢吉, 谯理格, 季家友, 王树林, 赵静 申请人:武汉工程大学