基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄瀝青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法
【專利摘要】基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄瀝青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法，屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，其對(duì)廢棄瀝青混凝土分級(jí)預(yù)處理，對(duì)每級(jí)廢棄瀝青混凝土的直接篩分結(jié)果與去除瀝青后篩分結(jié)果之間建立虛擬篩分級(jí)配，在不同虛擬篩分級(jí)配之間摻配比例的條件下制備大孔隙瀝青混凝土，將大孔隙瀝青混凝土孔隙率偏差變化作為系統(tǒng)的主行為，將不同虛擬系數(shù)在合成篩分中所占的比例變化作為影響主行為的有效因素，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析與灰色關(guān)聯(lián)度排序，選擇關(guān)聯(lián)度最大的虛擬篩分級(jí)配作為實(shí)際再生瀝青混凝土生產(chǎn)的配合比設(shè)計(jì)依據(jù)，可更準(zhǔn)確控制再生瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)，提升再生瀝青混凝土性能，同時(shí)，為廢棄瀝青混凝土在骨架類瀝青混合料中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
【專利說(shuō)明】基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄瀝青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄浙青混凝土級(jí) 配優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)公路交通規(guī)模發(fā)展迅猛，截止2012年，公路交通總里程已達(dá)423. 8萬(wàn)公里，高 速公路9. 62萬(wàn)公里，均在世界前列。其中，服役超十年的公路181萬(wàn)公里，超五年的358萬(wàn) 公里，這些服役多年的路面已經(jīng)逐漸出現(xiàn)不同程度的破壞，因此，我國(guó)在未來(lái)幾年將迎來(lái)公 路翻修高峰期，屆時(shí)將產(chǎn)生數(shù)億噸的廢棄浙青混凝土（RAP);此外，與公路建設(shè)規(guī)模相比， 我國(guó)的原油儲(chǔ)量?jī)H占全球的1.2%，石油浙青資源少且品質(zhì)低，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的新浙青價(jià)格一直 呈上漲趨勢(shì)，供新建路面的新浙青越來(lái)越少。
[0003] 廢棄浙青混凝土屬于可再生利用的廢棄資源，因此，再生技術(shù)將成為我國(guó)未來(lái)道 路建設(shè)的主流。目前，廢棄浙青混凝土一般通過(guò)冷再生或熱再生的方式制備懸浮密實(shí)型級(jí) 配的再生浙青混凝土，再生后主要用于道路的中、下面層，但伴隨著全球浙青資源緊缺與交 通業(yè)發(fā)展，未來(lái)對(duì)廢棄浙青混凝土的再生應(yīng)用方式必將提出新的要求，如用于具有骨架型 級(jí)配（SMA、0GFC)的路面形式中。
[0004] 然而，RAP顆粒組成復(fù)雜，在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中難以掌控其級(jí)配規(guī)律，因此不能直 接應(yīng)用于SM等骨架型的浙青混合料中。其級(jí)配難以控制的原因在于，在高溫的拌合作 用下，由老化浙青粘結(jié)而成的RAP顆粒發(fā)生分散、細(xì)化，在經(jīng)過(guò)碾壓后，以未知的顆粒組成 形式存在于再生浙青混凝土中，目前，對(duì)于RAP在再生浙青混凝土中的存在狀態(tài)，普遍認(rèn) 為RAP顆粒直接篩分的結(jié)果即是其在再生浙青混凝土中的存在狀態(tài)，可直接作為黑色集料 處理，即"黑石理論"，然而在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用RAP直接篩分結(jié)果所制備的浙 青混凝土并不能穩(wěn)定控制其混合料級(jí)配組成，目前普遍的學(xué)者認(rèn)為，RAP是部分浙青融化、 部分"黑石"的，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校的Imad LAI-Qadi和路易斯安拉州立大學(xué)的 Mostafa Elseifi采用掃描電鏡和能譜儀證實(shí)了 RAP為部分混合狀態(tài)，我國(guó)成志強(qiáng)等人也 采用比表面積系數(shù)法驗(yàn)證了 RAP中新、舊浙青部分混合假說(shuō)的合理性[6]，但是以上研究缺 乏RAP顆粒存在狀態(tài)的量化規(guī)律性結(jié)論，使研究成果不能直接指導(dǎo)廢棄浙青混凝土在骨架 型浙青混合料中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄浙青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法， 可精確級(jí)配廢棄浙青混凝土，經(jīng)過(guò)該方法優(yōu)化后的廢棄浙青混凝土級(jí)配可用于制備骨架型 的再生路面。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄浙 青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法，其特征在于它包括如下步驟：
[0007] (1)廢棄浙青混凝土分級(jí)預(yù)處理
[0008] 將廢棄浙青混凝土按顆粒尺寸分為4級(jí)，分別為：RAP-1，其中RAP尺寸范圍：> 13. 2mm、RAP-2,其中RAP尺寸范圍：9· 5?13. 2mm、RAP-3,其中RAP尺寸范圍：4· 75? 9. 5mm、RAP-4,其中RAP尺寸范圍：< 4. 75mm，對(duì)各級(jí)廢棄浙青混凝土直接進(jìn)行篩分，記錄篩 分結(jié)果 Ad、Aa_2、Aa_3、Aa_ 4、Aa_5、Aa_6、A a_7、Aa_8、Aa_9、A a_10, 去除各級(jí)RAP表面浙青，對(duì)去除浙青 后的各級(jí) RAP 顆粒進(jìn)行篩分，記錄篩分結(jié)果 Ab^ Ab_2、Ab_3、Ab_ 4、Ab_5、Ab_6、A b_7、Ab_8、Ab_9、A b_1(l;
[0009] 所述的去除各級(jí)RAP表面浙青采用燃燒法浙青含量測(cè)定儀實(shí)現(xiàn)；
[0010] 所述的篩分結(jié)果中 Aa-1、I-2、Aa-3、A51-4、Aa-5、A 51-6、Aa-7、A51-8、Aa-9、Aa- 10與 A b-!、Ab-2、 Ab-3、 Ab_4、Ab_5、Ab_ 6、Ab_7、Ab_8、A b_9、Ab_10篩孔尺寸分別為：0· 075mm、0. 15mm、0. 3mm、0. 6mm、l. 12mm、 2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、13. 2mm、16mm、26. 6mm 的篩孔通過(guò)率；
[0011] (2)計(jì)算廢棄浙青混凝土虛擬級(jí)配
[0012] 在去除各級(jí)RAP表面浙青前后的篩分結(jié)果中間，計(jì)算出6組虛擬篩分級(jí)配，虛擬級(jí) 配按下式計(jì)算：
[0013] A - Ab_x+(Aa_x-Ab_ x) X Kc
[0014] 所述的Kc為虛擬系數(shù)，6組虛擬篩分級(jí)配分別取值為0、0. 2、0. 4、0. 6、0. 8、1. 0 ;
[0015] 所述的Aa_x與Ab_x為X篩孔位置的篩分結(jié)果，X分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10， 代表的篩孔尺寸分別為 〇· 075mm、0· 15mm、0· 3mm、0· 6mm、I. 12mm、2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、 13. 2mm>16mm>26. 6mm ；
[0016] 將各虛擬系數(shù)所對(duì)應(yīng)的篩分結(jié)果進(jìn)行合成，首先，將摻配比例分別設(shè)為Pp Pa2、 P〇.4、P〇.6、P〇.8、Pu,其和為100,然后，隨機(jī)選取摻配比例的數(shù)值，取值需滿足以下要求： 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 式計(jì)算出各篩孔通過(guò)率，確定出用于分析的虛擬篩分曲線；
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄浙青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法，其特征在于它包括如下步 驟： (1) 廢棄浙青混凝土分級(jí)預(yù)處理 將廢棄浙青混凝土按顆粒尺寸分為4級(jí)，分別為：RAP-1，其中RAP尺寸范圍：> 13. 2mm、RAP-2,其中RAP尺寸范圍：9. 5?13. 2mm、RAP-3,其中RAP尺寸范圍：4. 75? 9. 5mm、RAP-4,其中RAP尺寸范圍：< 4. 75mm，對(duì)各級(jí)廢棄浙青混凝土直接進(jìn)行篩分，記錄篩 分結(jié)果Ad、Aa_2、Aa_3、A a_4、Aa_5、Aa_6、A a_7、Aa_8、Aa_9、A a_10,去除各級(jí)RAP表面浙青，對(duì)去除浙青 后的各級(jí)RAP顆粒進(jìn)行篩分，記錄篩分結(jié)果Ab^ Ab_2、Ab_3、Ab_ 4、Ab_5、Ab_6、A b_7、Ab_8、Ab_9、A b_1(l; (2) 計(jì)算廢棄浙青混凝土虛擬級(jí)配 在去除各級(jí)RAP表面浙青前后的篩分結(jié)果中間，計(jì)算出6組虛擬篩分級(jí)配，虛擬級(jí)配按 下式計(jì)算： A - Ab_x+ (Aa_x-Ab_x) X Kc 所述的Kc為虛擬系數(shù)，6組虛擬篩分級(jí)配分別取值為0、0. 2、0. 4、0. 6、0. 8、1. O ; 所述的Aa_x與Ab_x為X篩孔位置的篩分結(jié)果，X分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10,代表 的篩孔尺寸分別為 0? 075mm、0? 15mm、0? 3mm、0? 6mm、I. 12mm、2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、13. 2mm、 16mm^26. 6mm ； 將各虛擬系數(shù)所對(duì)應(yīng)的篩分結(jié)果進(jìn)行合成，首先，將摻配比例分別設(shè)為匕、pa2、p a4、 P〇.6、P〇.8、Pu,其和為100,然后，隨機(jī)選取摻配比例的數(shù)值，取值需滿足以下要求：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，按下式計(jì)算 出各篩孔通過(guò)率，確定出用于分析的虛擬篩分曲線；
所述公式中4為用于灰色關(guān)聯(lián)分析的篩分曲線相應(yīng)篩孔通過(guò)率， ?1.。分別為虛擬系數(shù)0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的摻配比例，六。，六 (|.2，六(|.4，六(|. 6，六(|.8，六1.(|分別 為虛擬系數(shù)〇、〇. 2、0. 4、0. 6、0. 8、I. 0下的相應(yīng)篩孔通過(guò)率； (3) 制備大孔隙浙青混合料 將 13. 2mm、9. 5mm、4. 75mm、2. 36mm、I. 18mm、0. 6mm、0. 3mm、0. 15mm、0. 075mm 篩孔的通過(guò) 率范圍（％ )分別限制為 96-100、70-80、18-22、10-13、6-10、4-8、3-7、3-5、2-3，將該范圍確 定為大孔隙浙青混合料的目標(biāo)級(jí)配范圍；將RAP-1、RAP-2、RAP-3、RAP-4摻量分別固定為： 5% :5% :10% :10%，按步驟⑵確定的虛擬篩分曲線將該比例的四級(jí)RAP篩分曲線進(jìn)行 合成，得到合成后RAP材料的篩分曲線，比較合成后RAP材料的篩分曲線各篩孔與目標(biāo)級(jí)配 范圍各篩孔通過(guò)率的差值，以0-2. 36mm、2. 36-4. 75mm、4. 75-9. 5mm、9. 5-16mm四種粒徑規(guī) 格的新集料及礦粉進(jìn)行補(bǔ)充，使總的合成級(jí)配曲線在目標(biāo)級(jí)配范圍內(nèi)，并記錄所需的各級(jí) 材料比例； 制備大孔隙浙青混凝土，測(cè)試所得大孔隙浙青混凝土的孔隙率； (4) 灰色關(guān)聯(lián)度分析 將步驟（3)中大孔隙浙青混凝土的孔隙率與目標(biāo)孔隙率22%的偏差變化作為系統(tǒng)的 主行為，將不同虛擬系數(shù)在合成篩分中所占的比例變化作為影響主行為的有效因素，進(jìn)行 灰色關(guān)聯(lián)分析； 確定參考數(shù)列，即系統(tǒng)主行為Xtl及比較數(shù)列，即影響主行為的有效因素X i分別為： X0= {x 〇(k) |k = I, 2, --?, n} Xi= {x i(k) |k = I, 2, --?, n} 其中，Xtl數(shù)列中的值按下式計(jì)算得出：
公式中所述的Z為孔隙率偏差值，'為目標(biāo)孔隙率，V k為各組實(shí)測(cè)孔隙率； 按下式對(duì)各數(shù)列進(jìn)行初值化處理，得到如下數(shù)據(jù)序列：
式中所述的D為均值化算子，X' i為X i在均值化算子D下的像，均值像數(shù)據(jù)矩陣中：i
，數(shù)列與比較數(shù)列之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Y (?(k)，Xi(k))及灰色關(guān)聯(lián)度Y (Xc^Xi): 按灰色系統(tǒng)理論方法，可按下式求出參考
影響，S G (〇, 1); 計(jì)算出的Y (Xtl, Xi)按大小順序，確定各級(jí)RAP的最大Y (Xtl, Xi)值所對(duì)應(yīng)的RAP虛擬 級(jí)配曲線，該曲線極為即為優(yōu)化后的廢棄浙青混凝土在再生路面中的真實(shí)顆粒組成曲線， 以該曲線進(jìn)行再生浙青混凝土配合比設(shè)計(jì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄浙青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法，其特征 在于步驟（1)所述的去除各級(jí)RAP表面浙青采用燃燒法浙青含量測(cè)定儀實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄浙青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法，其特 征在于步驟（1)所述的篩分結(jié)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 與 A b-工、 Ab-2、Ab-3、A b-4、Ab-5、Ab-6、A b-7、Ab-8、Ab-9、A b-丄。篩孔尺寸分別為：0? 075mm、0. 15mm、0. 3mm、0. 6mm、 I. 12mm、2. 36mm、4. 75mm、9. 5mm、13. 2mm、16mm、26. 6mm 的篩孔通過(guò)率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄瀝青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法，其特征 在于步驟（3)所述的制備大孔隙浙青混凝土是按步驟（3)確定的各級(jí)材料比例準(zhǔn)備原材 料，其中新集料加熱至190°C，RAP加熱至KKTC，新浙青加熱至165°C，分別保持4h以上備 用，首先將新集料加入浙青混凝土攪拌鍋中拌合，拌合溫度175°C，拌合90s后加RAP再拌合 2min，再加入新浙青拌合90s，最后加入礦粉拌合90s，拌合后的樣品雙面擊實(shí)50次，擊實(shí)溫 度160°C，脫模后測(cè)試所得大孔隙浙青混凝土的孔隙率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于灰色系統(tǒng)理論的廢棄浙青混凝土級(jí)配優(yōu)化方法，其特征 在于所述的新集料為玄武巖集料；所述的礦粉為石灰石磨細(xì)礦粉；所述的新浙青為70#基 質(zhì)浙青，摻量為2. 5%。
【文檔編號(hào)】C04B18/16GK104496284SQ201410665011
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】沈凡, 趙明宇, 丁慶軍, 盧吉, 譙理格, 季家友, 王樹(shù)林, 趙靜 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué)