基于灰色关联的碎石封层粘结强度影响因素分析

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［摘要］碎石封层的质量主要取决于粘结强度，本文以粘结强度为主要指标，通过灰色关联方法对影响碎石封层粘结强度的沥青用量、沥青种类和养护时间三种因素进行了分析；灰色关联计算结果表明，沥青用量对碎石封层的粘结强度影响最大，依次分别为养护时间与沥青种类。

[关键词] 碎石封层灰色关联粘结强度影响因素

中图分类号：TU63文献标识码： A

0 引言

碎石封层养护技术（Chip Seal or Seal Coat）是通过设备将碎石（撒铺）和沥青（喷洒）在既有道路结构上，通过胶轮压路机数次碾压和一定养护时间后形成的具有一定沥青膜厚度的沥青碎石磨耗层，通常该层位在结构计算中不考虑。其实质是首先通过初次碾压施工得较好的碎石分布状态后，通过养护过程中沥青在分子力的作用下的润湿和爬升[1]，从而形成一定厚度的沥青薄膜与碎石的粘结体共同铺筑于原有的路面之上。

自近十年引进我国后，碎石封层以其优越简单的施工工艺，较低的养护造价，显著的改善效果得到众多建设、养护管理单位的关注。但是区别于沥青混合料技术，尽管碎石封层材料组成简单，施工简便，由于传入我国的时间较短，关于碎石封层许多理论和应用的问题许多部门还没有掌握[2]。尤其对于沥青用量、沥青种类和养护时间等影响素对碎石封层的粘结效果的影响目前尚无细致研究，分析碎石封层粘结强度影响因素敏感性，对于理解碎石封层粘结强度形成机理、优化碎石封层生产工艺、保障碎石封层施工效果具有重要意义。本文运用灰色关联方法对三者对碎石封层粘结效果的影响进行了分析。

1 灰色关联方法

1.1 方法概述

1982年，中国学者邓聚龙[3]教授创立灰色系统理论。其基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。它是以各因素的样本数据为依据，用灰色关联度来描述各个因素之间的关系的强弱、大小和次序。如果样本数据反映出两个因素变化的趋势（方向、大小、速度等）基本一致，则它们之间的关联度较大；反之，则两个因素间的关联度较小。

碎石封层从广义上可以看成为一个由诸多灰色影响因素构成的灰色系统，影响其性能的主要因素[4、5]包括沥青用量、沥青种类、养护时间等。在以往的研究中，人们对各因素的影响只能做一些定性分析，而不能从总体上把握各个因素所起的不同作用。应用灰关联理论可以分析各因素的相对重要性，确定影响碎石封层粘结强度的关键因素。

1.2灰色关联度计算方法

对一个抽象的系统或现象进行分析，首先要选准反映系统行为特征的数据序列，我们称为找系统行为的映射量，用映射量来间接地表征系统行为。

设X0为系统映射量，其在序号k上的观测数据为 x(k)，k ＝ 1，2，…，n ， 则称

为系统特征序列或参考序列。

设为系统因素，其在序号k上的观测数据为 ，k ＝ 1，2，…，n ， 则称

为系统相关因素序列或比较序列。

灰色关联度的计算步骤如下：

第一步：求各序列的初值像，即用每个序列第一个数据去除其他数据后得到一个新序列。令

第二步：求差序列。记

，

第三步：求两极最大差与最小差。记

，

第四步：求关联系数

，

；

第五步：计算关联度

2. 实验设计

2.1原材料

室内模拟试验采用壳牌乳化沥青和4.75mm~9.5mm的玄武岩作为室内试验用材，材料主要参数[6]见表1和表2所示。

表1集料级配组成

2.2 粘结强度试验设计

碎石封层粘结强度指标测试有诸多方法[7~9]，本文采用测定碎石封层的抗拉拔强度作为粘结强度评价指标，拉拔强度越高，代表碎石封层的粘结效果越好。首先按照设计的碎石和沥青用量，在沥青混合料车辙板上成型不同沥青用量、养护时间及沥青种类的碎石封层试样，并对其进行人工初步碾压后，在车辙板成型仪器碾压2遍。之后再进行试样的拉拔试验测试其在相同试验条件下的强度特性。制备的碎石封层试样见图1。

A) 同步碎石封层试样B) 待拉拔试样

图1 同步碎石封层试样

2.3结果与讨论

根据试验设计，各个拉拔试验结果采用4个平行试样，计算处理后得到不同沥青含量、养护时间及不同沥青种类的粘结强度见表3，按照上述灰色关联分析计算过程，得到灰色关联度如下表4，得到粘结强度影响分析如图2所示。

表3 碎石封层粘结强度试验结果

注：粘结强度为4试样平行试验结果

表4关联度系数汇总

图2 粘结强度影响影响因素的敏感性

结果分析如下：

1 沥青用量、养护时间、沥青种类对碎石封层粘结强度均有较大影响，按照关联系数大小的排列顺序为沥青用量>养护时间>沥青种类，所以沥青含量是影响碎石封层粘结强度的主要因素。因此，碎石封层施工过程中，沥青用量是主要控制因素。需要在碎石封层施工中进行严格控制。

2. 相同养护时间与沥青类型之间的碎石封层随着一定范围内沥青含量的增加，灰色相关系数也逐渐增加，着表明随着一定范围内随着沥青用量增加，碎石封层粘结强度在增加。

3. 养护时间对碎石封层的粘结强度的关联系数显示，这表明在碎石封层施工结束后，应对其进行养护以保障粘结强度充分形成。

3. 结论

本文围绕影响碎石封层粘结强度沥青用量、养护时间和沥青种类三个影响因素进行了试验设计并运用灰色关联分析对影响因素的敏感性进行了分析，得出以下结论：

（1）基于灰色关联度分析认为，沥青用量、养护时间和沥青种类是影响碎石封层粘结强度主要因素。

（2）基于灰色关联度分析认为，碎石封层粘结强度在一定范围内随着沥青用量而增加，恰当的沥青用量是取得良好碎石封层粘结强度的保证。

（3）基于灰色关联度分析认为，沥青用量是影响粘结强度重要因素，其次为养护时间和沥青种类。

（4）基于灰色关联度分析认为，基于粘结强度的碎石封层设计，可作为碎石封层组成设计的检验指标。

4参考文献

[1] 陈小琪，刘培林，赵鸿铎．同步碎石封层技术的实验研究．上海公路，2006.

[2] 张宗辉．同步碎石封层技术．乳化沥青简讯．2004

[3] 罗庆成．灰色关联分析与应用［M］．南京：江苏科学技术出版社，1989

[4] A Recommended Guideline for Single and Multiple Chip Seals Using Asphalt Emulsion. Asphalt Emulsion Manufacturers Association. Annapolis, MD, 1985.

[5 ]Chip Seals, Standard Specifications for Construction, Section 508, Michigan Department of Transportation, 2003

[6] JTJ 052-2000. 公路工程沥青及沥青混合料试验规程. 北京：人民交通出版社，中华人民共和国交通部.2000

[7] GB50411-2007建筑节能工程施工质量验收规范．北京：中国建筑工业出版社，中华人民共和国建设部.2007

[8] JGJ 110-2008建筑工程饰面砖粘结强度检验标准．北京：中国建筑工业出版社，中华人民共和国建设部.2008

[9] JGJ 126-2000外墙饰面砖工程施工及验收规程．北京：中国建筑工业出版社，中华人民共和国建设部.2000