基于AHP的膠粉改性瀝青路用性能評價方法

中圖分類號：U416.217文獻標識碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.019

文章編號：1673-4874（2025）01-0065-03

0 引言

膠粉改性瀝青是將汽車廢棄膠胎應(yīng)用于瀝青制備的產(chǎn)物，由于其性能優(yōu)異，因此在道路建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但在實際使用過程中，膠粉改性瀝青的低溫性能略有降低，且在實際施工過程中，膠粉改性瀝青的黏度有所提高，對于施工拌和的條件要求較高。

馬濤等1總結(jié)了膠粉改性瀝青的發(fā)展情況，指出膠粉改性瀝青的實際施工過程中黏度較大的問題較為顯著。膠粉改性瀝青低溫性能隨著膠粉摻量的提高不斷降低2，但相較于普通基質(zhì)瀝青，低溫性能仍然較為優(yōu)異3。膠粉改性瀝青對高溫性能的提升顯著[4]，大量研究表明，膠粉顯著改善了瀝青的高溫穩(wěn)定性[5。膠粉目數(shù)也是影響膠粉改性瀝青性能的重要參數(shù)，膠粉的目數(shù)越小，膠粉越易在瀝青體系中降解，低溫性能越優(yōu)異[7-9]。

綜上所述，膠粉改性瀝青由于配合比的原因，膠粉類型帶來的性能影響較大，不同地區(qū)膠粉改性瀝青的應(yīng)用需求存在差異，函須對膠粉改性瀝青性能開展綜合性評價，以滿足不同地區(qū)對膠粉改性瀝青性能的需求。

本文采用AHP方法對膠粉改性瀝青的高低溫性能以及施工和易性進行綜合評價，成果可在實際施工設(shè)計過程中為膠粉改性瀝青材料合理配合比提供依據(jù)。

1原材料、試驗方法與數(shù)據(jù)分析方法

1.1膠粉改性瀝青原材料

本研究所用瀝青為 基質(zhì)瀝青，其基本性能如表1所示。

橡膠粉是由江蘇中宏環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑?0目、60目廢棄膠粉。分別制備不同自數(shù)的 20% 、 23% 、26% 29% 摻量的膠粉改性瀝青。膠粉改性瀝青的制備過程如下：

（1）基質(zhì)瀝青在160℃條件下預(yù)熱30min。（2）摻加膠粉，以3000r/min轉(zhuǎn)速高速剪切機剪切60 min。（3）180℃條件發(fā)育30min。

1.2膠粉改性瀝青性能試驗

膠粉改性瀝青高溫性能采用軟化點與高溫車轍因子指標同時進行表征。車轍因子采用動態(tài)剪切流變試驗進行測定。

膠粉改性瀝青的低溫性能采用5℃延度與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度指標進行評價，通過瑞士METTLERTOLEDO差示掃描量熱儀對膠粉改性瀝青的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度進行測定。

施工和易性是膠粉改性瀝青的重要性能，膠粉改性瀝青黏度較大，在實際施工過程中對拌和的要求較高。本研究以135℃布氏黏度作為施工和易性的評價指標。

1.3AHP分析法

層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是在多因素條件下對決策進行綜合評價的方法，適用于分析多因素影響下的最優(yōu)決策問題。AHP方法規(guī)定了方案層、準則層、目標層。方案層即備選方案，準則層則為評價方案優(yōu)劣的各項指標，目標層為決策目標。

對于膠粉改性瀝青，為評價在不同使用場景下的最佳配合比，可以將不同試驗配合比條件下膠粉改性瀝青的各項性能參數(shù)引入AHP模型，根據(jù)不同地區(qū)使用條件的差異性，做出合理的膠粉改性瀝青配合比決策。將不同瀝青配合比作為方案層，將各類試驗指標作為準則層，將最優(yōu)配合比作為目標層，對膠粉改性瀝青進行綜合評價。

AHP方法首先需要建立判斷矩陣，即根據(jù)實際工程使用條件，對各項性能的需求進行相對重要性評價，共 個等級。通過因素相對重要性，建立判斷矩陣 A 如式（1）所示：

式中： —第i個因素與第 j 個因素的因素相對強弱，由專家通過AHP評價表（表2）進行打分得到。

為避免出現(xiàn)評價的一致性錯誤，需進行一致性評價，求解 A 的最大特征根并計算一致性指標 C I ，以 R I （隨機一致性指標，查表可得）與 C I 計算一致性比率 C R 評價判斷矩陣的一致性是否合理。如式（2）、式（3）所示，CR值需 o

式中："λ——判斷矩陣最大特征根；

n ——因素個數(shù)，通過一致性檢驗的判斷矩陣可計算指標權(quán)重，根據(jù)指標權(quán)重與試驗測試數(shù)據(jù)即可對膠粉改性瀝青的綜合性能進行評價。

指標權(quán)重的計算如式（4）所示：

式中： —第 i 項指標的權(quán)重。

分析過程需要消除不同試驗結(jié)果量綱的影響，對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，處理過程如式（5）所示：

式中： ——對應(yīng)試驗性能的測定參數(shù)；

——所有平行測定的瀝青試樣該試驗參數(shù)的最大值；

a 取向性參數(shù)，若試驗指標與相應(yīng)性能為正相關(guān)則 a=0 ，反之為1；

數(shù)據(jù)歸一化結(jié)果，通過指標權(quán)重與歸一化參數(shù)計算各類瀝青的評價得分 ，輔助設(shè)計者對膠粉改性瀝青的試驗配合比進行比選與決策。

2 數(shù)據(jù)分析

膠粉改性瀝青135 黏度試驗結(jié)果如圖1所示，從圖1可以看出，隨著膠粉改性瀝青的摻量提高，膠粉改性瀝青135℃布氏黏度隨之增大，這表明膠粉對膠粉改性瀝青的施工和易性存在劣化影響，且膠粉目數(shù)越大，膠粉改性瀝青的黏度越大。

膠粉改性瀝青低溫性能測定結(jié)果如圖2所示，隨著膠粉改性瀝青的目數(shù)與摻量提高，膠粉改性瀝青的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，表明膠粉改性瀝青在低溫下易轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，玻璃態(tài)更易產(chǎn)生脆性破壞，且低溫性能較差，與延度試驗結(jié)果一致。

膠粉對膠粉改性瀝青的高溫穩(wěn)定性能貢獻顯著，膠粉改性瀝青的軟化點與車轍因子隨膠粉摻量的提高亦不斷提高，這表明膠粉在改性瀝青中對高溫穩(wěn)定性貢獻較大。

膠粉改性瀝青高溫性能測定結(jié)果如圖3所示。對于膠粉改性瀝青而言，摻加膠粉的目數(shù)越小，膠粉改性瀝青的性能越差，這可能與膠粉在瀝青中的反應(yīng)進程相關(guān)，目數(shù)越小的膠粉顆粒越容易在瀝青體系中溶脹、降解，進而補充膠粉改性瀝青的小分子瀝青組分，造成高溫性能的劣化。

本研究以廣西地區(qū)高速公路瀝青路面應(yīng)用經(jīng)驗為例進行膠粉改性瀝青性能評價與最優(yōu)配合比方案選取，由于廣西地區(qū)冬季氣溫適宜，因此對膠粉改性瀝青的低溫性能要求并不高，但對其高溫性能的需求較高。同時考慮到對實際施工和易性的要求，通過專家打分建立判斷矩陣如式（7）所示。判斷矩陣從左到右每一列分別代表軟化點指標、車轍因子指標、延度指標、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度指標與135℃布氏黏度指標。計算得到 C R=7.2% lt;10% ，滿足一致性評價要求：

通過計算指標權(quán)重與歸一化處理，對不同配比的膠粉改性瀝青進行AHP評價，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，選擇 23% 摻量 +60 目膠粉可以較好地適應(yīng)膠粉改性瀝青在廣西地區(qū)高溫性能、低溫性能、施工和易性的綜合需求，結(jié)合室內(nèi)試驗參數(shù)與AHP方法可以較好地對膠粉改性瀝青的配合比選用、材料選擇提供參考依據(jù)。但不同地區(qū)需根據(jù)自身需要建立合適的比較矩陣，以達到因地制宜選擇膠粉改性瀝青配合比的目的。

3結(jié)語

膠粉改性瀝青高溫、低溫性能優(yōu)異，但施工和易性較差，本文引入AHP方法對膠粉改性瀝青的性能進行綜合評價。評價結(jié)果表明，AHP方法可以結(jié)合實際施工環(huán)境對膠粉改性瀝青的性能進行綜合性打分，協(xié)助設(shè)計人員篩選合理的膠粉改性瀝青配合比，可適用于不同地區(qū)膠粉改性瀝青的配合比方案比選與優(yōu)化。

參考文獻

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