基于层次分析和模糊数学法对铣刨料的分类研究.pdf

一s 一一 邯 基于层次分析和模糊数学法 对铣刨料的分类研究 周维维 上海浦东路桥建设股份有限公司 上海2 0 1 2 1 0 摘要 运用层次分析法和模糊数学法的两种基本原理对铣刨料 沥青路面回收料 性能进行综合评判优选 综合考虑所有影响沥 青混合料的性能指标 计算出基于该影响因素的综合优越度 然后根据综合优越度与铣刨料在沥青 昆合料中的最大掺配率的相关 关系 将铣刨料进行分类定级 提出不同等级铣刨料对应的技术要求 确保铣刨料的利用率最优化 关键词 高分子化学 层次分析 模糊数学 铣刨料 1 概述 目前国内对于铣刨料的利用仅停留在将铣刨料简 单破碎筛分后与新料按一定经验掺配比例加以利用 铣刨料利用过程中忽略了铣刨料中旧沥青含量 旧沥 青老化程度 铣刨料含泥量等因素对再生沥青混合料 性能的影响 这给实际工程应用带来一定误区 也不 利于再生沥青混合料的合理利用 为使不同来源 不 同性能铣刨料在热再生过程中对再生后沥青混合料发 挥较大作用 本文通过大量室内试验 分析不同来源铣 刨料及再生沥青混合料性能的区别 采用层次分析法 确定各影响因素的权重 通过无量纲化模型对指标进 行标准化处理 根据模糊数学原理计算出各种铣刨料 基于影响因素的综合值 建立综合优越度与铣刨料最 大掺配率的相关关系 为铣刨料的分类定级提供指导 作用 现选取四种不同公路路段的铣刨料 分别为沪杭 高速某段铣刨料 长兴某公路铣刨料 上海某公路铣刨 料及桐乡某公路铣刨料 下文分别简称为H H 铣刨 料 S H 铣刨料 C X 铣刨料 T X 铣刨料 四种铣刨料 的基本性能如表1 所示 表1 中再生沥青混合料性能 是指掺配率为3 0 的四种铣刨料的热再生沥青混合 料的试验结果 表1铣刨料分类定级指标层次结构及各层指标原始数据表 备选材料 目标层 准则层P指标层X 铣刨料H H铣刨料C X铣刨料S H 铣刨料T X 铣刨料含水率 X 1 4 1 6 1 6 5 71 5 2 52 1 1 9 铣刨料性能P l铣刨料含泥量 X 2 2 4 9 43 1 0 02 5 1 l5 2 5 8 铣刨料级配 X 3 好 较好 差较好 回收沥青针人度 X t 4 8 34 2 8 33 7 14 1 8 铣刨料分类标准 回收沥青与集料性能P 2回收沥青含量 X 5 4 2 14 4 54 1 53 9 0 综合评价 回收集料压碎值 X 6 2 2 42 0 11 8 51 8 1 再生混合料稳定度 X 7 1 2 0 51 2 9 61 2 4 71 3 3 3 再生混合料物理力学性能P 残留稳定度 X s 8 4 9 88 2 9 38 2 0 4 7 9 8 9 高温稳定性 X 9 l6 4 9l7 3 216 9 624 1 8 铣刨料物理力学性能P 铣刨料稳定度 X 1o 6 8 5 7 7 1 7 6 61 1 0 2 2 铣刨料分类定级综合评价指标体系的建立 2 1构建铣刨料分类定级综合评价指标的层次结构 模型 铣刨料分类定级是个复杂的系统工程 评价铣刨 收稿日期 2 0 1 6 一0 6 2 2 料分类定级的首要工作就是建立评价指标体系 其原 则是采用尽量少的指标 反映最全面和最重要的信息 建立铣刨料分类定级综合评价指标层次结构及各层指 标数值如表1 所示 N o 3 2 0 1 6 上踢么咯6 1 一 一一 2 2 层次分析法确定铣刨料分类等级指标的权重 在建立了递阶层次综合评价指标体系后 采用层 次分析法解决决策中各因素的权重分配问题 2 2 1 构造比较标度 为判断同层次的元素对上层某一元素的影响程 度 量化上述元素的影响程度 因此需构造比较标度 层次分析法的比较标度如表2 所示 表2 比较标度表 标度定义 说明 l 同样重要因素X 与X 的重要性相同 3稍微重要 因素X 的重要性稍微高于X 5 明显重要因素X 的重要性明显高于X 7 强烈重要 因素x 的重要性强烈高于X 9 绝对重要因素X 的重要性绝对高于X 九8 上述两相邻判断的中值以上两判断之间的折中定量标度 I 上列各数的餐 投 反比较X 元素比X 元素的重要标度 2 2 2 构造比较判断矩阵 根据层次分析法的结构模型 本层元素是以相邻 上层各元素为基准 根据表2 的比较标度表构造判断 矩阵D 判断矩阵D 的公式为 r X ll D Ii L X 斗 X l X 1 X X 1 X 1 X X X 2 2 3 判断矩阵的一致性检验 判断矩阵主要是依靠经验建立的 为使判断矩阵 结果更具客观性 与实际状况更吻合 因此必须对判断 矩阵进行一致性检验 C I lm a x n 2 扎一l rr C R 一嵩 3 其中 为判断矩阵的阶数 C j 为一致性检验指 标 R I 为平均随机一致性指标 当C R o 1 时 说明判断矩阵D 满足一致性检验 要求 否则 需重新调整直至满足一致性检验为止 2 2 4 权重向量的计算 在所有判断矩阵都满足一致性检验后 可计算出 各层因素的权重向量 如表3 所示 6 2 上踢么稚N o 3 2 0 1 6 表3 各层因素的权重向量 P X权重w P l 0 5 6 3 7 P 2 0 2 5 7 6 P 3 0 1 0 9 5 P 4 0 0 6 9 2 X l 0 1 3 9 60 0 7 8 7 X 2 0 5 2 7 80 2 9 7 5 X 3 0 3 3 2 50 1 8 7 4 X 40 7 3 0 6 0 1 8 8 2 X s 0 1 8 8 40 0 4 8 5 X 6 0 0 8 1 00 0 2 0 9 X 7 0 4 2 8 60 0 4 6 9 X s 0 1 4 2 80 0 1 5 6 X 90 4 2 8 60 0 4 6 9 X lo 10 0 6 9 2 2 3 模糊数学综合评判 模糊数学综合评判法是根据模糊数学的隶属度理 论将定性评价转变为定量评价 模糊数学综合评判法 一般用来解决模糊的且无法量化的问题 主要包括4 个部分 因素集X 方案集A 隶属矩阵R 及权重分配 向量W 2 3 1因素集X 及方案A 的建立 设因素集X 一 X 1 X 2 X 3 X m 备选方案集 A 一 A 1 A 2 A 3 A I T I 对给定的备选方案A j j 一1 2 n 用m 维 向量 形式出来即为 A j 一 X j l x j 2 x j 3 x j m 其中X j k k l 2 m 是备 选方案A j 在因素X k 上的反映 既可认为是数量 X k 为数量化指标 也可认为是自然语言的定性描述 A j 既是备选方案集中的方案也是因素集X 的模糊子集 2 3 2 权重分配向量W 的建立 根据上文由层次分析法确定各元素的权重集W 元素权重集W 一 W W W 3 W 是指各元素对拟选 定方法的影响程度 且必须满足0 W 1 W t 一1 女一I 2 3 3 隶属度矩阵R 的建立 隶属度矩阵主要是用来表征模糊集合的 根据隶 属度函数建立模糊集合论 根据不同的研究和处理对 象 采取不同的方法 目前普遍采用的方法主要有主观 评分法 模糊统计法 可变模型法 相对选择法及二元 对比排序法等 对于非定量指标主要采用相对二元比 较法 根据以上计算过程 指标体系中9 个定量指标的 特征向量矩阵为 一s 一 一 R 卜9 一 对特征向量矩阵进行标准化得 R 卜9 根据各不同方案的特点 得特征向量矩阵 E 51 0 5 0 0 5 则隶属度矩阵C R E 1 由综合评R 1 1 1 0 7 6 8 0 9 2 6 0 8 0 8 1 0 9 4 0 1 1 1 1 1 1 0 5 2 0 50I 4 1 0 5 E 2 J 0 8 1 80 4 2 90 8 1 8 0 8 5 50 9 2 9 0 6 6 8 l 0 8 0 50 9 9 30 4 7 4 0 8 1 80 4 2 90 8 1 8 0 8 8 610 8 8 8 0 8 7 60 9 3 91 0 9 0 00 9 7 81 0 9 3 00 9 6 6 0 9 0 4 0 9 6 30 9 7 31 0 9 5 20 9 7 2 0 6 8 2 0 8 8 80 8 9 40 6 2 2 2 3 4 最优铣刨料的确定 由以上确定的权重及隶属度矩阵可确定出方案集 的综合评判向量为 B W R E o 9 4 7 6 0 8 5 2 80 8 7 1 00 7 1 6 4 综合以上各材料的综合优越度为 H H 铣刨料 9 4 7 6 S H 铣刨料 8 7 1 0 C X 铣刨料 8 5 2 8 T X 铣刨料 7 1 6 4 因此铣刨料综合优越度由好到差顺 序为 H H 铣刨料 S H 铣刨料 C X 铣刨料 T X 铣刨料 3铣刨料权重向量与铣刨料最大掺配率相关性分析 3 1 不同铣刨料最大掺配率的计算 有研究表明 计算铣刨料的最大掺配率可以通过 比较再生沥青混合料的标准分计筛余与铣刨料分计筛 余的比值 比值的最小值即可以作为铣刨料掺配率的 最大值 本文以A C 一2 0 为例 标准分计筛余与不同铣 刨料的分计筛余的比值如式 4 计算而得 P 一m in S 击 s 4 式中 S 击为第i级筛孑L 上的标准分计筛余 S 为第i 级筛孔上的铣刨料分计筛余 根据式 4 可以得到 对于H H 铣刨料的最大掺 配率为4 6 C X 铣刨料的最大掺配率为3 5 S H 铣 刨料的最大掺配率为4 0 T X 铣刨料的最大掺配率 为2 0 如果超过此掺配率 则再生混合料的合成级 配在该筛孔下不能满足要求 3 2 铣刨料分类等级 美国联邦公路局和他的S u r p e r p a v e 专家工作组 在起草S u r p e r p a v e 热拌沥青路面施工技术规范中包 括了铣刨料的使用准则 在这个铣刨料使用准则中 认为铣刨料含量不超过1 5 的再生混合料不必改变 基质沥青的等级 含量在1 6 2 5 之间时 需加入 的基质沥青的高低温劲度应降低一个等级 如果混合 料中使用R A P 含量超过2 5 则需使用拌和图表来 确定能与给定的基质沥青拌和的R A P 用量 美国公 路合作研究项目中应用S u p e r p a v e 进行再生沥青路面 设计 N C H R P 9 1 2 的研究成果表明 在铣刨料掺量小 于4 0 时 再生沥青混合料的高温稳定性优于全新沥 青混合料的高温稳定性 且随着铣刨料掺量增加 沥青 混合料的高温性能改善越明显 而对于低温性能则相 反 旧料掺量越多 低温性能损失越明显 结合美国联邦公路局起草的铣刨料使用准则和其 研究项目 参考 公路沥青路面再生技术规范 附录B 中铣刨料的掺配比例 根据铣刨料掺配比例 针对高等 级公路下面层的使用要求 推导出铣刨料的分类等级 如表4 所示 表4 不同等级铣刨料的最大掺配率表 铣刨料等级一等二等三等四等 最大掺配率 5 04 02 5 1 5 N 3 2 0 1 6 上冯么魂6 3 雕8 9 1文默峪优 1 2 L豇 钆扎纠L 色豇4 1 K 死2 弱U 婚5卯叫埯沁渤m m M 朋 三张卯钆掩垃眩M 唧J瑚蛎 m抛 文化钆加仫眩 Lm似 m引 瑚川引褐色毖垃队M良 8 4 8 4 2 2 6 7 8 O 8 2 6 4 8 1 1 9 1 6 6 0 O 0 O 0 O 9 3 9 8 6 3 2 4 2 9 3 7 6 7 7 9 9 9 1 9 9 9 9 9 8 O O O O O 0 0 O 5 5 6 6 O O 3 2 8 5 O 6 7 O 3 6 5 8 8 8 8 8 9 9 9 9 8 O 0 O O 0 O O O 0 8 6 8 0 6 2 0 4 1 1 7 9 o o 1 9 1 1 O O O 0 巾 一 一一m s 一 3 3 分析 铣刨料最大掺配率与铣刨料权重向量的相关性4 结语 根据上文的计算 铣刨料最大掺配率与权重向量 的关系如表5 及如图1 所示 表5 铣刨料最大掺配率与权重向量值比较 I 最大掺配率r 4 63 54 01 8 权重向量值B 0 9 4 760 8 5 280 8 7 100 7 1 64 曲 遥 测 辎 莫 墨 蝎 铣刨料最大掺配率 图1铣刨料最大掺配率与铣刨料权重向量值关系曲线 由图1 可见 随着铣刨料权重向量值的增加会导 致铣刨料最大掺配率明显增加 当铣刨料权重向量值 为0 9 4 76 对应的最大掺配率为4 6 铣刨料权重向 量值为0 7 1 64 对应的最大掺配率为1 8 铣刨料分 类最大掺配率与铣刨料权重向量值之间呈二次方关 系 两者相关关系显著 因此 可根据图1 中回归公式 计算出铣刨料分类等级与权重向量的关系 同理可确 定出铣刨料分类等级与铣刨料其他性能指标的关系 计算结果如表6 所示 表6 铣刨料分类定级各指标结果 R A P 等级一等二等三等四等 权重值 0 8 8 0 7 7 0 8 8O 7 1 0 7 7 0 7 1 含泥量 2 5 2 5 3 53 5 4 54 5 5 5 沥青含量 4 0 3 5 4 03 0 2 5 2 5 针入度 0 1r a m 3 0 2 5 2 0 1 5 6 4 上碜么姥N o 3 2 0 1 6 1 根据层次分析法原理建立铣刨料分类等级评 价指标体系 确定了1 0 个不同评价指标 并计算出各 评价指标权重 然后通过判断矩阵一致性检验确定合 理的权重向量 铣刨料含泥量是影响铣刨料分类定级 最重要的影响因素 2 运用层次分析和模糊数学理论对铣刨料分类 等级综合评判选择 既避免了由于影响因素过多而分 配权重的弊端 又避免了由单因素的片面性和主观认 识差异而引起的决策失误 尤其是针对多种影响因素 相互影响时 能够做出更为合理 准确的判断 3 根据铣刨料分类等级与铣刨料权重及铣刨料 其它指标之间的相关关系 提出不同等级铣刨料对应 的技术要求 参考文献 1 王新民 赵彬 基于层次分析和模糊数学的采矿方法选择 J 中南大学学报 2 0 0 8 3 9 5 8 7 5 8 8