用模糊评判法评价沥青混合料的使用性能

李洲 葛折圣

摘要：本文应用模糊评判法对不同类型的沥青混合料进行了模糊评判，主要是3种典型沥青混合料：SMA混合料、AC混合料和OGFC混合料。通过专家评分确定结构性能和表面性能的权重，然后对权重值和各单因素评价值进行计算，对不同类型的沥青混合料的使用性能进行分析。

关键词：模糊评判，沥青混合料，权重，路用性能

沥青路面与水泥混凝土路面相比，具有舒适、噪音小、成本低、美观等优点，随着公路建设的发展，沥青路面的应用也越来越多，现在我国高等级路面中90％都是沥青路面。但是，不同类型的沥青混合料的路用性能有着较大的差别。因此，为了更好的进行混合料路用性能的综合评价。

本文采用模糊评判法对不同类型的沥青混合料进行了模糊评判，通过考虑结构性能和表面性能综合评判混合料的使用性能。

1数学模型的建立

模糊数学的综合评判主要涉及四个要素: 1) 因素集U ; 2) 评语集V ; 3) 单因素评价矩阵R ; 4) 权重分配向量A . 二级模糊综合评判的一般步骤如下[1]:

设着眼因素集合为：U＝{u1，u2，…，um}；

决择评语集合为：V＝{v1，v2，…，vn}；

（1）划分因素集U

对因素U作划分，即 ，其中： ，i=1，2，• • •，N，即Ui中含有ki个因素， ，并满足以下条件： ， ，i≠j。

（2）初级评判

对每个 的ki个因素，按初始模型作综合评判。设Ui的因素重要程度模糊子集为Ai，Ui的ki个因素的总评价矩阵为Ri，于是得到：

式中：Bi——Ui的单因素评判。

（3）二级评判

设 的因素重要程度模糊子集为A，且 ，则U的总评价矩阵R为：

图2.1二级综合评判过程

则得出总的（二级）综合评判结果，即

这也是着眼因素 的综合评判结果。

为了更进一步评价方案的优劣，对各个评语的得分进行加权平均，得到总分进行比较。矩阵的并运算和交运算与普通集合运算相似，法则为：并运算两中取大，交运算两中取小。

2沥青混合料的分类

要进行模糊综合评判, 首先要确定因素树结构, 即要分清因素间并列关系与从属关系。因此本文在进行调查时分别考虑了结构性能和表面性能，比较完整的进行了沥青路面面层的模糊评判。

沥青混合料是由矿质骨架和沥青结合料所构成的、具有空间网格结构的一种多相分散体系。沥青混合料的力学强度，主要由矿质颗粒之间的摩擦与嵌挤作用，以及沥青及矿料之间的粘结力所构成。沥青混合料在低温或短时荷载的作用下接近于弹性体，随着温度的升高，特别是荷载作用时间的增长和荷载作用次数的增多，沥青混合料逐渐接近于塑性体。

沥青混合料按其强度构成原则的不同，可分为以下3种类型：

（1）悬浮密实结构

悬浮密实结构是按密实级配原则构成的沥青混合料结构，是以沥青与矿料之间的粘聚力为主，矿质颗粒间的嵌挤力和内摩阻力为辅而构成的，矿料级配基本上是按照富勒曲线的指数原理构成的。我国规范规定的I型密级配沥青混凝土是典型的悬浮密实结构。

（2）骨架空隙结构

这种结构中沥青混合料的粗颗粒集料彼此紧密相接，石料与石料能够形成互相嵌挤的骨架，是以矿质颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为主，沥青胶结料的粘结作用为辅而构成的。我国规范中的半开式沥青碎石混合料及国外使用的开式大空隙排水式沥青混合料（OGFC）是典型的骨架结构。

（3）骨架密实结构

骨架密实结构是综合以上两种方式组成的结构，一方面混合料中有足够数量的粗集料形成骨架，又根据粗集料骨架的空隙的多少加入足够的较细的沥青填料，形成较大的密实度和较小的残余空隙率。现在国际上普遍得到重视的沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是典型的骨架密实结构。

3调查方法及调查表格

为了更好的对沥青路面表面层的选型进行分析，本文进行了模糊评判调查。分别以AC、OGFC和SMA来代表上面所提到的三种沥青混合料。对于各沥青混合料类型分别进行了结构性能（包括高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性能）以及路面表面性能（包括平整度、抗滑性能、排水性能、噪声性能、耐久性）进行了调查。由于本次调查中考虑的耐久性是指路面各表面性能的耐久性，因此归入表面特性进行分析。

调查方法为：请专家对表1打分确定要素集中各因素的权重，评价等级分为很重要、重要、一般、不重要四个等级，对应的分值分别为7，5，3，1，根据统计结果计算各子因素的权重。然后根据专家对表2 的打分，确定单因素评价值。最后根据模糊运算得出各路面的评判结果。

表1 影响高等级公路沥青路面选型的各因素权重咨询表

表2 高等级公路沥青路面选型的定性因素评价表

4调查结果及分析

选择了国内二十几位专家及有关人士以及国外的从事道路工程方向的十多名专家进行了沥青沥青混合料性能和表面性能的权重的调查以及三种沥青混合料的各单因素评价的调查，调查时注明主要是针对江西省的气候条件。从调查结果来看，在结构性能方面，水稳定性权重最大，高温稳定性次之，低温抗裂性权重最低。这可能是由于江西省道路的水损害情况比较严重，所以在调查时有较多专家认为水损害性更值得重视，但是高温稳定性权重也比较大，也不容忽视。在表面特性方面，耐久性权重最大，其次是抗滑性能，路面噪声权重最小。

（1）对于结构性能的模糊评判，经过计算结果分别为：

SMA （0.44560.44560.15280）

AC（0.18030.45940.36030）

OGFC（0.28730.30000.23620.1764）

综合评判结果如表3所示。

表3 沥青沥青混合料性能综合评判结果

从得分结果来看，SMA优于AC， AC优于OGFC,表明沥青混合料性能的好坏。其中高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性都是SMA评优的多。

（2）对于表面性能的模糊评判，计算结果为：

SMA（0.28810.28810.24980.1740）

AC （0.25860.25860.25860. 2242）

OGFC （0.23320.25560.25560.2556）

综合评判如下：

表4 沥青路面表面性能综合评判结果

在表面性能评判方面，仍然是SMA得分最高，AC次之，OGFC得分最低。平整度的调查结果是AC最好，抗滑性能、防排水性能、噪声性能是OGFC最好，耐久性是SMA最好。由OGFC的评分情况可知，OGFC在许多性能方面如抗滑性能、防排水性能、噪声性能评分都大于AC，但是由于其耐久性比较差，平整度得分也没有AC高，最终导致总得分低于SMA和AC。

结 论：

（1）对于沥青路面面层的结构性能评价结果为SMA优于AC，AC优于OGFC，其中高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性都是SMA评优的多。

（2）对于沥青路面面层的表面性能而言，评价结果为SMA最优，AC次之，OGFC最差。OGFC在许多性能方面如抗滑性能、防排水性能、噪声性能评分都优于SMA和AC，如果其耐久性能得到很好的解决，相信其表面性能肯定是最优的。

参考文献

1、 黄晓明，沥青与沥青混合料[B]，东南大学出版社，南京，2002.

2、章国栋，工程系统的规划与设计[B]北京航空航天大学出版社，北京，1999年

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。