硫酸鈣晶須質量分數與瀝青性能的灰關聯分析

楊志鵬 李冠玉

（甘肅林業職業技術學院交通工程學院，甘肅 天水 741020）

0 引言

硫酸鈣晶須（calcium sulfate whisker, CSW），是一種無機填料，在橡膠、環氧樹脂、塑料、造紙以及摩擦材料等行業中應用非常廣泛[1,2]。通過以往的研究發現，硫酸鈣晶須可以用于改善瀝青的針入度、延度、軟化點等技術指標[4-8]，但是以往的學者大多通過硫酸鈣晶須對瀝青的單一指標或幾個獨立的指標來反映其改性效果，對綜合改性效果評價較為模糊。灰色關聯度分析方法[9]是解決貧信息情況下的系統問題，是衡量不同因素之間相互關聯一種方法，本文采用灰關聯分析理論，分析硫酸鈣晶須摻加量對瀝青各項技術指標的影響程度，對硫酸鈣晶須改性瀝青的主要性能指標進行綜合分析。

1 灰色關聯分析方法

灰關聯分析步驟如下：

1）設定灰色系統：

為系統特征序列；

為相關因素序列；

式中：x0（n）為母因素系列，Xm（n）為子因素系列。

2）原始數據無量綱化處理，為避免參考系列單位不統一造成的影響，對其進無量綱化處理，本文采用均值化處理，計算公式如式（3）。

i=（0，1，2，......，m）

3）灰關聯系數及關聯度計算

將經過均值處理的母系列記為{x0（t）}，子系列記為{yi（t）}，則當t=k時，{x0（t）}與{yi（t）}的關聯系數ξoi（k）為：

式中：△oi（k）為k時刻兩個序列的絕對差，△oi（k）=∣x0（k）-xi（k）∣；

△min、△max分別為各時刻差的絕對值中的最小值與最大值；ρ為分辯系數，此處取0.5。

關聯度roi可用式（5）計算

式中：roi為i子系列與母系列的關聯度，N為數據個數。

2 硫酸鈣晶須改性瀝青試驗分析

2.1 原材料性能

1）本試驗所采用的硫酸鈣晶須為四川萬潤非金屬礦物材料有限公司生產的無水硫酸鈣晶須，外觀呈白色粉末狀，對所用硫酸鈣晶須采用SEM進行形貌觀察，得到放大500倍和1000倍的SEM照片，如圖1所示，發現CSW呈纖維狀，長度約40-160μm，直徑約4-6μm。

2）本試驗所用基質瀝青為廣東茂名石化有限公司生產的70#A級道路石油瀝青，技術性能指標滿足要求。

2.2 硫酸鈣晶須改性瀝青性能分析

圖1 硫酸鈣晶須SEM

將待用無水硫酸鈣晶須按質量分數0%，1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%，10%加入基質瀝青中，進行機械攪拌，使硫酸鈣晶須和基質瀝青充分融合，制備得到改性瀝青，按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程（JTG E20-2011）[10]測試改性瀝青各項指標，并根據式（6）、式（7）計算針入度指數，結果見表1。

由表可以看出，在不同溫度下，隨著硫酸鈣晶須質量分數的增加，瀝青的針入度降低，表明硫酸鈣晶須的摻入提高了基質瀝青的稠度，在摻入硫酸鈣晶須后，瀝青的軟化點也得到了顯著提高，但是延度降低，塑性變差，溫度敏感性降低。

表1 硫酸鈣晶須改性瀝青性能指標

表2 均值化處理結果

表3 關聯度及關聯系數

3 試驗結果的灰色關聯度分析

以硫酸鈣晶須摻量為參考數列，15℃、25℃ 及30℃下針入度、軟化點及5℃、15℃延度等為改性瀝青性能的比較數列K，均值化處理結果見表2。

并按式（5）計算關聯系數及關聯度，結果見表3。

由表3可知：硫酸鈣晶須改性瀝青技術性能與晶須摻加量有關聯性，硫酸鈣晶須含量對15℃延度影響最為顯著，關聯度為0.6209，其次分別為30℃針入度、15℃針入度、針入度指數、5℃延度、25℃針入度、對軟化點的影響最小，關聯度為0.5266。

4 結語

1）硫酸鈣晶須對瀝青各項技術指標有顯著影響，隨著摻加量的增加可以增加瀝青的粘稠度，降低溫度敏感性，軟化點升高，溫度穩定性變好，對有高溫穩定性要求的瀝青可適當摻加硫酸鈣晶須以改善其路用性能。

2）通過灰關聯分析硫酸鈣晶須摻加量和瀝青路用性能之間的關系發現，硫酸鈣晶須質量分數對改性瀝青的技術指標影響程度不同，對15℃延度影響最為顯著，其次分別為30℃針入度、15℃針入度、針入度指數、5℃延度、25℃針入度、對軟化點的影響最小。