硫酸钙晶须质量分数与沥青性能的灰关联分析

杨志鹏 李冠玉

（甘肃林业职业技术学院交通工程学院，甘肃 天水 741020）

0 引言

硫酸钙晶须（calcium sulfate whisker, CSW），是一种无机填料，在橡胶、环氧树脂、塑料、造纸以及摩擦材料等行业中应用非常广泛[1,2]。通过以往的研究发现，硫酸钙晶须可以用于改善沥青的针入度、延度、软化点等技术指标[4-8]，但是以往的学者大多通过硫酸钙晶须对沥青的单一指标或几个独立的指标来反映其改性效果，对综合改性效果评价较为模糊。灰色关联度分析方法[9]是解决贫信息情况下的系统问题，是衡量不同因素之间相互关联一种方法，本文采用灰关联分析理论，分析硫酸钙晶须掺加量对沥青各项技术指标的影响程度，对硫酸钙晶须改性沥青的主要性能指标进行综合分析。

1 灰色关联分析方法

灰关联分析步骤如下：

1）设定灰色系统：

为系统特征序列；

为相关因素序列；

式中：x0（n）为母因素系列，Xm（n）为子因素系列。

2）原始数据无量纲化处理，为避免参考系列单位不统一造成的影响，对其进无量纲化处理，本文采用均值化处理，计算公式如式（3）。

i=（0，1，2，......，m）

3）灰关联系数及关联度计算

将经过均值处理的母系列记为{x0（t）}，子系列记为{yi（t）}，则当t=k时，{x0（t）}与{yi（t）}的关联系数ξoi（k）为：

式中：△oi（k）为k时刻两个序列的绝对差，△oi（k）=∣x0（k）-xi（k）∣；

△min、△max分别为各时刻差的绝对值中的最小值与最大值；ρ为分辩系数，此处取0.5。

关联度roi可用式（5）计算

式中：roi为i子系列与母系列的关联度，N为数据个数。

2 硫酸钙晶须改性沥青试验分析

2.1 原材料性能

1）本试验所采用的硫酸钙晶须为四川万润非金属矿物材料有限公司生产的无水硫酸钙晶须，外观呈白色粉末状，对所用硫酸钙晶须采用SEM进行形貌观察，得到放大500倍和1000倍的SEM照片，如图1所示，发现CSW呈纤维状，长度约40-160μm，直径约4-6μm。

2）本试验所用基质沥青为广东茂名石化有限公司生产的70#A级道路石油沥青，技术性能指标满足要求。

2.2 硫酸钙晶须改性沥青性能分析

图1 硫酸钙晶须SEM

将待用无水硫酸钙晶须按质量分数0%，1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%，10%加入基质沥青中，进行机械搅拌，使硫酸钙晶须和基质沥青充分融合，制备得到改性沥青，按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）[10]测试改性沥青各项指标，并根据式（6）、式（7）计算针入度指数，结果见表1。

由表可以看出，在不同温度下，随着硫酸钙晶须质量分数的增加，沥青的针入度降低，表明硫酸钙晶须的掺入提高了基质沥青的稠度，在掺入硫酸钙晶须后，沥青的软化点也得到了显著提高，但是延度降低，塑性变差，温度敏感性降低。

表1 硫酸钙晶须改性沥青性能指标

表2 均值化处理结果

表3 关联度及关联系数

3 试验结果的灰色关联度分析

以硫酸钙晶须掺量为参考数列，15℃、25℃ 及30℃下针入度、软化点及5℃、15℃延度等为改性沥青性能的比较数列K，均值化处理结果见表2。

并按式（5）计算关联系数及关联度，结果见表3。

由表3可知：硫酸钙晶须改性沥青技术性能与晶须掺加量有关联性，硫酸钙晶须含量对15℃延度影响最为显著，关联度为0.6209，其次分别为30℃针入度、15℃针入度、针入度指数、5℃延度、25℃针入度、对软化点的影响最小，关联度为0.5266。

4 结语

1）硫酸钙晶须对沥青各项技术指标有显著影响，随着掺加量的增加可以增加沥青的粘稠度，降低温度敏感性，软化点升高，温度稳定性变好，对有高温稳定性要求的沥青可适当掺加硫酸钙晶须以改善其路用性能。

2）通过灰关联分析硫酸钙晶须掺加量和沥青路用性能之间的关系发现，硫酸钙晶须质量分数对改性沥青的技术指标影响程度不同，对15℃延度影响最为显著，其次分别为30℃针入度、15℃针入度、针入度指数、5℃延度、25℃针入度、对软化点的影响最小。