張 慶，侯德華，史紀(jì)村，尚 波，劉廷國(guó)

(1.河南省綠色公路路面工程技術(shù)研究中心，新鄉(xiāng) 453003；2.河南師范大學(xué)綠色化學(xué)介質(zhì)與反應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新鄉(xiāng) 453007；3.河南省高遠(yuǎn)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司，新鄉(xiāng) 453003)

0 引 言

隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展，較大規(guī)模的公路已進(jìn)入大中修階段，由此每年會(huì)產(chǎn)生數(shù)億噸的廢舊瀝青混合料[1]。若將廢舊瀝青路面材料(RAP)廢棄，不但占用土地，浪費(fèi)資源，而且會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，成為制約我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。

石料和瀝青作為舊瀝青路面結(jié)構(gòu)的最主要組成部分，其中石料從性能角度來(lái)講并未失效，并且瀝青材料僅發(fā)生部分老化，仍具有一定的使用性能。若將廢舊瀝青混合料作為建筑垃圾廢棄，不符合建設(shè)資源節(jié)約型行業(yè)的要求。針對(duì)該情況，道路研究人員一直致力于研究更環(huán)保、更節(jié)能的路面循環(huán)再生方法，其中一種有效方法就是乳化瀝青冷再生技術(shù)，乳化瀝青冷再生路面由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境等方面的優(yōu)勢(shì)，已在很多國(guó)家得到發(fā)展[2-3]。然而，乳化瀝青冷再生混合料的耐久性問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約其推廣應(yīng)用[4-6],其主要原因是乳化瀝青冷再生混合料的抗拉伸強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度較弱。針對(duì)此問(wèn)題，通過(guò)添加纖維可以很好地提高瀝青混合料的抗裂性和永久變形能力，同時(shí)也能延緩疲勞裂縫的擴(kuò)展[7]。例如，Shanbara等[8]研究了四種類(lèi)型纖維對(duì)乳化瀝青混合料的性能影響，通過(guò)半圓彎曲試驗(yàn)表明，玻璃纖維提高乳化瀝青混合料的抗拉伸能力最為顯著。Mahrez等[9]研究表明，玻璃纖維作為增強(qiáng)材料的主要功能是在混合料中提供額外的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)可以吸收混合料在疲勞裂縫發(fā)展或斷裂過(guò)程中的應(yīng)變能，從而改善瀝青混合料的耐久性。此外，田華[10]在其研究中指出，相對(duì)木質(zhì)素纖維而言，玻璃纖維改善瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍能力相對(duì)較差，主要原因在于木質(zhì)素纖維穩(wěn)定瀝青的作用對(duì)于提高瀝青混合料的抗變形能力更加顯著。針對(duì)其高溫抗變形能力，蔣應(yīng)軍等[11]研究了不同纖維類(lèi)型對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的路用性能影響，試驗(yàn)結(jié)果表明木質(zhì)素纖維的高溫性能最好，但其低溫抗裂能力弱于玄武巖纖維及聚酯纖維的改性效果。Su等[12]研究了木質(zhì)素纖維對(duì)再生瀝青混合料的影響，同樣指出，木質(zhì)素纖維使得再生瀝青混合料的抗車(chē)轍性得到顯著提高。

綜上所述，針對(duì)不同類(lèi)型纖維對(duì)瀝青混合的路用性能及力學(xué)性能的研究較多，且不同類(lèi)型的纖維對(duì)其性能改善的側(cè)重點(diǎn)也有所差別，僅通過(guò)單用一種纖維很難同時(shí)提高乳化瀝青混合料的各項(xiàng)性能。因此，可以采用多種類(lèi)型纖維混雜使用，通過(guò)兼顧不同特性纖維的配比設(shè)計(jì)，更好地發(fā)揮不同類(lèi)型纖維對(duì)瀝青混合料的改善作用，以提高瀝青混合料的綜合性能[13-14]。同時(shí)，道路材料領(lǐng)域的新挑戰(zhàn)是將不同工業(yè)產(chǎn)生的廢舊物應(yīng)用于道路工程中，這些材料是日常生活中的廢棄物或自然界中容易獲得的廢物，例如廢食用油、工業(yè)礦渣等已經(jīng)在道路材料的研究中得到應(yīng)用[15-16]?；诖耍囼?yàn)采用木質(zhì)素纖維和廢舊玻璃纖維，通過(guò)混雜配比設(shè)計(jì)，研究混雜纖維在不同摻量及比例條件下，對(duì)乳化瀝青冷再生混合料疲勞性能、高溫抗變形能力及低溫抗拉伸能力的影響，并基于主成分分析方法，建立了主成分綜合得分評(píng)價(jià)模型，得出最佳的混雜纖維配比，以期為混雜纖維改性乳化瀝青冷再生混合料的性能優(yōu)化及應(yīng)用提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

(1)乳化瀝青

試驗(yàn)選用的乳化瀝青為河南威森德道路材料有限公司生產(chǎn)，主要技術(shù)指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)，如表1所示。

表1 乳化瀝青性能指標(biāo)Table 1 Performance index of emulsified asphalt

(2)再生劑

為改善舊瀝青混合料中老化瀝青的性能，試驗(yàn)選用自主研發(fā)的滲透性活化再生劑，其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 再生劑性能指標(biāo)Table 2 Performance index of regenerant

(3)廢舊纖維

圖1 廢舊玻璃纖維及木質(zhì)素纖維Fig.1 Waste glass fiber and lignin fiber

混雜廢舊纖維由廢舊玻璃纖維和廢舊木質(zhì)素纖維組成，廢舊玻璃纖維由河南省科學(xué)院化學(xué)研究所提供，主要以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲而成；木質(zhì)素纖維由河北廊坊市某公司提供，外觀(guān)如圖1所示，其性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

(4)回收瀝青路面材料(RAP)

RAP料為新鄉(xiāng)市城市道路主干道大中修過(guò)程的銑刨料，并篩分為四檔，0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～16 mm，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。經(jīng)檢測(cè)，RAP料各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)相關(guān)要求。

表3 纖維性能指標(biāo)Table 3 Performance index of fiber

表4 RAP料性能指標(biāo)Table 4 Performance index of RAP material

(5)新集料、水泥、水

為調(diào)節(jié)混合料的級(jí)配，試驗(yàn)添加了10～16 mm規(guī)格的石灰?guī)r碎石，性能指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。主要技術(shù)指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)，見(jiàn)表5所示。

表5 石灰?guī)r集料技術(shù)指標(biāo)Table 5 Technical indexes of limestone aggregate

為提高乳化瀝青混合料的路用性能，往往需要在混合料中添加水泥，添加量一般是集料質(zhì)量的1.5%～2%，其作用在于：一方面，水泥可以加快乳化瀝青的破乳，提高混合料早期強(qiáng)度；另一方面，水泥與混合料中多余的水發(fā)生水化反應(yīng)，其水化產(chǎn)物與瀝青薄膜交織在一起，可以形成空間互穿立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包裹在集料表面，從而改善乳化瀝青混合料的力學(xué)性能[6,17]。試驗(yàn)水泥采用標(biāo)號(hào)為C42.5的普通硅酸鹽水泥,試驗(yàn)用水為自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方案

(1)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)RAP料和新集料的篩分結(jié)果確定乳化瀝青冷再生混合料的級(jí)配，合成級(jí)配見(jiàn)表6。

表6 乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)Table 6 Gradation design of emulsified asphalt cold recycled mixture

為減少其它因素的影響，僅考慮混雜纖維對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的影響，并根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)選取乳化瀝青用量為4%，再生劑用量為10%，水泥用量為1.5%。混雜纖維的配比設(shè)計(jì)見(jiàn)表7。

表7 混雜纖維摻量及比例設(shè)計(jì)Table 7 Blended fiber content and proportion design

試驗(yàn)采用纖維分散效果較好的雙軸攪拌機(jī)進(jìn)行拌合，如圖2所示。拌合順序?yàn)?，先將RAP料攪拌后，加入再生劑攪拌，燜料30 min。接著加入新集料和混雜纖維攪拌，攪拌均勻后加入水進(jìn)行濕拌，之后再加入水泥充分拌合，最后添加乳化瀝青拌合。拌合完成后將混合料分別裝入試模，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀壓實(shí)成型并進(jìn)行養(yǎng)生，先在標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)生6 d，再放入烘箱在60 ℃下保持24 h。

圖2 乳化瀝青冷再生混合料攪拌機(jī)及旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀Fig.2 Mixer and rotary compactor for emulsified asphalt cold recycled mixture

(2)試驗(yàn)方法

圖3 UTM-25測(cè)試試驗(yàn)機(jī)Fig.3 UTM-25 testing machine

試驗(yàn)參照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)，通過(guò)瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)乳化瀝青混合料的高溫抗變形能力和低溫拉伸能力。

采用間接拉伸模量(ITSM)試驗(yàn)分析乳化瀝青混合料的勁度模量。ITSM試驗(yàn)在20 ℃下進(jìn)行，并按照BS EN 12697-26的要求，測(cè)試條件如表8所示。試驗(yàn)儀器選用UTM-25試驗(yàn)機(jī)，如圖3所示。

疲勞開(kāi)裂是影響路面質(zhì)量和使用壽命的主要病害之一，而間接拉伸劈裂試驗(yàn)可以使馬歇爾試件在重復(fù)施加荷載的垂直方向產(chǎn)生均勻拉應(yīng)力，在不斷地間接拉伸中導(dǎo)致試件失效，能夠很好地評(píng)價(jià)試件的疲勞性能。試驗(yàn)儀器選用UTM-25試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)溫度15 ℃，應(yīng)力水平為300 kPa。

表8 ITSM測(cè)試條件Table 8 ITSM test conditions

2 結(jié)果與討論

2.1 車(chē)轍試驗(yàn)

圖4 動(dòng)穩(wěn)定度隨混雜纖維摻量變化柱狀圖Fig.4 Changes of dynamic stability with the amount of hybrid fiber

對(duì)不同混雜纖維配比的混合料試件分別進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，從而評(píng)價(jià)纖維摻量及相應(yīng)比例對(duì)混合料高溫穩(wěn)定性的影響，如圖4所示。

圖4中a線(xiàn)表示未添加纖維混合料的動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試值，可以看出隨著混雜纖維摻量的增加，不同混雜比例的混合料動(dòng)穩(wěn)定度變化趨勢(shì)都是先增加后降低，其混雜纖維最佳摻量為0.3%?？梢钥闯?，未添加纖維的乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)較低，通過(guò)添加混雜纖維使其動(dòng)穩(wěn)定度最高增幅達(dá)18%。分析其原因，由于再生混合料中添加有再生劑，增加了新舊瀝青界面融合程度，因此可以對(duì)老化瀝青進(jìn)行一定程度的活化再生，但由于再生劑的加入導(dǎo)致瀝青黏結(jié)料變軟，并且使得油石比相對(duì)較高，致使動(dòng)穩(wěn)定度較低。而木質(zhì)素纖維的吸油率大，可以對(duì)混合料中多余再生劑的輕質(zhì)組分產(chǎn)生吸附和穩(wěn)定作用，從而在適量摻量下可以起到“增黏穩(wěn)油”的效果。玻璃纖維的加入主要起到“加筋”作用，通過(guò)形成互相搭接的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，限制集料的位移。當(dāng)其摻量超過(guò)0.3%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度有所下降，一方面在于纖維過(guò)多不易分散，與瀝青膠漿結(jié)團(tuán)成束，在混合料中形成受力薄弱點(diǎn)。另一方面，過(guò)多的纖維摻量會(huì)造成油石比偏低，黏結(jié)能力下降，致使其高溫抗變形能力有所降低。

當(dāng)混雜纖維的摻加量相同時(shí)，隨著M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維的增加，其動(dòng)穩(wěn)定度變化規(guī)律有所差別，當(dāng)混雜纖維摻量為0.1%時(shí)，隨著M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維的增加，混合料的高溫抗變形能力逐漸降低，這主要是此摻量下的木質(zhì)素纖維 “增黏穩(wěn)油”作用更加明顯，其所占比例相對(duì)越低，越不利于混合料的高溫穩(wěn)定性。當(dāng)混雜纖維摻量為0.3%和0.5%時(shí)，隨著M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維的增加，混合料的高溫抗變形能力先增加后降低。分析結(jié)果可以看出，混雜纖維的最佳改性效果優(yōu)于相對(duì)于單用木質(zhì)素纖維或玻璃纖維的混合料，說(shuō)明在木質(zhì)素纖維提供“增黏穩(wěn)油”的環(huán)境下，通過(guò)加入適當(dāng)玻璃纖維可以進(jìn)一步提高乳化瀝青冷再生混合料的抗車(chē)轍性能，這主要是因?yàn)榫鶆蚍稚⒌睦w維相互橋接形成空間網(wǎng)狀連接體系，對(duì)瀝青膠漿及粗集料起到一定的“箍鎖”作用，限制了混合料的高溫流動(dòng)變形。

2.2 低溫彎曲試驗(yàn)

對(duì)不同混雜纖維配比的混合料試件分別進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，從而評(píng)價(jià)纖維摻量對(duì)混合料低溫拉伸性能的影響，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可知，隨著混雜纖維摻量的增加，不同比例纖維混合料的彎拉應(yīng)變變化趨勢(shì)為先增加后降低。這主要在于混雜纖維摻量過(guò)大，會(huì)影響其自身的均勻分散性，使其性能降低，與上述分析相一致。

圖5 彎拉應(yīng)變隨混雜纖維摻量變化曲線(xiàn)Fig.5 Change curves of bending tensile strain with the amount of hybrid fiber

圖6 ITSM隨混雜纖維摻量變化曲線(xiàn)Fig.6 Change curves of ITSM with the amount of hybrid fiber

當(dāng)混雜纖維的摻加量相同時(shí)，隨著M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維的增加，其低溫彎拉應(yīng)變先增加后減少，最佳M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維為 7∶3。與最佳混雜纖維配比相比，M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維為 10∶0時(shí)，其低溫彎拉應(yīng)變降幅14%，這主要是由于再生劑的加入增加了冷再生混合料中黏結(jié)料的輕質(zhì)組分，而玻璃纖維的吸油率較低，穩(wěn)定膠漿的能力弱，致使玻璃纖維與含再生劑膠漿的握裹力不足，在抗拉伸的過(guò)程中不能充分發(fā)揮玻璃纖維的抗拉能力，從而造成乳化瀝青冷再生混合料的低溫彎拉應(yīng)變大幅度降低，適量木質(zhì)素纖維的加入則顯著提升其低溫彎拉性能，這也體現(xiàn)了木質(zhì)素纖維對(duì)玻璃纖維的復(fù)配效應(yīng)。

2.3 間接拉伸模量試驗(yàn)

對(duì)不同混雜纖維配比的混合料試件分別進(jìn)行間接拉伸模量試驗(yàn)，從而評(píng)價(jià)纖維摻量及相應(yīng)比例對(duì)混合料勁度模量(SM)的影響，結(jié)果如圖6所示。

間接拉伸模量可以反映乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)特征，從圖6可知，隨著混雜纖維摻量的增加，不同混雜比例的混合料勁度模量變化趨勢(shì)都是先增加后降低。當(dāng)只摻加木質(zhì)素纖維時(shí)，其最佳摻量為0.1%，相對(duì)于未添加纖維的混合料，其間接拉伸模量增幅6%；當(dāng)只摻加玻璃纖維時(shí)，其最佳摻量為0.3%，相對(duì)于未添加纖維的混合料，其間接拉伸模量增幅18%；當(dāng)使用混雜纖維時(shí)，其最佳摻量為0.3%，相對(duì)于未添加纖維的混合料，其間接拉伸模量最高增幅達(dá)到22%。因此可以看出，通過(guò)混雜纖維配比設(shè)計(jì)，可以使乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)性能進(jìn)一步得到提高。

當(dāng)混雜纖維的摻加量相同時(shí)，隨著M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維的增加，其勁度模量先增加后減低，最佳M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維為 7∶3。說(shuō)明隨著玻璃纖維總摻量的增大，玻璃纖維的橋接加筋作用逐漸突顯，在木質(zhì)素纖維“增黏穩(wěn)油”作用下，更能起到增加乳化瀝青冷再生混合料內(nèi)摩阻力的作用，從而進(jìn)一步提高混合料的力學(xué)性能。當(dāng)M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維為 10∶0時(shí)，其勁度模量下降幅度有所減緩，這主要在于間接拉伸模量試驗(yàn)屬于非破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)置水平變形量為5 μm，在此條件下，玻璃纖維的加筋作用仍然可以起到傳力、消散應(yīng)力的作用。

2.4 間接拉伸疲勞試驗(yàn)

圖7 疲勞壽命隨混雜纖維摻量變化曲線(xiàn)Fig.7 Change curves of fatigue life changing with hybrid fiber content

對(duì)不同混雜纖維配比的混合料試件分別進(jìn)行間接拉伸疲勞試驗(yàn)，從而評(píng)價(jià)纖維摻量及相應(yīng)比例對(duì)混合料疲勞性能的影響，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，隨著混雜纖維摻量的增加，添加不同比例纖維的混合料疲勞壽命變化趨勢(shì)都是先增加后降低，當(dāng)只摻加木質(zhì)素纖維時(shí)，其最佳摻量為0.1%；當(dāng)混雜纖維中含有玻璃纖維時(shí)，其最佳摻量為0.3%。這與低溫彎曲應(yīng)變和勁度模量評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化規(guī)律相一致。

當(dāng)混雜纖維的摻加量相同時(shí)，隨著M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維的增加，其抗疲勞性能先增加后減低，最佳M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維為 7∶3。其原因主要在于兩種纖維的作用機(jī)理不同，木質(zhì)素纖維起到“吸附增黏”作用，通過(guò)吸附瀝青，增強(qiáng)對(duì)細(xì)集料的握裹力，進(jìn)而提高瀝青膠漿與集料之間的黏附性；玻璃纖維起到“加筋阻裂”作用，玻璃纖維形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以約束集料滑移，同時(shí)，在產(chǎn)生微裂紋后，橫跨裂縫兩端的纖維可以將應(yīng)力傳遞到裂縫兩側(cè)的骨料中，從而使應(yīng)力得到消解，延緩微裂紋的發(fā)展，增強(qiáng)混合料的抗裂能力。因此，隨著玻璃纖維的增加，其疲勞壽命得到提高。但是當(dāng)只使用玻璃纖維時(shí)，由于玻璃纖維吸附瀝青的能力有限，并且由于再生劑導(dǎo)致膠漿黏度降低，造成瀝青膠漿對(duì)玻璃纖維的握裹力不足，致使其疲勞性能相對(duì)較低。

綜上所述，乳化瀝青冷再生混合料中添加再生劑后，其路用性能和力學(xué)性能有所降低，主要原因在于再生劑是由輕質(zhì)組分組成，會(huì)導(dǎo)致瀝青黏結(jié)料變軟，致使混合料的黏聚力有所降低?；祀s纖維的加入會(huì)有效改善含再生劑乳化瀝青冷再生混合料的路用性能，其機(jī)理主要有以下兩方面:

(1)吸附與增黏作用：木質(zhì)素纖維具有帶狀彎曲、表面凹凸、質(zhì)地疏松多孔的微觀(guān)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，且其長(zhǎng)度和直徑較小，比表面積大，具有很強(qiáng)的吸油效果，根據(jù)浸潤(rùn)理論，混合料中多余再生劑的輕質(zhì)組分對(duì)木質(zhì)素纖維浸潤(rùn)性好，可以吸附大量的瀝青，形成界面層的結(jié)構(gòu)瀝青，此界面層裹覆在集料表面，使得瀝青膜厚度增加，提高纖維瀝青膠漿的黏度，增加混合料的黏聚力，從而可以使混合料的高溫抗變形能力得到顯著提高。同時(shí)，木質(zhì)素纖維具有許多毛細(xì)管道，可以將輕質(zhì)組分從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域進(jìn)行傳導(dǎo)，促進(jìn)混合料中輕質(zhì)組分的均勻分布，保證瀝青成膜的均勻性，提高木質(zhì)素纖維與瀝青膠漿的結(jié)合力，改善乳化瀝青冷再生混合料的耐久性。

(2)加筋與阻裂作用：廢舊玻璃纖維的吸水性小，易于分散，且具有良好的力學(xué)性能，抗斷裂強(qiáng)度高，可以起到加筋、增韌、阻裂等補(bǔ)強(qiáng)作用。首先，分散性較好的玻璃纖維可以避免纖維瀝青膠漿聚集成團(tuán)，提高玻璃纖維的分散效果。其次，在混合料中混雜纖維之間相互交叉與搭接，玻璃纖維縱橫交錯(cuò)形成纖維骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了玻璃纖維與瀝青膠漿的機(jī)械錨合作用。當(dāng)纖維與集料受外力作用發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，玻璃纖維受拉，會(huì)牽動(dòng)相鄰纖維共同受力，形成三維立體的受力結(jié)構(gòu)，使荷載均勻分散到其它區(qū)域，延緩混合料微裂紋的發(fā)展。同時(shí)玻璃纖維的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也能約束集料的滑移，從而顯著改善乳化瀝青冷再生混合料的路用性能和力學(xué)性能。

因此，通過(guò)考慮兩種不同類(lèi)型纖維的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧兩種纖維的改善作用，實(shí)現(xiàn)混雜纖維性能互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，與單摻其中一種纖維的混合料性能相比，混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料的綜合性能最優(yōu)。

2.5 基于主成分分析法的混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料綜合性能評(píng)價(jià)

通過(guò)圖4～圖7的分析可知，測(cè)試指標(biāo)對(duì)應(yīng)的最佳纖維摻量及比例都有所差別，因此很難定量對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。而主成分分析法(Principal Component Analysis)是一種使用廣泛的數(shù)據(jù)降維算法[18-19]。該方法可以將評(píng)價(jià)指標(biāo)按照一定的算法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以消除評(píng)價(jià)因素之間的相互影響，形成彼此相互獨(dú)立的主成分，使評(píng)價(jià)結(jié)果更合理、客觀(guān)?；诖耍疚牟捎肕ATLAB的主成分分析程序?qū)Σ煌瑩搅考氨壤幕祀s纖維乳化瀝青冷再生混合料的性能評(píng)價(jià)進(jìn)行分析，選取的原始評(píng)價(jià)指標(biāo)如表9所示。

表9 不同摻量及比例的混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料的性能特征Table 9 Blended performance characteristics of cold recycled hybrid fiber emulsified asphalt mixture with different content and proportion

通過(guò)MATLAB中相應(yīng)的主成分分析函數(shù)對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用Princomp函數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，并提取主成分分析的特征值與方差貢獻(xiàn)率，及主成分載荷圖，如表10、圖8所示。

表10 主成分分析的特征值與方差貢獻(xiàn)率Table 10 Characteristic and variance contribution rate of principal component analysis

圖8 主成分載荷圖Fig.8 Principal component load diagram

由表10可知，通過(guò)主成分分析法可以將不同摻量及比例的混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料的性能影響因素轉(zhuǎn)化為兩個(gè)主成分。從分析結(jié)果可以看出，主成分PC1的貢獻(xiàn)率為80.114%，主成分PC2的貢獻(xiàn)率為14.002%，兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率到達(dá)94.116%，說(shuō)明這兩個(gè)主成分可以體現(xiàn)出乳化瀝青冷再生混合料綜合性能94.116%的信息，提取較為完全，可以將主成分PC1和PC2作為主要分析目標(biāo)。

由圖8可知，當(dāng)混雜纖維摻量相同時(shí)，隨著M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維比例的增加，其載荷值沿著主成分PC1軸先增加后減小，說(shuō)明第一主成分PC1反映了兩種纖維混雜比例因素對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的性能影響。當(dāng)M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維比例相同時(shí)，隨著混雜纖維摻量的增加，其載荷值的總體趨勢(shì)沿著主成分PC2軸逐漸增加，說(shuō)明第二主成分是混雜纖維摻量對(duì)其性能的影響。通過(guò)對(duì)比主成分PC1和主成分PC2的貢獻(xiàn)率，定量說(shuō)明了兩種纖維的混雜比例因素對(duì)乳化瀝青冷再生混合料綜合性能有著更加顯著影響。

為構(gòu)建兩個(gè)主成分的得分評(píng)價(jià)模型，計(jì)算兩個(gè)主成分在不同混雜纖維摻量及比例下乳化瀝青冷再生混合料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的因子載荷，如表11所示。

表11 不同摻量及比例的混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的因子載荷Table 11 Factor load of performance evaluation indexes of hybrid fiber emulsified asphalt cold recycled mixture with different dosage and ratio

將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)變量的主成分載荷量除以其對(duì)應(yīng)特征值的算數(shù)平方根，可計(jì)算出每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)變量在主成分上的特征向量，以此為權(quán)重計(jì)算兩個(gè)主成分的得分表達(dá)式如下：

F1=0.304X1+0.282X2+0.231X3+0.295X4

(1)

F2=-0.243X1-0.53X2+1.189X3-0.177X4

(2)

主成分的綜合得分評(píng)價(jià)模型是由每個(gè)主成分得分與其對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率乘積總和算出，即：

F=0.801 14F1+0.140 02F2

(3)

將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后依次代入上述公式，可以得到不同混雜纖維摻量及比例下乳化瀝青混合料的主成分綜合得分，如表12所示。

表12 不同摻量及比例的混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料的主成分綜合得分Table 12 Comprehensive scores of main components of hybrid fiber emulsified asphalt cold recycled mixtures with different blending amounts and ratios

由表12可知，不同摻量及比例的混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料的主成分綜合得分前三名：0.3(7∶3)>0.3(5∶5)>0.5(7∶3)。說(shuō)明混雜纖維摻加量為0.3%，M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維為 7∶3時(shí)，乳化瀝青冷再生混合料的綜合性能最佳。

3 結(jié) 論

(1)混雜纖維乳化瀝青冷再生混合料的高溫抗變形能力、低溫抗裂能力以及疲勞性能相對(duì)于單用一種纖維得到進(jìn)一步提高。說(shuō)明在木質(zhì)素纖維提供“穩(wěn)油增黏”的環(huán)境下，結(jié)合加入適量玻璃纖維可以有效改善乳化瀝青冷再生混合料的路用性能和力學(xué)性能。

(2)基于主成分分析方法表明，兩種纖維的混雜比例因素與摻量因素對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的性能影響分別占到80.114%和14.002%，定量說(shuō)明了混雜纖維的混雜比例因素對(duì)乳化瀝青冷再生混合料綜合性能有著更加顯著的影響。

(3)通過(guò)構(gòu)建主成分得分評(píng)價(jià)模型并進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果表明當(dāng)混雜纖維摻加量為0.3%，M玻璃纖維∶M木質(zhì)素纖維為 7∶3時(shí)，乳化瀝青冷再生混合料的綜合性能最佳。