祖顯威

(黑龍江農(nóng)墾建工路橋有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 前 言

由于不同種類、牌號(hào)和產(chǎn)地的SBS改性瀝青物理性質(zhì)和化學(xué)組成可能會(huì)有所差別，傳統(tǒng)的建模方法為使模型定量準(zhǔn)確，建模樣品需要覆蓋所要檢測(cè)SBS和基質(zhì)瀝青樣品種類，從而在建立模型時(shí)，需要配制大量標(biāo)樣進(jìn)行建模工作，樣品量一般在幾十到幾百個(gè)，導(dǎo)致建模工作量巨大；另外，模型建好后，如果待測(cè)SBS改性瀝青種類不在模型范圍內(nèi)，可能會(huì)導(dǎo)致定量分析結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。而本方法首先采用S-G導(dǎo)數(shù)法、均值中心化、SNV等預(yù)處理方法對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理以消除或減弱環(huán)境、儀器等噪聲的影響；再采用數(shù)據(jù)挖掘方法建立光譜與性質(zhì)值之間的回歸曲線，通過(guò)交互驗(yàn)證-留一法進(jìn)行異常樣品剔除，依據(jù)SEP(均方根誤差)和最佳的預(yù)測(cè)效果選擇最佳波長(zhǎng)變量，將正確的光譜數(shù)據(jù)和性質(zhì)數(shù)據(jù)留在庫(kù)中，建立改性瀝青快速預(yù)測(cè)定標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，方法只需不少于40個(gè)樣本即可建立定量分析模型，用于未知樣本檢測(cè)時(shí)，可即時(shí)得到檢測(cè)結(jié)果，且結(jié)果有較高的準(zhǔn)確度。

光譜采集：采用FTIR-ATR衰減全反射傅里葉變換紅外光譜儀采集樣品光譜信息。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試三次，三次測(cè)試得到的譜圖標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于0.5%，如果偏差過(guò)大，則需要重新采集光譜圖。

2 建立及驗(yàn)證SBS改性瀝青軟化點(diǎn)快速預(yù)測(cè)定標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)

收集45個(gè)SBS改性瀝青樣本并采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法檢測(cè)其軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)，使用HF-03瀝青快速分析儀采集樣本紅外光譜圖，使用預(yù)處理方法對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理，然后采用數(shù)據(jù)挖掘方法將樣本的光譜圖和軟化點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立軟化點(diǎn)的定量工作曲線，建立SBS改性瀝青軟化點(diǎn)的定標(biāo)模型的過(guò)程如下：

收集45個(gè)SBS改性瀝青樣品，使用標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法檢測(cè)其軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)，軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1；

使用HF-03瀝青快速分析儀采集樣本紅外光譜圖；

(1)選擇合適的光譜預(yù)處理方法對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理，以消除部分測(cè)量誤差的影響；

(2)計(jì)算光譜與樣品軟化點(diǎn)之間的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)光譜-性質(zhì)相關(guān)圖選擇相關(guān)系數(shù)較大的光譜區(qū)間參加建模；

(3)在建模過(guò)程中，剔除異常樣品和誤差較大的樣本，避免對(duì)模型產(chǎn)生的不利影響；

(4)采用均方根誤差SEP、樣本絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差等模型評(píng)價(jià)方法對(duì)模型性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。要求SEP不大于標(biāo)準(zhǔn)分析方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性誤差。

SEP是用于評(píng)估所有樣品的模型預(yù)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)方法分析值之間差異的標(biāo)準(zhǔn)偏差。SEP越小，表明模型的預(yù)測(cè)能力就越強(qiáng)。SEP按公式1進(jìn)行計(jì)算

(1)

建立的SBS改性瀝青軟化點(diǎn)快速預(yù)測(cè)定標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)及驗(yàn)證情況如表1。

表1中，實(shí)測(cè)值為參考JTG E20-2011(T0606-2011)提出的方法檢測(cè)得到的SBS改性瀝青軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)值為建立的定量分析模型留一法測(cè)得的值，絕對(duì)偏差為該樣本實(shí)測(cè)值減去預(yù)測(cè)值得到的值，相對(duì)偏差為絕對(duì)偏差除以實(shí)測(cè)值得到的值，以百分?jǐn)?shù)格式顯示。通過(guò)比較實(shí)測(cè)值和測(cè)定值的偏差情況可以大致判斷該定量分析模型的預(yù)測(cè)效果。以軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)值為橫坐標(biāo)，預(yù)測(cè)值為縱坐標(biāo)作圖1，即為該定量分析模型的回歸曲線，列出回歸線的回歸方程及R2于圖中右下角位置。

圖1 SBS改性瀝青軟化點(diǎn)回歸線

以樣本序號(hào)為橫坐標(biāo)，樣本的絕對(duì)偏差為縱坐標(biāo)作圖，可以看出數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)樣本的偏差分布情況及樣本預(yù)測(cè)情況，也可以反應(yīng)該定量分析模型的預(yù)測(cè)效果。該定量分析模型SBS改性瀝青軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)的偏差分布如下圖2，樣本軟化點(diǎn)絕對(duì)偏差均勻分布在0兩側(cè)，且偏差均不大于2。

圖2 SBS改性瀝青軟化點(diǎn)偏差分布圖

所建立的SBS改性瀝青軟化點(diǎn)快速預(yù)測(cè)定標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)信息列于表2中。

表2 SBS改性瀝青軟化點(diǎn)快速預(yù)測(cè)定標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)信息

依據(jù)JTG E20-2011(T0606-2011)，檢測(cè)SBS改性瀝青軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)要求當(dāng)試樣軟化點(diǎn)小于80 ℃時(shí)，重復(fù)性不大于1 ℃，再現(xiàn)性不大于4 ℃；當(dāng)試樣軟化點(diǎn)大于或等于80 ℃時(shí)，重復(fù)性不大于2 ℃，再現(xiàn)性不大于8 ℃。

3 結(jié) 論

建立的SBS改性瀝青軟化點(diǎn)快速預(yù)測(cè)定標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)中樣本軟化點(diǎn)性質(zhì)值小于80 ℃，且預(yù)測(cè)最大偏差為2 ℃，SEP(均方根誤差)為1.05 ℃，遠(yuǎn)小于規(guī)范現(xiàn)有測(cè)試方法再現(xiàn)性允許偏差4 ℃的1.5倍，表明該定標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)庫(kù)中樣本偏差較小，精確度較高，預(yù)測(cè)效果較好，可以用于實(shí)際樣本的檢測(cè)。