沥青温拌技术作为一种节能环保的绿色技术，在保证路面性能同时，能够在施工中减少能源消耗，降低沥青烟尘排放，延长施工时间，而备受交通行业关注^[1-3]。温拌沥青技术分为沥青降黏温拌技术、表面活性温拌技术、沥青发泡温拌技术3大主流技术体系。其中沥青降黏温拌技术主要是通过降低沥青高温黏度，达到降低沥青混合料拌和与压实温度的效果，该类技术的代表性产品是温拌剂Sasobit^[4]。表面活性温拌技术主要是通过表面活性剂、水与沥青在拌和过程中的润滑剪切作用，增加沥青混合料的低温工作性，该类技术的代表性产品是益路(Evotherm)温拌剂^[5]。目前国内外对温拌沥青老化的研究相对较少，其中张久鹏等^[6-7]建立了基于正戊烷沥青质的温拌沥青老化动力学模型，计算了相关参数，对比研究了温拌沥青与基质沥青的老化动力特性；马育、何亮等^[8-9]从宏观性能和红外光谱分析分别对Evotherm DAT和Sasobit温拌橡胶沥青的老化特征与规律进行了研究；齐秀廷等^[10]认为紫外老化使得温拌橡胶沥青的黏度、车辙因子和临界温度增大，高温性能得到改善；王松等^[11]基于软化点建立了辽河油田AH-90温拌沥青老化动力学方程，获得了相关参数；何东坡等^[12]采用沥青旋转薄膜试验和压力老化试验，对比分析了原样沥青、添加DAT和Sasobit的沥青老化性能。秦永春等^[13]研究了温拌沥青混合料中沥青在施工阶段的老化程度。在相关研究中，普遍采用了热老化模拟温拌沥青的老化状态，而在自然界中，沥青在实际使用过程中会同时受到高温、阳光(紫外光)辐射和雨(雪)水的影响，环境因素耦合作用是致使沥青内部组成和结构发生变化而导致路面提前破坏的重要原因。Xie^[14]等通过室内和现场试验研究了(紫外线，氧化和水)耦合老化对橡胶多空隙混合物(PEM)性能的影响。Shen^[15]等采用佐治亚州沥青老化设备(GAWD)模拟紫外线，水和温度的耦合环境条件研究对干法和湿法处理的橡胶改性沥青混合料性能。丛培良^[16]等研究了光热耦合条件对SBS改性沥青性能的影响。何兆益、冉龙飞^[17-19]等研究了热、光、水耦合条件下SBS改性沥青的老化机理和宏观特性。

本研究设置热、光、水耦合老化条件，采用70^#沥青分别添加有机降黏温拌剂Sasobit和表面活性温拌剂Evotherm DAT，深入分析耦合老化作用对温拌沥青性能的影响程度，建立耦合老化方程，判断耦合老化中主、次显著性影响因素，给出相应性能指标极值和极值条件，为评价环境因素对温拌沥青长期性能的影响提供参考。

以中海70^#A级沥青为原样沥青，Sasobit掺量为沥青质量的3%，DAT掺量质量比为：温拌剂/沥青=5/95, 分别制备AH70^#+Saso、DAT两种温拌沥青，沥青基本性能如表 1所示^[20-21]。

为了能较真实地模拟自然界热、光、水耦合老化条件，研发了沥青加速耦合老化试验箱。耦合老化试验箱由支架、密封箱、制冷装置、加热装置、加湿装置、干燥装置、紫外线辐照装置、风机、人机对话界面和多个传感器组成。

由于在全寿命服役周期内，沥青的光老化主要来自于以紫外光为主的太阳辐射而导致化学键断裂^[15]。因此采用紫外线照度强，光谱波长范围能够造成沥青化学键断裂的高功率高压汞灯作为老化光源，可对沥青进行低于90 ℃的紫外线加速老化；耦合老化试验箱的温控包括了制冷和制热装置，可以模拟高低温环境，其主要技术参数为：(1)工作室尺寸：L×B×H=400 mm×400 mm×500 mm；(2)工作室温度范围：-20~+150 ℃；(3)温度波动度及进度：±0.3，0.1 ℃；(4)湿度：5%~98%；(5)控湿精度：0.1%；(6)恒湿波动度:±2.5%；(7)辐射光谱范围：360~440 nm；(8)光源：100，200，500 W紫外线高压汞灯各两支。试验箱见图 1，其主要技术参数见表 2。

图 1 耦合老化试验箱 Fig. 1 Coupling aging test chamber

由于沥青路表面在太阳辐射下温度可达70 ℃，同时考虑耦合老化箱高压汞灯受热温度不能超过90 ℃的限制，在保证试验安全前提下，将室内耦合老化试验温度(T)设计为55~75 ℃等5个水平。

中国西北部气候较为干燥，年平均相对湿度在30%~40%；南方地区气候较为潮湿，年平均相对湿度可达70%；全国年平均相对湿度在50%左右，在保证试验稳定性前提下，设计耦合老化试验相对湿度(R.H)为35%~50%等5个水平。

我国地域辽阔，不同地区紫外光辐射强度不同，东南西北差异较大，根据拉萨、北京和成都等地的辐射强度，设计紫外光辐射强度分别为16~25 W/m²等5个水平^[22]。

由于热、光、水耦合老化试验是多因素、多水平的复杂试验，因此采用以温度、相对湿度、光照强度为自变量，以针入度、软化点、5 ℃延度、135 ℃布氏黏度、抗车辙因子(G^*/sin δ)、抗疲劳因子(G^*·sin δ)6个沥青性能指标为变量的3因素5水平U₅(5³)均匀设计试验方法^[23-25]。依据均匀设计表设计的耦合老化条件如表 3所示。具体试验方法为：在试验箱上设置温度、湿度和光照强度耦合老化条件，称取(25±0.5)g温拌沥青均匀平摊在12 cm×12 cm金属方盘中，将盘放置于老化箱内，老化时间120 h，测定相关沥青性能指标。

完成耦合老化试验获得观测值后，借助数学工具软件“DPS数据处理系统”和“First Optimization(1stOpt)”，建立模型，进行数据处理和分析^[24-25]，具体方法如下：

(1) 所有试验数据均通过重复性试验获得，并进行正态性检验。

(2) 由于各变量间存在潜在关系(即需多个因变量对多个自变量同时回归建模)，且试验样本容量小于变量个数，因此采用偏最小二乘(Partial Least-squares)的多元数据分析建立二次多项式回归模型，得到各性能指标耦合老化方程，采用数据标准化后的“误差平方和”、“决定系数R²”、“PRESS统计量”评价回归模型的有效性。

(3) 根据耦合老化方程预测各性能指标达到极限状态对应的耦合老化条件。

(4) 由于热、光、水3个条件在耦合作用中可能存在相互依赖性关系，导致多重共线性现象，同时也为了进一步判断耦合老化作用中自变量对变量的影响程度，采用“逐步回归分析方法(F值检验)”将温度、湿度、光强进行逐步回归，通过逐步回归中“显著性水平α值”和“调整相关系数r”的变化，独立评价3个自变量对各性能指标(变量)的影响显著性。为进一步揭示各自变量对变量的重要性和数量关系，同时对进入回归方程的自变量进行“通径分析”，根据通径系数大小和正负，推断各自变量对变量的直接和间接影响程度，逐步回归分析内容包括：

① 回归模型诊断：要求回归方程方差分析F值的显著水平α≤0.05；进行自变量间共线性诊断：逐步回归分析结果中入选自变量的相关系数矩阵特征根中, 若有特征根接近于0，则自变量间可能存在共线性，特征根近似为0的个数即为共线性的数目；若“条件指数k≥10”且相应“方差比＞0.5”时，认为自变量间存在共线性。采用Durbin-Watson统计量d检测，d取值范围介于0~4之间，其值越接近2，说明自变量间相互独立性越强。

② 模型检验结果显著性水平α值的判断标准为：0.001≤α < 0.01，结果极显著；0.01≤α＜0.05，结果显著；0.05≤α＜0.10，结果较显著。

测定耦合老化后Sasobit温拌沥青的性能指标见表 4，根据表 4数据采用偏最小二乘方法建立的二次多项式耦合老化方程见表 5，数据标准化后相关判断参数见图 2。

图 2 数据标准化后模型判断参数(Sasobit温拌沥青) Fig. 2 Judgment parameters of model after data standardization(Sasobit warm mix asphalt)

由图 2可知，建立的Sasobit温拌沥青指标回归方程相关性好；随着自变量个数增加，方程“误差平方和”和“Press残差”不断减小，“回归方程决定系数R²”不断增大，证明热、光、水条件直接对Sasobit温拌沥青产生影响并发生耦合老化作用。采用“逐步回归分析方法”进一步判断热、光、水条件对每个指标的影响程度，见表 6。

由表 6可知，数据共线性诊断证明回归模型可靠，自变量间相互独立；分析自变量的逐步回归和通径分析结果，研究证明：(1)热、水、光耦合老化对针入度作用较显著(水＞热＞光)，其中热、水耦合老化作用显著，由于总影响均为负相关，说明温度升高，光照增强、湿度增大会导致针入度减小；(2)热、光耦合老化对软化点作用显著(光＞热)，与水的耦合作用不显著，由于总影响均为正相关，说明温度升高，光强增强会导致软化点升高；(3)热、光、水耦合老化对延度作用显著(热＞光＞水)，其中热、光耦合作用极显著，由于总影响均为负相关，说明温度升高，湿度增大，光照增强会导致延度减小；(4)热、光耦合老化对黏度作用显著(热＞光)，与水的耦合不显著，由于总影响均为正相关，说明温度升高、光强增强会导致黏度增大；(5)热、水、光耦合老化对抗车辙因子作用显著(热＞光＞水)，其中热、光的耦合老化作用极显著，由于总影响均为正相关，说明温度升高，湿度增加，光照增强会导致温拌沥青变硬，抗车辙性能增强；(6)热、光、水耦合老化对抗疲劳因子作用显著(热＞光＞水)，其中热、光耦合老化作用极显著，由于总影响均为正相关，说明温度升高，湿度增大，光照增强会使抗疲劳因子增大，有利于温拌沥青的抗疲劳性能，建议对此变化趋势进行深入研究。

测定耦合老化后DAT温拌沥青的性能指标如表 7所示，根据表 7数据采用偏最小二乘方法建立的二次多项式耦合老化方程见表 8，数据标准化后相关判断参数见图 3。

图 3 数据标准化后模型判断参数(DAT温拌沥青) Fig. 3 Judgment parameters of model after data standardization(DAT warm mix asphalt)

由图 3可知，建立的DAT温拌沥青指标回归方程相关性好；随着自变量个数增加，方程“误差平方和”和“Press残差”不断减小，回归方程决定系数不断增大，证明热、光、水条件直接对DAT温拌沥青产生影响并发生耦合老化作用。采用“逐步回归分析方法”进一步判断热、光、水条件对每个指标的影响程度，见表 9。由表 9可知，数据共线性诊断证明自变量间相互独立, 回归模型可靠；分析自变量的逐步回归和通径分析结果，研究证明：(1)热、水、光耦合老化对针入度作用显著(热＞光＞水)，其中热、光耦合作用极显著，由于总影响均为负相关，说明温度升高，光照增强，湿度增大会导致针入度减小；(2)热、光、水耦合老化对软化点作用较显著(热＞光＞水)，但热、光耦合作用极显著，由于总影响均为正相关，说明随着温度升高，光照增强，湿度增大会导致软化点升高；(3)热、光耦合老化对延度作用显著(热＞光)，其中温度作用极大，总影响总体为负相关，说明温度升高，光强增强会导致延度值减小；(4)温度的作用对黏度影响显著，由于总影响为正相关，说明温度升高老化会导致温拌沥青黏度增大，而光和水的老化作用不显著；(5)热、光耦合老化对抗车辙因子作用显著(热＞光)，水的作用不显著，由于总影响均为正相关，说明随着温度升高，光照增强会导致温拌沥青抗车辙性能增强；(6)热、光、水耦合对抗疲劳因子作用较显著(热＞水＞光)，但热、光耦合老化作用极显著，由于总影响均为正相关，说明温度升高，湿度增大，光照增强会使抗疲劳因子增大，有利于温拌沥青的抗疲劳性能，建议对此变化趋势进行深入研究。

将2种类型温拌沥青的耦合老化影响分析汇总，并根据表 5、表 8建立的模型采用1stopt软件计算出相应性能指标老化预测极值供参考，见表 10。

从上述分析可知，热、光、水耦合条件对两类温拌沥青的老化作用单因素与多因素耦合老化作用均显著，受耦合老化影响最大的是针入度指标，表现为针入度值急剧降低，其中，DAT温拌沥青针入度变化大于Sasobit温拌沥青。相关性能指标的变化说明耦合老化后，沥青的黏弹性减弱，相应高温性能，耐久性得到一定提升；显著性分析同时表明，热、光、水耦合老化作用中热(温度)、光(紫外线)的老化作用更加显著，水(湿度)的影响较小。

(1) 研发室内加速耦合老化试验箱，设计热、光、水耦合条件，根据均匀设计，采用试验研究与统计分析、数值计算结合的方法揭示了热、光、水耦合条件对两类温拌沥青老化作用的显著性，分析了各因素的影响水平，证明温度变化对温拌沥青老化作用最显著，其次是光，湿度的影响相对较小。

(2) 发现热、光、水耦合条件不是对所有温拌沥青性能指标影响都显著；针对Sasobit温拌沥青，对软化点、黏度产生显著性影响的是热、光耦合老化作用，水的影响不显著；针对DAT温拌沥青，仅温度的作用对黏度影响显著，光、水耦合老化作用不显著，仅热、光耦合老化作用对抗车辙因子影响显著，水的作用不显著。

(3) 证明热、水、光耦合老化作用对两类温拌沥青的针入度、延度的影响为负相关，作用总趋势是温度升高，光照增强、湿度增大会导致针入度和延度减小。

(4) 证明热、水、光耦合老化作用对两类温拌沥青的软化点、黏度、抗车辙因子、抗疲劳因子的影响均为正相关。作用总趋势是温度升高，光强增强会导致软化点升高，黏度、抗车辙因子、抗疲劳因子增大, 说明耦合老化作用有利于沥青的抗车辙性能和抗疲劳性能。

(5) 建立了两种类型温拌沥青各性能指标的耦合老化方程，给出了各性能指标预测极值及对应耦合老化条件。

(6) 本研究设计热、光、水耦合老化条件模拟自然环境，研究温度、光强、湿度耦合作用对温拌沥青性能影响的显著性，为评价环境因素对温拌沥青长期性能的影响提供参考。后续工作需结合微观实验和分析方法研究热、光、水耦合条件对温拌沥青性能产生影响的作用机制。