温度离析是指热拌沥青混合料在运输、卸料和施工过程中由于热量流失的不均衡而产生明显的温度差异，摊铺到路面时，局部区域的物料温度甚至低于沥青混合料所需的摊铺温度。低温时沥青混合料流动性较差，不能被压实，从而造成摊铺表面的不平整，一些较冷区域的混合料还可能冷却结块。碾压时，结块物料可能会承受压路机的全部重量而超载碎裂并出现裂纹，造成混合料不能碾压成型，破坏路面结构，影响路面强度^{[1, 2, 3]} 。近年由于节能减排的需求，温拌沥青路面技术在国内外引起重视。温拌沥青混合料是一种新型的沥青混合料，其施工温度介于热拌沥青混合料与冷拌沥青混合料之间，属于一种降低能源消耗、减少污染气体排放的环保型新材料。它通过掺加温拌剂能在更低的温度下拌和、摊铺及压实，可具有与相应的热拌沥青混合料一致甚至更优的路用性能，从而降低了生产过程中的能源消耗和烟尘等废弃物的排放量^{[4, 5, 6, 7]}。由于降低了沥青混合料施工温度，温拌沥青混合料摊铺碾压时可保证压实质量的适宜温度区间，与热拌沥青混合料相比较为狭窄，更易引起温度离析问题。但目前尚无关于温拌沥青混合料温度离析的研究，更无其温度离析的评价标准。以往对于沥青路面温度离析的监测一般主要是借助红外温度枪和插入式温度计对摊铺区域不同部位取点进行现场温度观测和记录，这种方式难以快速准确有效地判断摊铺区域是否产生较大温度差异。为此，有研究者建议可用红外线热像仪和无核密度仪有效地进行沥青路面施工温度监测与压实度控制^{[8, 9, 10, 11, 12]}。本文结合高速公路温拌沥青路面现场施工，借助先进的温度测试设备红外线热像仪监测温拌沥青混凝土施工温度，并通过无核密度仪进行大范围的密度、空隙率检测，配合现场钻芯取样测试空隙率、密度等指标，评价碾压温度对温拌沥青层压实质量的影响，分析温拌沥青路面温度离析状况及其成因，提出适宜的温拌沥青混凝土最低碾压控制温度，建立其温度离析的评价标准，弥补现有温拌沥青路面技术的不足，以指导温拌沥青路面现场施工。

1 温拌沥青路面试验路情况

温拌沥青路面试验路面为某高速公路路面工程NO.A合同段一隧道及其附近沥青路面的中面层，全长1 160 m。本研究针对所依托高速公路隧道比例大、隧道长度长的特点，在隧道沥青混凝土铺装中引入沥青混合料温拌技术，减少燃料能源的消耗，同时降低混合料拌和温度，减少烟尘，保护环境，改善隧道内的施工条件，最大限度地保护施工人员的健康。

隧道路面中面层采用6 cm中粒式AC-20温拌沥青混凝土。沥青为SBS(I-D)改性沥青，其性能指标试验测试结果如表 1所示。集料为石灰岩，其中粗集料压碎值为20.6%，针片状颗粒含量为9.6%，含泥量为0.4%，分为3档规格，分别为9.5～19，4.75～9.5，2.36～4.75 mm，其吸水率分别为0.30，0.37，0.47，表观相对密度分别为2.723，2.725，2.720，毛体积相对密度分别为2.701，2.698，2.686。细集料为石灰岩加工所得的石屑，规格为0～2.36 mm，表观相对密度为2.673。填料为石灰岩矿粉，表观相对密度为2.695。SBS改性沥青混合料AC-20的矿料组成掺配比例为:1^#粗集料∶2^#粗集料∶3^#粗集料∶4^#细集料∶矿粉=35∶30∶6∶28∶1，其级配组成和马歇尔试验结果分别如表 2、表 3所示。

通过室内性能对比试验选用温拌剂Sasobit，其掺量为沥青用量的3%。它是由德国Sasol-Wax公司于1997年研发，外观为白色或淡黄色固体小颗粒，属于一种新型聚烯烃类沥青普适改性剂，为有机降黏型温拌剂。其机理为加入低熔点的有机添加剂到沥青或者混合料中，温拌剂熔化后在沥青中起到润滑作用，降低了沥青的黏度，从而降低沥青混合料拌和温度。其密度为0.9 g/cm³，熔点为115 ℃，闪点为286 ℃，135 ℃黏度为5.47×10^-3 Pa·s，150 ℃ 黏度为3.26×10^-3 Pa·s。

AC-20温拌沥青混凝土中面层施工时采用1台福格勒super2100型履带式沥青摊铺机摊铺。其碾压工序为：初压，用戴纳派克624双钢轮压路机(12 t)静压1遍；复压，用戴纳派克624双钢轮压路机(12 t)振压3~4遍，用徐工XP-303胶轮压路机(29 t)碾压2~3遍；终压,用戴纳派克624双钢轮压路机(12 t)静压2遍。

温拌沥青混凝土在摊铺碾压过程中，由于摊铺前其混合料在摊铺机中进行了二次搅拌，摊铺温度的离析情况不明显，所以在整个现场施工中，重点对碾压温度(初压温度)进行了监测。首先使用红外线热像仪结合红外温度枪对摊铺面的碾压温度分布情况进行监测，记录不同温度离析情况。待碾压完成后，使用无核密度仪检测相应位置的密度、空隙率，并进行必要的钻芯取样以比对校正。最后，对比红外线热像仪图片与无核密度仪数据，分析温度离析对路面质量的影响。先后检测了215个点的碾压温度、密度、压实度和空隙率。有关的试验检测结果例举如图 1和表 4所示。

图 1 碾压区域红外线图像(单位：℃) Fig. 1 Infrared imagery of rolling area(unit:℃)

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(1)隧道右洞K54+910,见图 1(a)。图中出现了一条很明显的深红色带状离析区域，它与相邻高温区温度相差15 ℃，此离析带空隙率普遍偏大，压实效果不理想。产生这种离析带的原因是摊铺出来的路面温度沿路线方向呈条状分布，深红色带状离析区域粗集料堆积，没有进行及时的碾压，导致矿料间的空隙较大，散热速度比其他区域快。

(2)隧道右洞K55+020，见图 1(b)。图中点a和点e的温度分别为116.1，135.8 ℃，两者相差19.7 ℃，并且其他区域的温度分布不均匀，存在着温度离析现象。对应红外线热像仪所测位置，应用无核密度仪测得的密度、空隙率(如表 4所示)表明，在温度存在明显差异的部位，沥青面层的密度随碾压温度的升高呈增大的趋势。该处出现多个温度离析的原因是沥青混合料在车上出现温度离析，并且摊铺机启动不久，二次搅拌不够均匀。

(3)隧道右洞K55+080，见图 1(c)。图中摊铺区域内碾压温度均较高，温度差别约在10 ℃左右。表 4中数据表明，相对较低温度的区域密度变化不大，与周边温度较高区域的面层密度比较接近，温度离析不明显。它与其他温度较高区域处于同一个碾压带上，在压路机相同压实功的作用下，无论温度较高或较低的区域，温拌沥青混凝土面层的松铺压缩比相同，所以密度变化不大。

(4)隧道左洞K55+727，见图 1(d)。图中整个摊铺区域温度比较均匀，温度也较高，没有发生温度离析。表 4中检测数据表明，当碾压温度在144 ℃ 以上时，路面压实情况良好。整个路段施工温度比较均匀，主要是由于温拌沥青混凝土摊铺之前进行了二次拌和，并严格按照碾压工序施工，基本消除了温度离析，效果明显。
(5)隧道左洞K55+790，见图 1(e)。图中显示碾压过程中距离左侧0.5~2.5 m区域，较两侧温度要高。由于沥青混合料在行驶过程中，卡车周边的混合料温度大幅降低，但由于导热性能低的缘故，热量从混合料堆的中心向四面传导的速度相当缓慢。当卡车抵达摊铺现场时，卡车周边物料的温度就会大大低于物料中部的温度，出现温度离析。
(6)隧道左洞K52+810，见图 1(f)。图中显示路表面的物料有冷却现象。因为沥青混合料在运输车上与车发生热传递，加上随着时间增加，整体温度在降低，卸料过程中，车厢中部的物料因温度高、黏性低首先被卸到摊铺料斗中，而靠近车厢壁的物料总是最后落在料斗的两侧和顶部；高温物料又是最先摊铺到基层上，而低温混合料被延时到最后摊铺。这个过程进一步加剧了沥青混合料温度的不均匀性，温度的离析更加严重，而且每辆车的运输和卸料都会出现这种离析现象。所以合理确定拌和时间和拌和工艺是非常重要的。

(7)隧道左洞K52+940，见图 1(g)。图中料车到后继续摊铺，出现了两个温度带，有明显的横向分界线。由于拌和站拌和能力不足，运料汽车故障，造成摊铺现场供料跟不上摊铺要求而引起摊铺机停机等料，这时摊铺出来的混合料会发生急剧降温，特别是熨平板后面一段，压路机不能紧跟碾压。空气接触面大，降温快，从而可以明显看出等料前的温度差异。

从图 2可以看出，沥青下面层AC-20的芯样密度与PQI密度的相关系数R²为0.989 5，说明使用无核密度仪PQI用于检测沥青中面层AC-20密度的结果是可靠的。

图 2 芯样密度与PQI密度的关系 Fig. 2 Relationship between core sample density and PQI density

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根据现场检测的温拌沥青混凝土表面碾压温度与空隙率数据，绘制碾压温度与密度、空隙率、压实度以及碾压温度差与密度差、空隙率差、压实度差等关系曲线如图 3和图 4所示。其中有关参量差值为其全试验路段的平均值与实测值之差，碾压温度、空隙率、密度的平均值分别为138 ℃,5.2%,2 433 kg/m³。由图可知，随着碾压温度的增加，温拌沥青混凝土的密度、压实度逐渐增大，空隙率降低。当碾压温度在110~134 ℃区间时，碾压温度与密度、空隙率、压实度具有良好的线性相关性，相关系数平方值R²均为0.963 8。当碾压温度超过134 ℃ 或者低于110 ℃时，密度、空隙率、压实度随碾压温度的变化偏离了总体线性规律。这是由于随着碾压温度的上升，空隙率变小，路面越密实，此后路面也越来越难以继续压实；而随着碾压温度的降低，温度离析程度的加重，空隙率急剧增大，路面压实度急剧降低。

图 3 碾压温度与密度、空隙率、压实度的关系 Fig. 3 Relationship between rolling temperature and density/voids/compactness

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图 4 碾压温度差与密度差、空隙率差、压实度差的关系 Fig. 4 Relationship between rolling temperature difference and density difference/voids difference/compactmes difference

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根据我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)^[13]中针对改性沥青混凝土面层的压实度规定，若以最大理论密度作为质量控制标准，改性沥青混凝土面层的压实度不应低于94％，即空隙率不应低于6%。根据现场测试的215个样本结果，以95％的保证率，压实度为94％时，=0.112(n=215),则其代表值K=94％+×S=94％+0.112×1.7％=94.2％。根据图 3(c)，温拌沥青混凝土碾压温度至少应在134.86 ℃以上，才能保证压实度不应低于94.2%的要求,所以宜将温拌沥青混合料最低碾压控制温度设为135 ℃。事实上，此结论也与图 5所示的室内变温击实试验结果一致。与《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)^[13] 规定的热拌改性沥青混凝土最低碾压温度150 ℃相比，降低了15 ℃；与现场隧道外热拌SBS改性沥青混凝土AC-20碾压温度165 ℃相比，降低了30 ℃。图 5为 AC-20温拌沥青混合料空隙率随击实温度的变化图。

图 5 AC-20温拌沥青混合料空隙率随击实温度的变化 Fig. 5 Voids of AC-20 warm mixed asphalt varying with compaction temperature

图选项

为了控制温度离析，人们针对热拌沥青混凝土温度离析的评价指标及其标准开展了一系列的研究工作，所提出的评价指标包括表面构造深度(比值)、空隙率(空隙率差)、密度(密度差)、碾压温度差等，如2000年美国国家交通委员会(TRB)设立了研究项目“热拌沥青混合料路面的离析”(NCHRP 441)，由美国国家沥青研究中心承担该课题的研究^[14]，提出了温度离析的碾压温度差评价指标及其标准，如表 5所示。

若按此标准，图 1(a)中离析带为轻度离析；图 1(b)和图 1(f)所示区域达到中重度离析，图 1(c)中除个别点为严重离析外，一般为轻中度离析；图 1(d)所示区域未出现离析；图 1(e)中局部区域达到中度离析；图 1(g)中局部区域达到轻度离析。此外温拌沥青混凝土试验路大部分区域均未出现温度离析现象。但由于温拌沥青混凝土施工温度相对较低，适宜的碾压温度范围相对较窄，有必要研究提出专门针对温拌沥青混凝土的温度离析评价标准。

美国在提出碾压温度差评价指标及其标准的同时，还提出不同离析情况下空隙率的变化范围^[14]，如表 6所示。温度离析评价标准应能反映碾压温度的变化对沥青路面压实质量以及路面强度等路用性能的影响程度，以达到改善施工条件、提高施工质量的目的。故可以参照美国提出的热拌沥青混凝土不同温度离析程度时的空隙率变化范围，确定温拌沥青混凝土温度离析的碾压温度差评价标准。由此根据图 4(b)示意的温拌沥青混凝土碾压温度差与空隙率差之间的关系，可以得到温拌沥青混凝土温度离析的碾压温度差评价标准，其中严重离析时碾压温度差为30 ℃，此值超过了表 5中所列的21 ℃标准，与温拌沥青混凝土施工控制温度范围相对较窄的现实不相一致。其原因主要在于与美国空隙率差计算的基准值为未离析区的空隙率的做法不同，此处是以平均空隙率5.2%为基准值，如以空隙率差2%为未离析标准时，实际空隙率达到7.2%，接近于非排水性沥青路面空隙率8%的临界值，即易于产生水损害的危险空隙率范围。因此，不应以平均空隙率作为空隙率差计算的基准值。Mary S G提出热拌沥青混凝土空隙率在3%~5%之间时为未离析状况^[15]，若以3%和中值4%作为空隙率基准值，则可分别得到基于空隙率差的温拌沥青混凝土温度离析的碾压温度差评价标准，并提出综合推荐标准，如表 7所示。

根据图 3(a)所示，温拌沥青混凝土碾压温度与密度之间的相关性较强，相关系数平方R²为0.963 8，呈现出良好的线性相关性。故可以参照江苏省交通科学研究院针对热拌沥青混凝土提出的密度差离析评价标准^[8](如表 8所示)，根据图 4(a)所示的温拌沥青混凝土碾压温度差与密度差之间的线性关系，确定温拌沥青混凝土温度离析的碾压温度差评价标准如表 9所示。与表 5所示的热拌沥青混凝土温度离析碾压温度差评价标准相比，以密度差为依据得出的温拌沥青混凝土温度离析的碾压温度差评价标准范围缩窄了2~4 ℃。显然，这一结果与温拌沥青混凝土施工控制温度范围相对较窄的现实是一致的。Mary S G提出热拌沥青混凝土空隙率在9%以上属于严重离析^[15]，参照此标准，根据图 3(b)可得对应的碾压温度为119.62 ℃，即碾压温度差为18.38 ℃，接近于表 9中严重离析的标准，但与表 7的推荐值19 ℃ 一致。

以表 9所示标准重新评价图 1所示区域的温度离析情况，可以发现，图 1(a)中离析带为中度离析；图 1(b)所示区域为中重度离析；图 1(c)中除个别点为严重离析外，一般为轻中度离析；图 1(d)所示区域未出现离析；图 1(e)中局部区域达到严重离析；图 1(f)所示区域达到严重离析；图 1(g)中局部区域达到中度离析。除图 1(d)所示区域外，离析程度均有所加重。

由于温拌沥青混凝土压实质量好坏对碾压温度变化较为敏感，易产生温度离析，在制订温度离析评价标准时宜要求严格。因此，综合比较表 7和表 9结果，推荐温拌沥青混凝土温度离析的碾压温度差评价标准如表 10所示。

本文结合长隧道温拌SBS改性沥青路面施工，利用红外线热像仪和无核密度仪分别检测了温拌沥青混合料的碾压温度和密度、空隙率、压实度，分析了其温度离析情况及其产生的原因。根据测试数据分析，建议温拌SBS改性沥青混合料施工的最低碾压控制温度宜为135 ℃，相比同样条件下的热拌SBS改性沥青混合料，碾压温度下降了15 ℃(规范规定的最低温度)及30 ℃(实际施工温度)。最后提出了基于空隙率差和密度差标准的温拌沥青混合料温度离析的碾压温度差评价标准，温拌沥青混合料温度离析可划分为4种不同的离析程度：未离析、轻度离析、中度离析和重度离析，相应的碾压温度差评价标准分别为<4，4~11，11-17，>17 ℃。