沥青路面出现各种破坏、路面性能和寿命明显降低, 均与沥青混合料的变异性有很大关系^[1].细集料离析后，细集料集中区域，混合料矿料间隙率过小，不能形成骨架结构，会导致高温稳定性能下降，容易发生车辙现象；而出现粗集料离析，局部位置混合料矿料间隙率过大，雨天路面在行车荷载作用下，动水冲刷严重，会导致水损害的发生^[2].目前，国内外工程人员已经对沥青路面的离析展开了一系列研究，但并没有将离析作为最终施工验收的指标，只是在施工过程中对材料的变异性进行部分控制，依赖于从视觉上直观判定离析的发生和程度，受主观因素的影响较大，属于定性分析^[3-6].对于如何在实际工程中系统分析离析发生及其程度缺乏定量的评价标准和判定依据.

当沥青路面出现离析后，其路用性能显著降低^[7]，严重影响了其服务水平和使用寿命.本文通过室内模拟试验，设计成型不同离析程度的混合料试件，分析混合料级配离析与路用性能、表观特性以及体积指标之间的相关关系^[8]，建立基于体积指标以及构造深度和密度的混合料非均匀性预测和评价标准，试图用于预测施工过程中离析的发生，并对成型路面的离析程度进行评价和预测.

1 离析沥青混合料设计 1.1 原材料设计

集料的公称粒径越大的混合料发生离析的概率越大，本文拟选用AC-20混合料模拟混合料离析.

1) 集料特性参数

本试验采用的集料为陕西临潼产玄武岩，矿粉则由石灰岩磨制而成.集料密度如表 1，经检查各项指标均满足要求.

2) 沥青材料参数

采用SBS改性沥青，指标检测结果见表 2.

1.2 无离析混合料设计

1) 确定混合料级配

本研究的级配设计方法选用马歇尔设计方法, 设计AC-20矿料级配，矿料级配见表 3.

2) 确定最佳沥青用量

采用马歇尔法确定最佳沥青用量.依据经验，初步确定AC-20采用SBS改性沥青的油石比为4.5%，空隙率和毛体积密度分别为3.585%和2.491 g/cm³.

1.3 离析混合料设计

结合现场钻芯取样分析结果发现，对于AC-20型沥青混合料，拟采用调试4.75 mm和9.50 mm这两个关键性筛孔的通过率大小来模拟不同离析程度.将混合料分为3部分，4.75 mm以下的为第1部分，4.75~9.50 mm为第2部分，9.50 mm以上为第3部分，分别记为A、B、C.依据表 3的合成级配结果，无离析标准级配A、B、C三部分的比例为：A:B:C=20.3:36.5:43.2.

采用燃烧炉法确定AC-20型沥青混合料的沥青含量.测得A、B、C三部分的沥青含量如表 4所示.

为了确定所设计的A、B、C三部分混合料的各档筛孔的通过率信息，燃烧后筛分试验2次以减小误差，筛分后的通过率情况见表 5.

1) 离析级配的确定

根据划分的A、B、C三部分混合料经筛分后的通过率实际情况，按照级配合成的原理, 初步调试合成的不同离析程度混合料的各档混合料比例如表 6所示.

2) 离析混合料沥青含量的确定方法

本文采用燃烧炉法测定沥青含量，所设计的AC-20标准级配分3次平行试验，标定结果见表 7.

最终根据燃烧法实测得到各不同离析程度的AC-20型沥青混合料的沥青含量如表 8所示.

按照上文所确定的A、B、C三部分的级配比例以及所测得的沥青含量，在室内进行初步试拌，模拟不同离析程度的沥青混合料，通过观察不同离析程度沥青混合料的初拌试样以及初拌效果，可以发现不同离析程度的混合料其色泽、搅拌的和易性以及成型情况都有所差别，观察描述如表 9.

通过观察可以发现，中度离析的沥青混合料在拌和的过程中已出现少量的离析现象，拌和和易性开始变差；当级配处于重度离析状态时，拌和的和易性已变得非常差.分析原因，是因为随着离析状态的加重，粗集料增多，细集料减少，粗集料之间的嵌挤摩擦力作用明显，而细集料的润滑作用减弱，导致和易性变差，制作马歇尔试件时很难成型且成型试件的高度浮动变化较大.

对于细集料离析沥青混合料，其光泽明显低于正常级配，可能是因为发生细集料离析的混合料集料总表面积较大，吸附沥青的能力更强，导致集料表面沥青膜较薄而造成的.

2 级配离析对混合料路用性能影响分析 2.1 级配离析对混合料高温稳定性能的影响分析

本试验采用国产车辙试验仪，通过测定试件的动稳定度来评价混合料的高温性能.不同离析程度混合料的试验结果如图 1所示.

由图 1可见，当混合料处于轻度离析和中度离析状态时，测得的动稳定度与无离析状态下的混合料差异并不显著，抗车辙性能并未发生显著变化；而当混合料发生细集料离析和重度离析时，其动稳定度会显著下降，抗车辙性能明显下降.

当混合料处于轻度离析状态和中度离析状态时，虽然空隙率比较大，但在适当的作用功下能形成较好的骨架结构，从而提高混合料的高温抗车辙性能.发生重度离析混合料的动稳定度较正常级配混合料偏低，这可能是级配偏差过大、压实功不足而不能形成良好的骨架结构而造成的.因此，在实际工程中，路面车辙损坏频发区域除了细集料集中的部位，还有一部分是发生重度粗集料离析的部位.

2.2 离析程度对混合料水稳性能的影响分析

本文采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价各离析类型沥青混合料的水稳性能，试验结果如图 2、3所示.

由图 2可知，与正常级配的无离析混合料相比，经过干湿循环之后各离析混合料浸水前后的稳定度值均有减小，但标准级配混合料的残留稳定度并不是最大的，反而是发生细集料离析的混合料的残留稳定度最大，提升了约4.9%，而轻度离析、中度离析、重度离析混合料的残留稳定度分别下降了约4.4%、7.5%、14.4%.

由图 3可知，与无离析混合料相比，轻度离析、中度离析、重度离析混合料冻融前后的劈裂强度均有所降低，冻融劈裂强度比也出现大幅度下降，分别下降了4.5%、23.6%、38.6%，而发生细集料离析的混合料冻融前后的劈裂强度反而有所提高，分别提高了9%，18.7%，冻融劈裂强度比提高了约6.3%.

对比两组试验结果可知，两种水稳定性评价方法最终的试验结果相当.细集料离析增大了与沥青产生交互作用的矿料表面积，从而使结构沥青比重增大，提高了沥青混合料之间的黏聚力，导致水稳定性不降反升.在相同的击实功下成型试件，随着混合料离析程度的逐渐加重，空隙率将大幅度提高，因此，在沥青膜厚度相同的情况下，水更容易使沥青从集料表面剥落，使得沥青与集料间的黏附性变差，沥青的抗剥落作用逐渐减弱，从而导致混合料的水稳定性大大降低.

2.3 级配离析对混合料表面特征参数的影响分析

本文采用铺沙法测定混合料试件的构造深度，采用无核密度仪测定所成型车辙板的密度.

由表 10可知，当混合料处于轻度、中度、重度离析状态时，与正常级配状态的混合料相比，试件的构造深度以及渗水性都将发生显著变化，其中重度离析混合料构造深度相对于正常级配混合料提高了约2倍，渗水系数更是提高了1个数量级，显然这样的现象有利于提高路面的抗滑性能，但不利于路面的防渗水性能.当混合料发生细集料离析时，混合料试件的构造深度相比正常级配混合料试件，并没有显著的变化.

通过以上试验可以发现，对于粗集料的离析程度判定可以用构造深度作为参考值，而对于细集料集中的区域，使用混合料的密度可以从内部整体地反映沥青混合料路面铺筑的均匀性.因此，可以尝试性地将两者结合起来，建立沥青路面非均匀性的评价标准，在路面验收中可以作为参考性的验收标准.

2.4 级配离析对混合料试件体积参数的影响分析

按照上文所确定的级配组成和沥青含量，制作马歇尔试件.以空隙率为横坐标x轴、各体积指标为纵坐标y轴做相关性分析，具体结果如图 4、5所示.

从图 4、5可以看出，离析混合料的空隙率与其他体积指标具有良好的线性相关性，当空隙率增大时，混合料毛体积密度、沥青饱和度和有效沥青百分比均减小，而矿料间隙率则增大，因为空隙率和有效沥青体积率之和等于矿料间隙率，所以有效沥青比例和沥青饱和度均和空隙率成反比，而矿料间隙率和空隙率成正比，试验结果与理论相契合.

基于体积参数的级配离析程度标准，制备不同离析程度的沥青混合料，按照要求成型车辙板，每组车辙板在不同位置通过钻芯取4个样，再通过表干法测定试件的体积指标，得到不同离析程度混合料的体积参数.

1) 基于空隙率与矿料间隙率以及沥青饱和度的离析评价

分别取空隙率和矿料间隙率以及空隙率和沥青饱和度的试验数据进行分析，经处理可得图 6和图 7.

对所测得的数据进行整理发现，当混合料发生细集料离析、无离析、轻度离析、中度离析、重度离析时，空隙率分别在0~4%、3%~7%、7%~9%、9%~11%、11%~13%的范围内波动，而矿料间隙率则分别在11%~14%、13%~16%、15%~18%、16%~19%、18%~20%的范围内波动，而沥青饱和度则分别在70%~90%、55%~75%、45%~55%、38% ~48%、30%~40%的范围内波动.

2) 基于体积指标的离析判定标准提出

许多研究都指出采用单一的变量指标(空隙率)来评价离析程度是不合理的^[10]，本文初步拟定采用空隙率、沥青饱和度以及矿料间隙率作为评价指标，通过分析3个指标的变化大小来评价混合料的离析程度，从而建立基于体积参数的离析判定标准.

对上述分析结果进行整合，可得出基于空隙率、矿料间隙率以及沥青饱和度指标的离析判定标准，具体如表 11所示.

表 11给出判定离析程度的体积指标及其范围，也适用于对混合料生产的质量控制，通过对拌和楼进行取料、成型试件并测定试件的体积指标对离析状态进行预测.在后期的施工检测过程中，也可以通过钻芯试验测定体积指标，用于对路面的离析状况进行评价，或者采用无核密度仪等检测手段获取路面密度数据进行转换，获取体积指标数据后，实现对路面离析状况进行评价.

3 结论

本文通过室内模拟试验，设计成型不同离析程度的混合料试件，并进行了路用性能、表观特性以及体积指标试验，研究发现：

1) 级配离析对沥青混合料的高温性能影响显著，无离析混合料的抗车辙性能最好，轻度离析和中度离析变异不明显，细集料离析和重度离析发生后，抗车辙性能严重下降，动稳定度降幅分别达到46%和66%，且随着离析程度的增加而加剧.

2) 细集料离析混合料的水稳定性略有改善，残留稳定度和冻融劈裂强度比分别提高4.9%和6.3%，随着粗集料离析程度增加，抗水损害性能下降明显，发生重度离析的沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂比分别下降14.4%和38.6%.

3) 构造深度和渗水系数对于粗集料离析较为敏感，对于细集料离析则变化不明显，粗集料的离析程度判定可以用构造深度作为参考值，而对于细集料集中的区域，可以尝试性地与混合料密度结合起来.

4) 发生细集料离析时，混合料的毛体积密度、沥青饱和度和有效沥青比例较无离析状态有所提高，而空隙率和矿料间隙率则减小.随着粗集料离析程度的增加，混合料的空隙率及矿料间隙率逐渐增大，而毛体积密度以及沥青饱和度呈逐渐减小趋势，但降幅并不明显.

5) 推荐采用矿料间隙率、空隙率和沥青饱和度作为评价沥青混合料离析程度的指标，本文建立的基于体积指标的离析预测和判定标准，可用于对沥青混合料的离析程度进行评价，进而实现对路面离析可能性的预测.