本研究由吴霞（重庆交通大学土木工程学院/江西应用技术职业学院建筑工程学院）、何兆益（重庆交通大学土木工程学院）、张思源及甘祥丽（四川省交通建设集团有限责任公司）共同完成，于2024年7月发表在《西南大学学报（自然科学版）》第46卷第7期。该研究题为《川藏过渡区不同气温和风速下沥青混合料降温与压实特性》，旨在探究复杂环境条件下沥青混合料在施工过程中的温度变化规律及其对压实质量的影响，并最终为川藏过渡区等恶劣气候环境下的沥青路面施工提供科学的温度控制依据。
本研究的学术背景属于道路工程领域，具体聚焦于沥青路面施工质量控制。沥青混合料的压实质量是决定路面长期性能的关键，而压实质量在很大程度上取决于碾压时的温度。在川藏过渡区，气温和风速复杂多变，导致沥青混合料在摊铺和碾压过程中降温迅速，使得传统的基于规范经验取值的碾压温度控制方法难以保证压实质量，易引发早期病害。尽管已有研究关注温度场、压实影响因素或机械效率，但多集中于单一因素分析，且缺乏针对特定恶劣环境下不同沥青混合料降温规律与最佳压实温度关联性的系统性、足尺度研究。因此，本研究旨在填补这一空白，通过现场足尺度试验与室内试验相结合，量化分析气温、风速及混合料类型对沥青混合料降温规律和有效压实时间的影响，并基于此建立碾压温度估算模型，为精细化施工提供指导。
本研究的工作流程系统而详细，主要包含以下几个关键步骤：
第一，现场足尺度铺筑试验设计与实施。 研究依托四川省德昌至会理高速公路LM3标段，选取了三个直线试验段（累计长度1600米）进行现场铺筑。研究对象为三种典型的沥青混合料：上面层SMA-13（90# SBS改性沥青）、中面层AC-20C（90# SBS改性沥青）和下面层AC-20（70#基质沥青）。试验方案综合考虑了环境因素，根据当地20年气象资料，设置了三个气温梯度（5~10°C, 10~15°C, 15~20°C）和三个风速梯度（0~3 m/s, 3~6 m/s, 6~9 m/s）。在铺筑过程中，使用手持式气象站监测环境气温和风速，并采用插入式温度计（布置于3个横断面，每个断面5个测点，插入深度为铺层中点）以每分钟一次的频率，持续监测从摊铺开始直至路面温度降至90°C过程中沥青混合料内部的温度变化，以此获取真实的降温曲线。
第二，压实降温特性分析与多因素敏感性分析。 基于现场监测数据，研究团队首先绘制并分析了三种沥青混合料在不同气温、风速组合下的降温过程曲线。随后，为了量化各因素对“有效压实时间”（即温度从摊铺后降至允许碾压温度下限的时间窗口）的影响程度，研究采用了SPSS统计软件中的一般线性模型进行多因素方差正交分析。分析将影响因素分为两类：单一因素（气温A、风速B、混合料类型C）和耦合因素（如气温&风速D）。通过计算各因素的F值，确定了它们对有效压实时间影响的敏感性排序。这一步骤将定性的观察转化为定量的评价，明确了关键控制因素。
第三，室内变温击实试验确定最佳击实温度。 依据“压实等效原则”，研究在室内通过马歇尔击实试验来确定与现场压实效果相对应的最佳击实温度。对每种沥青混合料，设计了以5°C为梯度的多个击实温度（如SMA-13为155-175°C）。在每个温度下成型试件，并测定其毛体积密度，结合最大理论密度计算空隙率。通过分析空隙率随击实温度的变化关系，并依据各类混合料配合比设计确定的最佳空隙率目标值（SMA-13为3.5%，AC-20C和AC-20为3.7%），利用拟合曲线反推出各自的最佳击实温度。此外，还在最佳击实温度下对混合料进行了车辙试验、低温弯曲试验和浸水马歇尔试验，以验证其路用性能满足规范要求，确保该温度的科学性。
第四，建立摊铺及碾压温度估算模型并给出建议值。 基于分数阶温度场理论，并结合本研究特定的现场条件（地形平坦、忽略日照辐射变化率差异），研究推导出了一个简化的温度估算模型：t_i = δ_t * v + t_0。其中，t_i为i时刻温度，δ_t为时间，v为降温速率，t_0为初始温度。以此模型为基础，将室内得到的最佳击实温度t_0作为核心控制点，将现场实测得到的从摊铺到初压完成（约2分钟）的平均降温速率v作为关键参数，联立方程推算了摊铺温度、初压温度、复压温度和终压温度的计算方法。最终，结合不同气温、风速组合下实测的降温速率数据，计算并汇总形成了针对三种沥青混合料在不同环境条件下的具体摊铺及碾压温度建议表。
本研究取得了系统且明确的结果：
在现场降温规律分析方面，结果表明：1) 降温速率受风速影响显著，尤其对SMA-13混合料。例如，在5~10°C气温下，风速从0-3 m/s增至6-9 m/s，SMA-13的降温速率提高了约80%。2) 混合料类型影响其热扩散特性。在摊铺碾压初期，改性沥青混合料（SMA-13, AC-20C）的降温速率普遍快于基质沥青混合料（AC-20）。3) 当风速小于6 m/s且气温高于5°C时，AC-20C与AC-20的压实质量较易保证；而当风速大于3 m/s且气温为5~15°C时，SMA-13因降温过快，有效压实时间短，碾压质量面临挑战。
在多因素敏感性分析中，SPSS方差分析结果提供了量化依据：对有效压实时间的影响，单一因素的敏感性排序为：混合料类型© > 风速(B) > 气温(A)；两因素耦合影响的排序为：气温&风速(D) > 气温&混合料类型(E) > 风速&混合料类型(F)。这证实了环境因素与材料因素必须协同考虑，且气温和风速的共同作用是最关键的外部耦合因素。
在最佳击实温度确定方面，室内试验得出了明确数值：SMA-13、AC-20C和AC-20的最佳击实温度分别为169°C、166°C和152°C。路用性能验证试验表明，在此温度下击实的混合料，其高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性均满足规范要求，证明了该温度值的合理性。
基于以上结果，研究最终得出了具有直接指导意义的结论和应用价值。首先，研究明确了川藏过渡区复杂环境下沥青混合料压实的核心矛盾是温度散失与压实需求的矛盾，并量化了其主要影响因素。其次，研究创造性地将室内最佳击实温度与现场环境降温速率通过理论模型联系起来，建立了一套从材料特性到施工工艺的碾压温度定量确定方法。最终，研究给出了详尽的“不同沥青混合料摊铺及碾压温度建议表”，例如，对于SMA-13在气温5-10°C、风速0-3 m/s条件下，建议摊铺温度为178-187°C，初压温度为169-178°C等。这为施工组织者提供了超越经验规范的、基于具体环境和材料的科学决策工具。研究特别指出，对于SMA-13混合料，在低温（5-15°C）大风（>3 m/s）环境下，按建议温度施工可能导致拌合温度过高，存在沥青老化风险，因此不宜施工或需采用热拌温铺等特殊工艺。
本研究的亮点突出体现在以下几个方面：第一，研究方法的创新性，采用了“现场足尺度试验监测 + 室内变温击实验证 + 理论模型衔接”的完整闭环研究路径，确保了结论的可靠性与实用性。第二，研究对象的特殊性，聚焦于气候条件极端复杂的川藏过渡区，并同时考虑了三种常用沥青混合料，使研究成果具有明确的工程针对性和普适参考价值。第三，分析手段的深入性，不仅进行了定性描述，更运用SPSS多因素方差分析对影响因素进行了精确定量排序，增强了结论的科学性。第四，成果的实用性极强，最终输出的温度建议表具体、清晰，可直接用于指导施工，实现了学术研究向工程实践的精准转化。
此外，研究还对“有效压实时间”进行了补充分析，通过足尺度试验验证了按建议温度施工后各混合料的有效压实时间。结果表明，在低温大风下，AC-20C和AC-20（铺层厚6cm）的有效压实时间仍能大于20分钟，满足施工窗口要求；而SMA-13在气温<15°C、风速>3 m/s时，有效压实时间则不足20分钟，这从时间维度再次印证了对其施工环境限制的结论，并为施工机械效率优化提供了明确目标。
本研究是一项系统解决特定地区沥青路面施工质量控制难题的典范工作。它不仅揭示了川藏过渡区沥青混合料压实降温的内在规律，更重要的是提供了一套从材料测试、环境监测到工艺制定的完整技术框架和具体参数，对提升高寒、大风地区沥青路面的建设质量与耐久性具有重要的科学意义和工程应用价值。