彩色沥青技术指标及其耐久性能研究

简 毅

(湖南大学 设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410082)

彩色沥青技术指标及其耐久性能研究

简 毅

(湖南大学 设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410082)

给出彩色沥青制备参数，自行制备了红色、黄色、绿色、蓝色4种彩色沥青。对4种沥青的针入度、软化点进行检测，并计算了T1.2和T800，以评定彩色沥青胶结料的高、低温性能。采用RTFOT和PAV试验模拟沥青的短期和长期老化，检测试样老化前后的三原色模式(RGB)，定义了色彩鲜艳度指数评定彩色沥青的色泽耐久性。结果表明：染料的掺入使得无色沥青的高温性能得到提高，蓝色沥青增加幅度最大，红色最小；低温抗裂性能变化趋势正好相反；经RTFOT老化和PAV老化后，4种彩色沥青色彩鲜艳度削弱幅度由大到小依次为：蓝色>黄色>红色>绿色。蓝色沥青色泽耐久性最差，绿色沥青色泽耐久性最好；蓝色沥青的色泽老化主要集中短期老化阶段，即混合料生产拌和阶段；绿色沥青老化过程主要集中于长期老化阶段。

彩色沥青； 耐久性； RGB； RTFOT； PAV； 针入度

0 引言

以往道路主要为黑色沥青或水泥混凝土面层，色彩则为白和黑，较为单调且不美观，长时间驾驶容易造成驾驶员视觉疲劳[1]，甚至发生交通事故。彩色路面以其美观、视觉警觉性好，尤其适用于市政道路专用车道或功能区分。目前彩色路面可通过较多方式获得，如在道路表面涂刷染料；采用有色集料同沥青拌合(一般为红色集料+黑色沥青，但辨识度不好)；施工较大孔隙沥青混凝土，辅以填充有色浆体；采用有色沥青与色泽较浅集料拌和[2-5]。其中采用彩色沥青与色泽较浅集料拌和，辨识度较好，工程一般常用红色、黄色、绿色和蓝色彩色沥青。

但有色沥青随着服役时间的延长，其色泽辨识度有所降低，影响沥青混合料的视觉功能效果。故

本文自制红色、黄色、绿色和蓝色4种彩色沥青，以RTFOT和PAV试验分别对沥青的短期和长期老化，采用拍照设备和PS软件检测图像的三原色模式参数(RGB)，以评判各彩色沥青的耐老化性能。另将无机的染料同有机的沥青混合后[6，7]，势必会影响原样沥青的路用性能，故对彩色沥青的针入度(15、25、30 ℃)和软化点常规指标进行检测，并计算当量软化点和当量脆点，以评定彩色沥青的高温、低温性能，供类似工程参考。

1 原材料

无色沥青采用广州市路宝沥青有限公司生产的Shell无色沥青，其技术指标检测结果见表1。染料以工程常用4种色彩为准，选用红色(铁红)、黄色(柠檬黄)、绿色(美术绿)、蓝色(宝蓝)，染料与沥青混合前均于(105±5) ℃温度下烘干12 h，确保染料无受潮结块现象。

表1 壳牌无色沥青技术指标检测结果针入度(25℃，100g，5s)/(01mm)软化点/℃含蜡量/%动力粘度/(Pa·s)60℃135℃25℃残留延度/cm溶解度/%密度(25℃)/(g·cm-3)633524187450118>10099910193

2 试验方案设计

2.1 彩色沥青的制备参数

采用型号为BME100LT高速剪切仪对彩色沥青(基质沥青+染料)进行搅拌剪切，保证染料能够均匀分布于基质沥青中，防止彩色沥青离析。沥青温度的控制采用可调式加热保温罩，温控精度±0.1 ℃。

彩色沥青参数为：染料比例以染料占沥青质量百分比计(本文采用80%)；基质沥青加热温度为160 ℃，加热至规定温度后采用可调式加热保温罩保持剪切温度；高速剪切仪剪切速率为4 000 r/min；剪切时间为30 min。

2.2 彩色沥青技术指标试验

由于沥青中含蜡量的影响，使得沥青的2个指标弗拉斯脆点以及环与球法实测软化点不能很好的表征沥青胶结料的低温抗裂性和高温稳定性，且这种误差性随着蜡含量的增大而增大[8]。故本文分别采用《公路沥青及沥青混合料试验规程》[9]T0604-2011和T0606-2011的方法检测制备的红色、黄色、蓝色、绿色彩色沥青的针入度(15 ℃、20℃、30 ℃)和软化点，并计算各色彩沥青的当量脆点T1.2和当量软化点T800，探究彩色沥青的高、低温性能。

2.3 彩色沥青耐久性能试验

由于工程施工阶段需对沥青胶结料保温储存、加热拌合，服役期间混合料也须接受紫外线的辐射，从而导致彩色沥青不得不经历生产过程短期老化以及服役过程长期老化的历程，使得彩色沥青胶结料的技术指标及色彩产生衰减趋势。本文采用公路沥青及沥青混合料试验规程T0610-2000的方法模拟彩色沥青胶结料在施工阶段的短期老化，在(163±0.5)℃环境以室内旋转薄膜烘箱(RTFOT)连续老化85 min。沥青混合料服役期间的长期老化过程T0630-2009的方法模拟，在110 ℃稳定条件下，连续老化20 h。

基于图像处理方法[10]，分别检测先进行短期老化，继而进行长期老化前后的彩色沥青的三原色光模式(RGB)，常见几种颜色的三原色光模式见表2。为使每种彩色沥青的RGB值具有代表性，特于试样不同区域共拍摄5张照片，采用PS软件对照片的RGB值进行3次采集，那么每种彩色沥青则有15组RGB数据，取15组数据的平均值。考虑到不同设备对特定RGB值的检测和重现性有所偏差，故试验过程采用同一台拍照设备，以及同一台电脑对图像进行分析。

表2 不同色彩三原色光模式(RGB)颜色RGBRGB纯红25500纯绿02550纯黄2552550白色255255255灰色R=G=B纯黑000

3 实验结果

4种彩色沥青针入度和软化点检测结果见表3，老化前后的RGB值检测结果见表4。

表3 彩色沥青针入度和软化点检测结果颜色针入度/(01mm)15℃25℃30℃当量脆点T12/℃当量软化点T800/℃软化点/℃蓝色120330477-105592634绿色137380557-114571557黄色16046365-133549552红色180567783-134514496无色2506331100-1545084

表4 老化前、后的RGB值检测结果颜色试样RGBRGB蓝色老化前293138RTFOT老化131615PAV老化111413绿色老化前159762RTFOT老化68047PAV老化148658黄色老化前23720545RTFOT老化23920450PAV老化20518256红色老化前108130RTFOT老化1062410PAV老化106162

4 试验结果分析

将表3彩色沥青针入度数据绘制折线图，见图1。

图1 沥青针入度数据

图1种无色沥青的针入度折线在最上部，针入度最大，彩色沥青的针入度均呈降低趋势，且表3中彩色沥青的软化点都有所提高，说明染料的掺入使得无色沥青的高温性能得到提高；当量软化点T800同针入度的变化趋势相同，其中蓝色彩色沥青当量软化点增加幅度最大，提高16.5%，红色彩色沥青提高幅度较小，提高1.2%，基本持平与原样沥青。

同T800变化趋势相反，掺入染料后T1.2均呈增大趋势，表明彩色沥青掺入染料后，低温抗裂性能有所削弱，蓝色彩色低温抗裂性能降低31.8%，降幅较大；红色彩色沥青降幅最小，降低13.0%；红色沥青高温性能和低温性能变化幅度均最小，表明红色染料(铁红)对原样沥青的性能影响最小。彩色沥青一般用于路面结构的表面层，受环境温度影响大，其低温抗裂性能的降低，确实是一个不利因素。

为评定彩色沥青的色彩状态，特定义色彩鲜艳度指数P，P的计算公式见式(1)。色彩鲜艳度指数大，则表明该颜色比较显著；色彩鲜艳度指数小，则表明该颜色不明显；色彩鲜艳度指数变化大，则表明老化程度大、抗老化性能差。4种彩色沥青老化前后的色彩鲜艳度指数见表5。

(1)

其中，P为色彩鲜艳度指数，%；M为各色彩的三原色光模式值，如红色为R值、绿色为G值、蓝色为B值。

表5 色彩鲜艳度指数色彩试样状态P老化百分率/%蓝色老化前388—RTFOT341121PAV324164绿色老化前557—RTFOT55308PAV54424黄色老化前908—RTFOT88426PAV85459红色老化前893—RTFOT87025PAV84850

绘制表5的色彩鲜艳度指数P的折线图，见图2。将经RTFOT老化和PAV老化后色彩鲜艳度指数降低百分比绘制柱形图，分别如图3所示。

图2 色彩鲜艳度指数

图3 老化色彩鲜艳度指数降低百分比

由图2知，随着老化试验的进行，4种彩色沥青的色彩鲜艳度指数均呈降低趋势，说明老化作用使得彩色沥青的色彩鲜艳性变差，彩色沥青的色泽辨识度降低；图3知，经RTFOT老化和PAV老化后，4种彩色沥青色彩鲜艳度削弱趋势相同，削弱幅度由大到小依次为：蓝色>黄色>红色>绿色。表明蓝色沥青色泽耐久性最差，绿色沥青色泽耐久性最好。

而对比RTFOT老化和PAV老化过程色彩鲜艳度的降低幅度可知，蓝色沥青经短期老化后，色彩鲜艳度指数降低12.1%，长期老化阶段仅降低4.3%，表明蓝色沥青的色泽老化主要集中短期老化阶段，即混合料生产拌和阶段。因此施工蓝色沥青混合料过程，需适当降低拌合楼生产拌和温度，防止蓝色沥青的短期老化。另外3种沥青，尤其是绿色沥青，其老化过程主要集中于长期老化阶段，短期老化阶段色彩鲜艳度指数仅降低0.8%，色泽耐久性好。

5 结论

1) 染料的掺入使得无色沥青的高温性能得到提高，蓝色沥青增加幅度最大；低温抗裂性能有所削弱，蓝色沥青低温抗裂性能降低31.8%，降幅最大，红色沥青降幅最小。

2) 经RTFOT老化和PAV老化后，4种彩色沥青色彩鲜艳度削弱趋势相同，削弱幅度由大到小依次为：蓝色>黄色>红色>绿色。

3) 蓝色沥青色泽耐久性最差，绿色沥青色泽耐久性最好。

4) 蓝色沥青的色泽老化主要集中短期老化阶段，即混合料生产拌和阶段；绿色沥青的老化过程主要集中于长期老化阶段。

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