无机颜料对彩色沥青结合料性能影响研究

杨艳荣

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

彩色沥青结合料一般是由树脂、溶剂油、改性剂以及颜料制成，不仅具有美观空间环境、警示交通、缓解驾驶员疲劳等效果[1-2]，同时与色调单一且对太阳辐射吸热率高达95%的黑色沥青相比，彩色沥青吸热明显降低，能够有效地缓解城市“热岛效应”[3-4]，因此，被广泛应用于人行道路、居民区及公园景区等路面铺装[5-6]。

20世纪50年代，欧美等发达国家最先开始对彩色沥青进行了研究，并逐渐延伸至其他国家。90年代，我国开始自主研发彩色沥青结合料。郝培文等[7]和李立寒等[8]以石油为原料，采用物理方法调制出与沥青性能相似的浅色结合料，并添加不同颜料制备出彩色沥青；高明等[9]和唐仪兴等[10]对彩色沥青结合料性能进行相关测试，试验表明彩色沥青的性能及其路用性能良好，满足城市道路的要求；包惠明等[11]、王永清等[12]通过微观角度分析了彩色沥青结合料的老化情况，研究表明二氧化钛作为颜料制备彩色沥青能够提高其抗紫外老化能力，同时如彩色沥青的颜色、空隙率、紫外线辐射时间等因素都显著影响其抗紫外老化能力。该研究通过合适的芳烃油、树脂、改性剂等原材料，制备出符合石油沥青基本性能的浅色沥青结合料，再通过加入不同颜色和掺量的颜料制备出彩色沥青结合料，并对其性能进行测试，评价不同颜色、掺量的无机颜料对彩色沥青结合料性能的影响。

1 彩色沥青结合料制备工艺及试验方法

1.1 原材料

a）本研究选用芳烃油、树脂、改性剂按特定比例在高温条件下混合制备得到浅色沥青结合料，其基本物理性能如表1所示。

表1 浅色沥青结合料基本物理性能

b）无机颜料。颜料根据化学成分可分为有机颜料和无机颜料两大类。主要研究无机颜料对沥青结合料的影响规律，故此选用了上海一品有限公司生产的氧化铁红、氧化铁黄和氧化铬绿3种无机颜料，基本物理性能如表2。

表2 无机颜料基本物理性能

1.2 彩色沥青结合料制备工艺

首先通过选用合适的芳烃油、树脂、改性剂等原材料，制备出符合石油沥青基本性能的浅色沥青结合料，再通过加入不同颜色的颜料制备出彩色沥青结合料；彩色沥青结合料制备工艺如图1所示，以红色、黄色、绿色3种无机颜料按10%、15%、20%三种比例与浅色沥青结合料制备出彩色沥青结合料。

图1 彩色沥青结合料工艺流程图

1.3 试验方法

1.3.1 常规指标试验

通过对彩色沥青结合料的针入度（15℃、25℃、30℃）、软化点和延度等常规物理指标进行检测，并计算针入度指标PI、当量软化点T800和当量脆点T1.2，分别评定彩色沥青结合料的感温、高温和低温性能。

1.3.2 基于图形处理方法的色泽度试验

基于图像处理方法，分别检测不同比例、不同颜色的彩色沥青结合料的色泽度。研究采用三原色光模式（RGB），为使每种彩色沥青结合料的色泽度测试值更具有代表性，从不同角度拍摄试样的3张照片，采用PS软件对每张照片采集3次RGB值，每一种颜色最终采集9次RGB值，取其平均值作为最终的RGB值。原材料的三原色的色泽度测试值见表3。

表3 颜料色泽度指标

2 彩色沥青结合料性能

2.1 基本物理指标结果分析

研究将红、黄、绿3种无机颜料按10%、15%、20%的比例加入到浅色沥青结合料中制备出不同颜色的彩色沥青结合料。测试彩色沥青结合料的针入度（15℃、25℃、30℃）、软化点和延度等常规指标，如图2所示。

图2 彩色沥青性能测试结果

由图2可知，与浅色沥青结合料相比，红色与黄色无机颜料的掺入会导致沥青针入度、延度减小，软化点增大；掺入绿色无机颜料得到的彩色沥青结合料软化点、针入度和延度均呈现增大趋势。其原因为无机颜料与沥青材料是两种完全不同的材料，颗粒状的颜料掺入引起不同材料的界面接触，掺入不同的无机颜料会导致不同的结果；Fe2O3/Fe3O4与浅色沥青之间相容性差，就导致了红色与黄色无机颜料制备的彩色沥青结合料的针入度和延度减小；而绿色无机颜料与沥青结合料相容性好，或存在某种化学反应，造成以绿色无机颜料制备的彩色沥青结合料针入度和延度较浅色沥青的性能较优；软化点的升高是由于无机颜料高熔点物质提高了彩色沥青结合料高温稳定性。

对比不同无机颜料制备得到的彩色沥青结合料三大指标测试结果，虽然3种无机颜料的掺入都会提高沥青的高温稳定性，但红色和黄色无机颜料会降低沥青结合料的低温性能，仅有绿色的彩色沥青高温稳定性和低温稳定性都有所提升，当掺入量为15%、20%时，高温性能和低温性能较好。鉴于此，从常规性能变化规律方面考虑，推荐15%、20%绿色无机颜料制备彩色沥青结合料。

2.2 彩色沥青结合料评价指标分析

选取针入度指标PI、当量软化点T800和当量脆点T1.2作为改性沥青的性能评价指标。结果如表4所示。

表4 彩色沥青性能指标试验结果

针入度指标PI主要评价道路石油沥青感温性能，PI越小，表示沥青对温度的变化越敏感，其性能就越不好。通常认为PI≥-0.769，性能为优；-0.769>PI>-2，性能一般；PI≤-2时，性能为劣。由表4可知，黄色颜料制备的彩色沥青结合料感温性能最优，绿色颜料次之，红色颜料最差。当量软化点T800评价沥青高温性能，其不仅继承了环球法软化点反映沥青高温性能的全部优点，而且克服了蜡对环球软化点的影响，T800值越高，高温性能就越好。采用当量脆点T1.2评价低温性能，随着无机颜料的掺入，当量脆点T1.2出现不同程度的波动，但均基本满足沥青针入度等级所要求的当量脆点T1.2（图3），因此，所制备得到的彩色沥青结合料低温性能均满足规范基本要求。

图3 不同沥青针入度等级所要求的当量脆点T1.2

由表4可以看出，随着无机颜料在彩色沥青结合料中掺量的升高，彩色沥青结合料均有较好的感温性能；彩色沥青结合料的高温稳定性明显升高；彩色沥青结合料低温抗裂性总体上满足规范要求。总之，无机颜料在彩色沥青结合料中用量越多，对于彩色沥青结合料的感温性能影响较为明显；彩色沥青结合料的高温稳定性性能逐渐升高。

2.3 彩色沥青结合料色泽度数据分析

3种颜色不同比例的彩色沥青结合料的RGB结果如表5，通过式（1）得出彩色沥青结合料的鲜艳度指数。

表5 色彩鲜艳度测试表

式中：P为色彩鲜艳度指数，%；M为各色彩的测试值，如红色为R值、绿色为G值、黄色为B值。

由表5可以看出，随着无机颜料在彩色沥青结合料中掺量的增大，彩色沥青结合料的色彩鲜艳程度不断升高，其中红色和绿色颜料的升高幅度大，黄色颜料的升高幅度较为缓慢，这主要是由于不同颜料的密度不同，颜料在彩色沥青结合料中所占的体积分数不同，导致了彩色沥青结合料的色泽度也不同。

综上，随着颜料用量的升高，彩色沥青结合料的高温性能和色泽度明显升高，彩色沥青结合料的温度敏感性低，但低温性能和黏稠度会有一定影响。鉴于此，研究认为在低温性能要求不高的条件下，推荐10%黄色颜料制备彩色沥青结合料，低温条件要求高的条件下推荐20%的绿色颜料制备彩色沥青结合料。

3 结论

通过对不同颜色和不同比例的无机颜料在彩色沥青结合料中的性能影响分析，得出以下结论：

a）不同无机颜料的掺入会改变原有浅色沥青结合料的常规物理性能，由于不同颜料与沥青结合料界面效应的不同，三大指标变化规律有所差异，其中红色和黄色颜料制备的彩色沥青针入度和延度减小，软化点增大，而绿色颜料制备的彩色沥青针入度和延度、软化点都有所提升。

b）随着无机颜料掺量的升高，彩色沥青结合料的高温性能明显升高，低温稳定性影响较小；3种无机颜料的高温稳定性影响依次为黄色>红色>绿色，低温稳定性影响依次为绿色>黄色>红色，感温性影响依次为黄色>绿色>红色。

c）随着无机颜料用量的升高，彩色沥青结合料的色泽度明显升高，其中绿色颜料的色泽度升高趋势最明显。

d）在低温性能要求不高的条件下，推荐10%黄色颜料制备彩色沥青结合料，低温条件要求高的条件下推荐20%的绿色颜料制备彩色沥青结合料。