彩色瀝青路面色彩耐久性評價方法

邢 磊，雷柏齡，陳忠達

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司,湖北 武漢 430010;2.東風商用車技術中心,湖北 武漢 430056; 3.長安大學特殊地區公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064）

彩色瀝青路面色彩耐久性評價方法

邢 磊1，雷柏齡2，陳忠達3

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司,湖北 武漢 430010;2.東風商用車技術中心,湖北 武漢 430056; 3.長安大學特殊地區公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064）

從彩色瀝青和彩色瀝青混合料色彩的耐久性分析出發，提出了彩色瀝青路面色彩耐久性綜合評價指標PCD，據此構建了“1+2+5”三層評價指標體系，為各分項指標劃分了權重，給出了綜合評價指標和分項指標的試驗檢測方法、計算方法和控制標準，為彩色瀝青路面色彩耐久性的優劣評定提供理論依據。

道路工程；彩色瀝青路面；色彩耐久性；評價指標

0 引 言

彩色瀝青路面除要滿足一般對黑色瀝青高溫、低溫、水穩和耐老化等路用性能外，其作為一種新型的功能性路面形式，色彩的耐久性也尤為重要。目前國內外尚無關于彩色瀝青路面路用性能的系統性規范。關于彩色瀝青路面的研究大多集中在傳統路用性能方面[1-5]，尚無關于彩色路面色彩耐久性及其評價方法的研究。

1 彩色瀝青路面色彩耐久性評價指標體系

1.1 色彩耐久性基本含義

彩色瀝青路面色彩耐久性是指彩色瀝青成品在經混合料拌合、攤鋪、碾壓等短期老化，投入使用后，經外界自然環境和車輛荷載的長期作用，彩色路面原有色彩的保持性和自身抵抗外界油質、土質污染的能力。

1.2 色彩耐久性評價指標體系構建

彩色瀝青路面的色彩耐久性主要從彩色瀝青的色彩耐久性和彩色瀝青混合料的色彩耐久性兩個方面進行分析和評價。其中，彩色瀝青的色彩耐久性主要從彩色瀝青材料短期老化后色彩耐久性、長期老化后色彩耐久性和經紫外線輻射后色彩的耐久性三個方面考察；彩色瀝青混合料的色彩耐久性主要從其抗油質污染能力、抗土質污染能力兩個方面考察。據此初步構建了彩色瀝青路面色彩耐久性的評價指標，如圖1所示。

1.3 指標權重的劃分

圖1 彩色瀝青路面色彩耐久性評價指標構成

這里以彩色瀝青色彩耐久性3個分項指標為例說明各指標權重的劃分和計算方法。

（1）依據專家意見，將3個分項指標兩兩比較后，依不減次序排列：{S12＞S11＞S13}。

依照表1比例標度，為上述不減次序中相鄰元素關系賦值，以L1表示S12與S11之間的關系，以L2表示S11與S13的關系，則有：{L1,L2}={1.4,1.2}。其中，間隔項的關系值由相鄰項的關系值乘積確定，可知S12與S13的關系值為1.68。

表1 常用標度

（2）構造判別矩陣P

由（1）中給出的相鄰元素的關系值和計算所得的間隔項關系值構造判別矩陣P如下：

由MATLAB計算判別矩陣的最大特征值λmax=3，最大特征值對應的特征向量為[0.732 3,0.523 1,0.435 9]，將其規范化后即為依照不減次序排列的各分項指標對應的權重值[0.43,0.31,0.26]，即{S11,S12,S13}權重為[0.31,0.43,0.26]。同理，可以得到彩色瀝青混合料色彩耐久性兩個分項指標的權重為{S21，S22}=[0.55,0.45]；彩色瀝青路面色彩耐久性兩個分項指標的權重{S1,S2}=[0.55,0.45]。

1.4 色彩耐久性的計算和評定標準

（1）計算方法

在進行彩色瀝青路面色彩耐久性的綜合評價時，首先各單項指標得分必須滿足單項指標的分值要求，之后再進行綜合指標的計算和評定，且對于各單項指標不能滿足要求的彩色瀝青試樣直接判為差。

彩色瀝青路面色彩耐久性綜合指標值依照式（1）計算：

式中：PCD為彩色路面色彩耐久性綜合指標得分；ACD為彩色瀝青色彩耐久性分項指標得分；MCD為彩色瀝青混合料色彩耐久性分項指標得分；S1，S2為對應分項指標權重。

其中，彩色瀝青色彩耐久性指標得分ACD依照式(2)計算：

式中：CMD-R為彩色瀝青材料短期老化（RTFOT）后色彩耐久性指標得分；CMD-P為CMD-P為彩色瀝青材料長期老化（PAV）后色彩耐久性指標得分；CMD-UV為彩色瀝青材料經紫外線輻射后色彩耐久性得分；S11，S12，S13為對應分項指標權重。

（2）彩色瀝青混合料色彩耐久性指標的得分MCD依照式（3）計算：

式中：U為彩色瀝青混合料抗油質污染能力得分；T為彩色瀝青混合料抗土質污染能力得分；S21，S22為對應分項指標權重。

（3）彩色瀝青路面色彩耐久性綜合指標PCD評定標準

研究通過大量試驗分析，結合各分項指標的評定標準，給出彩色瀝青路面色彩耐久性綜合指標PCD評定標準（見表2）。

表2 彩色瀝青路面色彩耐久性綜合指標PCD評定標準

一般要求彩色瀝青路面的色彩耐久性至少在III級以上。

2 彩色瀝青色彩耐久性評定方法

彩色瀝青色彩耐久性主要從短期老化后色彩耐久性、長期老化后色彩耐久性和經紫外線照射后色彩的耐久性3個分項指標來評價。主要通過對彩色瀝青原樣、RTFOT后的彩色瀝青樣品、PAV后的彩色瀝青樣品以及經紫外線輻射后的彩色瀝青樣品的色彩RGB值進行采集和比較，從而評定彩色瀝青的色彩耐久性。

2.1 RGB色彩體系與褪色機理分析

RGB色彩模式是工業界的一種顏色標準，其通過對紅（R）、綠（G）、藍（B）三原顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色，RGB則為紅、綠、藍三通道顏色的代表。在RGB色彩體系中，純色顏色的RGB值（見表3）。

表3 純色色彩的RGB值[7，8]

因為某一純色色彩的變暗或變淺是由于主色值（如紅色的R值）的減小和輔色值（如紅色的G、B值）的增加所致。

所以，在評價彩色瀝青材料色彩的耐久性時，可以通過R、G、B前后的相對比值來判斷，且比值與“1”的差值的絕對值越小，說明其色彩的耐久性越好。

2.2 RTFOT后彩色瀝青樣品的色彩耐久性

（1）含義

RTFOT后彩色瀝青樣品的色彩耐久性是指彩色瀝青經RTFOT老化試驗后，其色彩較老化試驗前（原樣）的相對保持狀態，以CMD-R表征。

（2）檢測方法

首先，對彩色瀝青樣品進行RTFOT試驗（參考現有規范實施）；其次采用數碼相機對彩色瀝青原樣和RTFOT試驗后的彩色瀝青試樣進行拍照，每一種樣品兩張照片，一張照片的RGB值分別采集5個值，然后對兩張照片的10個值取平均值，作為該樣品對應R、G、B的數值，最后依照式（4）計算CMD-R參數得分，且分值越大說明色彩RTFOT后的耐久性越好。

式中：RR、GR、BR為表示彩色瀝青試樣RTFOT后R、G、B的平均值；R0、G0、B0為表示原樣彩色瀝青試樣R、G、B的平均值。

2.3 PAV后彩色瀝青樣品的色彩耐久性

（1）含義

PAV后彩色瀝青樣品的色彩耐久性是指彩色瀝青經PAV老化試驗后，其色彩較老化試驗前（原樣）的相對保持狀態，以CMD-P表征。

（2）檢測方法

首先，對彩色瀝青樣品進行PAV試驗（參考現有規范實施）；其次，采用數碼相機對彩色瀝青原樣和PAV試驗后的彩色瀝青試樣進行拍照，每一種樣品兩張照片，一張照片的RGB值分別采集5個值，然后對兩張照片的10個值取平均值，作為該樣品對應R、G、B的數值；最后，依照式（5）計算CMDP參數得分，且分值越大說明色彩PAV后的耐久性越好。

式中：RP、GP、BP為表示彩色瀝青試樣PAV后R、G、B的平均值。

2.4 紫外線輻射后彩色瀝青樣品色彩耐久性

（1）含義

紫外線照射后彩色瀝青樣品色彩耐久性是指彩色瀝青經紫外線輻射室內模擬試驗后，其色彩較輻射試驗前（原樣）的相對保持狀態，以CMDUV表征。

（2）檢測方法

紫外線對彩色瀝青樣品輻射的模擬和檢測方法可以參照華南理工大學《彩色瀝青及彩色瀝青混合料路用性能研究》中所提出的方法[9]。

在一個尺寸為（0.7×0.4×0.7）m3的木箱中，將功率（PURL）為20 W的紫外線燈裝于木箱的頂部，用于模擬外界太陽的紫外線輻射。由木箱底部的面積（0.7×0.4）m2和功率，依據式（6）計算出模擬試驗箱內的紫外線輻射強度（IURLab）。

式中：PURL為紫外線燈功率；S箱底為模擬箱的箱底面積。

因為彩色瀝青材料應用的區域不同，各地的紫外線輻射強度也不相同，所以提出一個室內紫外線輻射對各地紫外線輻射的放大系數f，用于室內模擬輻射天數d室內與某地區的實際紫外線輻射天數d實際之間的換算，換算關系滿足式（7）。

式中：d實際為某地區的實際紫外線輻射天數；d室內為室內模擬輻射天數；f為該地區的紫外線輻射放大系數。

華南理工大學通過對上述紫外線輻射強度為71.43 W/m2的試驗模型研究提出了各地區的紫外線放大系數值（見表4）。

表4 各地區紫外線放大系數

試驗時，首先根據某地區實際紫外線輻射模擬天數依據式（7）換算為室內模擬天數；其次，將彩色瀝青材料熔化澆灌在尺寸為（0.2×0.2×0.02）m3的預制模具里，每個樣品兩個試件，自然冷卻40～60 min后，在良好的光線下，用數碼相機拍照，每一個試件兩張照片，一張照片的RGB值分別采集5個值，然后對兩張照片的10個值取平均值，作為該彩色瀝青原樣對應R、G、B的數值；再次，將其放置在紫外線輻射箱內，d室內天后，再用數碼相機拍照，每一個試件兩張照片，一張照片的RGB值分別采集5個值，然后對兩張照片的10個值取平均值，作為該樣品紫外線輻射后對應R、G、B的數值；最后，依照式（8）計算CMD-UV參數得分，且分值越大說明色彩經紫外線輻射后的耐久性越好。

式中：RUV、GUV、BUV為表示彩色瀝青試樣RTFOT后R、G、B的平均值。

2.5 評定標準

通過大量樣品的試驗分析，對所求算參數與顏色的變化進行對比分析，研究認為上述三參數的求算結果對彩色瀝青材料色彩耐久性的優劣表征可以執行統一標準（見表5）。

表5 彩色瀝青色彩耐久性優劣評定標準

因為當參數值得分小于50分后，彩色瀝青樣品色彩已有明顯的發暗、褪色，所以，對各單項參數指標要求其參數得分不得小于50分，當滿足這一條件后才能進行綜合指標的計算和評價。

需要指出的是，上述3個指標的計算方法適用于彩色瀝青原樣的RGB值相差不大、具有相同色彩、純色（紅、綠、藍、黃等）試樣的色彩耐久性比較和評定。并且，每次試驗不同試樣RGB色彩的采集應采用相同型號的數碼相機，在相同外界條件下拍攝。

3 彩色瀝青混合料色彩耐久性評定方法

彩色瀝青混合料色彩耐久性主要從抗油質污染能力、抗土質污染能力兩個分項指標來評價。

3.1 抗油質污染能力

（1）含義

彩色瀝青混合料抗油質污染能力指標是指彩色瀝青路面在外界自然環境和車輛荷載作用下，自身抵抗油質污染的能力，以U表示。

（2）檢測方法

將普通汽車發動機機油50g均勻涂抹在1 m×1 m的正方形表面，24 h后用刷子和水（+洗潔精）人工清洗5 min，觀察表面油污剩余面積S，且U=（1-S）× 100。

3.2 抗土質污染能力

（1）含義

彩色瀝青混合料抗油質污染能力指標是指彩色瀝青路面在外界自然環境和車輛荷載作用下，自身抵抗土質污染的能力，以T表示。

（2）檢測方法

將普通黏土100 g，均勻涂抹在1 m×1 m的正方形表面，24 h后用刷子和水（+洗潔精）人工清洗5 min，觀察表面土污剩余面積S，且 T=（1-S）× 100。

3.3 評定表征

彩色瀝青混合料抗油質污染能力U和抗土質污染能力T應處于“良”以上，滿足這一條件的方能進行綜合指標的計算和評價，評定標準見表6。

表6 彩色瀝青混合料色彩耐久性優劣評定標準

4 結語

提出彩色瀝青路面色彩耐久性綜合評價指標PCD，構建了“1+2+5”三層綜合評價指標體系，用于彩色瀝青路面色彩耐久性的優劣評定，并為各分項指標劃分了權重，給出了綜合指標的評定標準。同時，就彩色瀝青和彩色瀝青混合料的色彩耐久性評定給出了具體的試驗檢測和指標值計算方法，并給出了各分項指標的評定控制標準。

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[9]劉賀.彩色瀝青及彩色瀝青混合料路用性能研究[D].廣州：華南理工大學,2005.

U416.217

A

1009-7716（2017）01-0133-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.039

2016-09-20

邢磊（1986-），男，陜西咸陽人，工程師，從事城市道路工程設計與規劃理論研究、彩色路面技術研究。