淺談彩色瀝青混凝土在路面工程中的使用

趙周文

（甘肅省隴南公路事業發展中心，甘肅 隴南 746000）

隨著公路交通對公路路面各項指標要求越來越高，瀝青混凝土在路面施工中得到廣泛應用，其中彩色瀝青混凝土的應用也較普遍。

1 概述

因為瀝青具有顏色，所以先要脫色得到脫色瀝青，然后在特定溫度下將脫色瀝青和石料、添加劑和顏料等材料混合攪拌，制成彩色瀝青混凝土，再通過專用設備進行攤鋪、碾壓成為彩色瀝青混凝土路面（簡稱彩色瀝青路面）。該路面不僅具有高強度，還符合道路行車安全的各項要求，例如各種交通路面指示標志（見圖1），高速公路彎道減速震動提醒（見圖2），美化環境、裝點城市（見圖3）。彩色瀝青混凝土的普遍使用，給道路使用者帶來一目了然的提醒，有利于疏導交通、引導車輛規范行駛，提升了路域環境的美化。彩色瀝青混凝土的研究和應用可追溯到20世紀中葉，經過技術不斷進步，彩色瀝青混凝土在很多國家得到了應用推廣，應用范圍有公園道路、自行車騎行路、人行道路和公共交通專用道路等。

圖1 醒目的彩色標線

圖2 高速公路彎道減速震動提醒路段

圖3 美化環境強化功能

為了獲得彩色和紋理凸起結構，普遍使用粘度高（60℃時粘度可達50000Pa·s）、淺色結合料鋪筑路面，尤其是交通繁忙的路面。彩色瀝青混凝土普遍采用SMA-13。SMA-13是細粒式瀝青混凝土，能很好滿足應用要求，結構見圖4。

圖4 彩色混凝土路面結構圖

2 原材料

彩色瀝青混凝土混合料包括彩色結合料、礦物質集料、填料、顏料、外加劑等。混合料的配合比設計對質量至關重要，選材是關鍵[1]。

2.1 瀝青結合料

彩色瀝青結合料是淺色，各項指標應符合JT/T 1128-2017《彩色瀝青結合料》。普通彩色瀝青結合料技術指標見表1。

表1 普通彩色瀝青結合料的技術要求

2.2 集料及填料

集料分粗集料和細集料，以2.36mm為評判，以上為粗集料，以下為細集料，小于0.075mm稱為填料。集料及填料的質量關乎瀝青混凝土質量，對于集料的技術要求應符合DB12/T 918-2019《公路瀝青路面集料技術規范》，表面應清潔，粗糙且有棱角、堅硬，應具有較高強度和抗表面磨損能力。

2.3 顏料

彩色瀝青混凝土顏色主要取決于顏料，因此顏料要經久耐用，不怕日光照射，不脫色，有耐熱性。由于加入了顏料，可減少礦粉用量。顏料主要分無機和有機兩類，無機顏料有金屬氧化物、金屬硫化物、鉻酸鹽類和硅酸鹽類，有機顏料有偶氮顏料、酞箐顏料和雜環顏料。

3 配合比設計

配合比設計要按照規范及具體道路要求進行，目前普遍采用SMA-13，其與AC-13 的區別有：1）SMA采用改性瀝青，AC采用基質瀝青或改性瀝青；2）SMA摻加木質纖維，而AC不摻加；3）SMA與AC的級配要求不一樣，其他指標如孔隙率、密度也不同。

按照規范要求進行馬歇爾試驗，相關指標必須滿足，見表2。

表2 混合料馬歇爾試驗技術指標

4 彩色瀝青混合料性能研究

4.1 車轍試驗

在性能方面，彩色瀝青與普通瀝青混合料是一致的，即承載能力、安全性、舒適性、耐久性等指標要達到同樣要求。在此基礎上，彩色瀝青混凝土還有新的要求，即具有耐摩擦性能，并在風吹日曬等反復作用下具有保持顏色不變的能力，因此要對耐久性進行研究。在高溫、低速重載和抗剪切能力不足時，公路的破壞形式有擁包、搓板、車轍、泛油等，車轍現象是所有破壞形式的集中表現。因此，國家規范對各等級公路提出了具體要求，車轍試驗在進行配合比設計時是必不可少的環節（見表3）。

表3 車轍試驗要求

4.2 水穩定性

公路要經受各種自然災害的沖擊，其中雨水及冰雪融化最常見。公路承受的是動態壓力，即移動的車輪和雨水在輪胎空隙處形成真空所帶來的動態壓力，周而復始反復作用。同時，水分在壓力作用下滲入瀝青與集料界面間，降低了瀝青粘附性，可能使瀝青與集料發生剝離，出現瀝青混合料不能抱團，從而導致混合料中的骨料掉粒，瀝青混凝土失效。公路由此出現路面病害，如坑槽、凸起變形。為避免此類現象，要檢驗路面材料的水穩定性，該檢驗的系列試驗方法有浸水馬歇爾試驗、真空飽水馬歇爾試驗、浸水劈裂試驗、真空飽水劈裂試驗、凍融劈裂試驗、浸水抗壓試驗、浸水車轍試驗等。

按照T0709-2000《瀝青混合料馬歇爾穩定度試驗》和T0729-2000《瀝青混合料凍融劈裂試驗夾具》進行瀝青混合料浸水馬歇爾穩定度試驗和瀝青混合料凍融劈裂試驗，試驗結果要滿足要求（見表4）。

表4 兩項試驗技術要求

大型馬歇爾試驗的壓頭尺寸見圖5所示。最大載荷不小于25kN，精確度100N；恒溫水槽控溫準確度為1℃，深度≮150mm；其他還需真空飽水容器、烘箱、天平、溫度計、卡尺和面紗、黃油等。

圖5 大型馬歇爾試驗的壓頭（單位：mm）

試驗按照操作規程進行。試驗數據處理如下：

1）穩定度及流值

各種數據通過計算機采集，并生成壓力與試件變形曲線，見圖6。O1由切線延長線與X軸交點獲得，測量O1到載荷最大值的數值可得到FL（流值），單位mm，精確到0.1mm，而最大載荷就是MS（穩定度），單位kN，精確到0.01kN。

圖6 馬歇爾試驗修正法

2）公式

試件馬歇爾模數可通過公式（1）計算得到：

式中，T-試件馬歇爾模數，kN/mm；

MS-時間的穩定度，kN；

FL-時間的流值，mm。

馬歇爾模數越大，說明變形小，意味著有能力抵抗更大的外力，同時也說明瀝青混合料強度高，高溫抗變形能力好，也反映出抗車轍能力強。

3）殘留穩定度

試件浸水殘留穩定度按公式（2）計算：

式中，MS0-試件浸水殘留穩定度，%；

MS1-試件浸水48h后的穩定度，kN。

4）真空飽水殘留穩定度

試件真空飽水殘留穩定度按照公式（3）計算：

式中，MS’0-試件真空飽水殘留穩定度，%；

MS1-試件真空飽水后浸水48h后的穩定度，kN。

4.3 抗老化性能

導致瀝青混凝土老化的原因有氧氣、加熱高溫、水和紫外線。抗老化性能是瀝青混凝土耐久性的重要指標，可通過短期老化和長期老化來模擬。烘箱加熱法、延時拌合法、微波加熱法屬于短期老化試驗方法，加壓氧化老化、巖石烘箱加熱、紅（紫）外線處理屬于長期老化試驗方法。瀝青混合料老化評價試驗常采用低溫劈裂試驗和彎曲試驗，測量指標有劈裂強度、勁度模量值、彎拉強度、彎拉應變。以彩色瀝青混凝土和普通瀝青混凝土混合料劈裂試驗為例進行分析（見圖7）。

瀝青混凝土老化評級分為3個級別：1）未老化（為加熱老化）；2）短期老化（拌合均勻后，在恒溫烘箱內135±1℃放置4h）；3）長期老化（經短期老化后，在恒溫烘箱內85±1℃放置5d）。從圖7可見，劈裂強度隨時間推移而增加，同時，不管在哪個級別（未老化、短期老化、長期老化），曲線1（彩色瀝青混合料）都在曲線2（普通瀝青混合料）上方，彩色瀝青混合料比普通瀝青混合料的劈裂強度高，抗老化能力強。

圖7 不同老化條件下的低溫劈裂強度

5 結語

彩色瀝青混凝土應具備普通瀝青混凝土的所有要素，要滿足瀝青混凝土的三項指標，即高溫、低溫、水穩定性，提高彩色瀝青混凝土性能要圍繞以上三個方面開展，技術要求須執行CJJ/T 218-2014《城市道路彩色瀝青混凝土路面技術規程》。彩色瀝青混凝土的組成與瀝青混凝土相比多了顏料，顏料的加入可適當減少礦粉摻量。各種原料的選材、配合比設計很重要，直接影響彩色瀝青混凝土質量。設計好的彩色瀝青混凝土要進行試驗驗證，如車轍試驗、水穩性試驗、和抗老化試驗等。