彩色瀝青路面色彩耐久性評(píng)價(jià)方法

邢 磊，雷柏齡，陳忠達(dá)

（1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北 武漢 430010;2.東風(fēng)商用車技術(shù)中心,湖北 武漢 430056; 3.長(zhǎng)安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064）

彩色瀝青路面色彩耐久性評(píng)價(jià)方法

邢 磊1，雷柏齡2，陳忠達(dá)3

（1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北 武漢 430010;2.東風(fēng)商用車技術(shù)中心,湖北 武漢 430056; 3.長(zhǎng)安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fā)，提出了彩色瀝青路面色彩耐久性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)PCD，據(jù)此構(gòu)建了“1+2+5”三層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為各分項(xiàng)指標(biāo)劃分了權(quán)重，給出了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)和分項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)檢測(cè)方法、計(jì)算方法和控制標(biāo)準(zhǔn)，為彩色瀝青路面色彩耐久性的優(yōu)劣評(píng)定提供理論依據(jù)。

道路工程；彩色瀝青路面；色彩耐久性；評(píng)價(jià)指標(biāo)

0 引 言

彩色瀝青路面除要滿足一般對(duì)黑色瀝青高溫、低溫、水穩(wěn)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(guó)內(nèi)外尚無關(guān)于彩色瀝青路面路用性能的系統(tǒng)性規(guī)范。關(guān)于彩色瀝青路面的研究大多集中在傳統(tǒng)路用性能方面[1-5]，尚無關(guān)于彩色路面色彩耐久性及其評(píng)價(jià)方法的研究。

1 彩色瀝青路面色彩耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)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(jīng)混合料拌合、攤鋪、碾壓等短期老化，投入使用后，經(jīng)外界自然環(huán)境和車輛荷載的長(zhǎng)期作用，彩色路面原有色彩的保持性和自身抵抗外界油質(zhì)、土質(zhì)污染的能力。

1.2 色彩耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)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(gè)方面進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。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(zhǎng)期老化后色彩耐久性和經(jīng)紫外線輻射后色彩的耐久性三個(gè)方面考察；彩色瀝青混合料的色彩耐久性主要從其抗油質(zhì)污染能力、抗土質(zhì)污染能力兩個(gè)方面考察。據(jù)此初步構(gòu)建了彩色瀝青路面色彩耐久性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖1所示。

1.3 指標(biāo)權(quán)重的劃分

圖1 彩色瀝青路面色彩耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成

這里以彩色瀝青色彩耐久性3個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)為例說明各指標(biāo)權(quán)重的劃分和計(jì)算方法。

（1）依據(jù)專家意見，將3個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)兩兩比較后，依不減次序排列：{S12＞S11＞S13}。

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

表1 常用標(biāo)度

（2）構(gòu)造判別矩陣P

由（1）中給出的相鄰元素的關(guān)系值和計(jì)算所得的間隔項(xiàng)關(guān)系值構(gòu)造判別矩陣P如下：

由MATLAB計(jì)算判別矩陣的最大特征值λmax=3，最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為[0.732 3,0.523 1,0.435 9]，將其規(guī)范化后即為依照不減次序排列的各分項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重值[0.43,0.31,0.26]，即{S11,S12,S13}權(quán)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(gè)分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為{S21，S22}=[0.55,0.45]；彩色瀝青路面色彩耐久性兩個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重{S1,S2}=[0.55,0.45]。

1.4 色彩耐久性的計(jì)算和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

（1）計(jì)算方法

在進(jìn)行彩色瀝青路面色彩耐久性的綜合評(píng)價(jià)時(shí)，首先各單項(xiàng)指標(biāo)得分必須滿足單項(xiàng)指標(biāo)的分值要求，之后再進(jìn)行綜合指標(biāo)的計(jì)算和評(píng)定，且對(duì)于各單項(xiàng)指標(biāo)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(biāo)值依照式（1）計(jì)算：

式中：PCD為彩色路面色彩耐久性綜合指標(biāo)得分；ACD為彩色瀝青色彩耐久性分項(xiàng)指標(biāo)得分；MCD為彩色瀝青混合料色彩耐久性分項(xiàng)指標(biāo)得分；S1，S2為對(duì)應(yīng)分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。

其中，彩色瀝青色彩耐久性指標(biāo)得分ACD依照式(2)計(jì)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(biāo)得分；CMD-P為CMD-P為彩色瀝青材料長(zhǎng)期老化（PAV）后色彩耐久性指標(biāo)得分；CMD-UV為彩色瀝青材料經(jīng)紫外線輻射后色彩耐久性得分；S11，S12，S13為對(duì)應(yīng)分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。

（2）彩色瀝青混合料色彩耐久性指標(biāo)的得分MCD依照式（3）計(jì)算：

式中：U為彩色瀝青混合料抗油質(zhì)污染能力得分；T為彩色瀝青混合料抗土質(zhì)污染能力得分；S21，S22為對(duì)應(yīng)分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。

（3）彩色瀝青路面色彩耐久性綜合指標(biāo)PCD評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

研究通過大量試驗(yàn)分析，結(jié)合各分項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，給出彩色瀝青路面色彩耐久性綜合指標(biāo)PCD評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

表2 彩色瀝青路面色彩耐久性綜合指標(biāo)PCD評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

一般要求彩色瀝青路面的色彩耐久性至少在III級(jí)以上。

2 彩色瀝青色彩耐久性評(píng)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(zhǎng)期老化后色彩耐久性和經(jīng)紫外線照射后色彩的耐久性3個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。主要通過對(duì)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(jīng)紫外線輻射后的彩色瀝青樣品的色彩RGB值進(jìn)行采集和比較，從而評(píng)定彩色瀝青的色彩耐久性。

2.1 RGB色彩體系與褪色機(jī)理分析

RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，其通過對(duì)紅（R）、綠（G）、藍(lán)（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(lán)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?yàn)槟骋患兩实淖儼祷蜃儨\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(píng)價(jià)彩色瀝青材料色彩的耐久性時(shí)，可以通過R、G、B前后的相對(duì)比值來判斷，且比值與“1”的差值的絕對(duì)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(jīng)RTFOT老化試驗(yàn)后，其色彩較老化試驗(yàn)前（原樣）的相對(duì)保持狀態(tài)，以CMD-R表征。

（2）檢測(cè)方法

首先，對(duì)彩色瀝青樣品進(jìn)行RTFOT試驗(yàn)（參考現(xiàn)有規(guī)范實(shí)施）；其次采用數(shù)碼相機(jī)對(duì)彩色瀝青原樣和RTFOT試驗(yàn)后的彩色瀝青試樣進(jìn)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(gè)值，然后對(duì)兩張照片的10個(gè)值取平均值，作為該樣品對(duì)應(yīng)R、G、B的數(shù)值，最后依照式（4）計(jì)算CMD-R參數(shù)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(jīng)PAV老化試驗(yàn)后，其色彩較老化試驗(yàn)前（原樣）的相對(duì)保持狀態(tài)，以CMD-P表征。

（2）檢測(cè)方法

首先，對(duì)彩色瀝青樣品進(jìn)行PAV試驗(yàn)（參考現(xiàn)有規(guī)范實(shí)施）；其次，采用數(shù)碼相機(jī)對(duì)彩色瀝青原樣和PAV試驗(yàn)后的彩色瀝青試樣進(jìn)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(gè)值，然后對(duì)兩張照片的10個(gè)值取平均值，作為該樣品對(duì)應(yīng)R、G、B的數(shù)值；最后，依照式（5）計(jì)算CMDP參數(shù)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(jīng)紫外線輻射室內(nèi)模擬試驗(yàn)后，其色彩較輻射試驗(yàn)前（原樣）的相對(duì)保持狀態(tài)，以CMDUV表征。

（2）檢測(cè)方法

紫外線對(duì)彩色瀝青樣品輻射的模擬和檢測(cè)方法可以參照華南理工大學(xué)《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(gè)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(jù)式（6）計(jì)算出模擬試驗(yàn)箱內(nèi)的紫外線輻射強(qiáng)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?yàn)椴噬珵r青材料應(yīng)用的區(qū)域不同，各地的紫外線輻射強(qiáng)度也不相同，所以提出一個(gè)室內(nèi)紫外線輻射對(duì)各地紫外線輻射的放大系數(shù)f，用于室內(nèi)模擬輻射天數(shù)d室內(nèi)與某地區(qū)的實(shí)際紫外線輻射天數(shù)d實(shí)際之間的換算，換算關(guān)系滿足式（7）。

式中：d實(shí)際為某地區(qū)的實(shí)際紫外線輻射天數(shù)；d室內(nèi)為室內(nèi)模擬輻射天數(shù)；f為該地區(qū)的紫外線輻射放大系數(shù)。

華南理工大學(xué)通過對(duì)上述紫外線輻射強(qiáng)度為71.43 W/m2的試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯刻岢隽烁鞯貐^(qū)的紫外線放大系數(shù)值（見表4）。

表4 各地區(qū)紫外線放大系數(shù)

試驗(yàn)時(shí)，首先根據(jù)某地區(qū)實(shí)際紫外線輻射模擬天數(shù)依據(jù)式（7）換算為室內(nèi)模擬天數(shù)；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(yù)制模具里，每個(gè)樣品兩個(gè)試件，自然冷卻40～60 min后，在良好的光線下，用數(shù)碼相機(jī)拍照，每一個(gè)試件兩張照片，一張照片的RGB值分別采集5個(gè)值，然后對(duì)兩張照片的10個(gè)值取平均值，作為該彩色瀝青原樣對(duì)應(yīng)R、G、B的數(shù)值；再次，將其放置在紫外線輻射箱內(nèi)，d室內(nèi)天后，再用數(shù)碼相機(jī)拍照，每一個(gè)試件兩張照片，一張照片的RGB值分別采集5個(gè)值，然后對(duì)兩張照片的10個(gè)值取平均值，作為該樣品紫外線輻射后對(duì)應(yīng)R、G、B的數(shù)值；最后，依照式（8）計(jì)算CMD-UV參數(shù)得分，且分值越大說明色彩經(jīng)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

通過大量樣品的試驗(yàn)分析，對(duì)所求算參數(shù)與顏色的變化進(jìn)行對(duì)比分析，研究認(rèn)為上述三參數(shù)的求算結(jié)果對(duì)彩色瀝青材料色彩耐久性的優(yōu)劣表征可以執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（見表5）。

表5 彩色瀝青色彩耐久性優(yōu)劣評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

因?yàn)楫?dāng)參數(shù)值得分小于50分后，彩色瀝青樣品色彩已有明顯的發(fā)暗、褪色，所以，對(duì)各單項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)要求其參數(shù)得分不得小于50分，當(dāng)滿足這一條件后才能進(jìn)行綜合指標(biāo)的計(jì)算和評(píng)價(jià)。

需要指出的是，上述3個(gè)指標(biāo)的計(jì)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(lán)、黃等）試樣的色彩耐久性比較和評(píng)定。并且，每次試驗(yàn)不同試樣RGB色彩的采集應(yīng)采用相同型號(hào)的數(shù)碼相機(jī)，在相同外界條件下拍攝。

3 彩色瀝青混合料色彩耐久性評(píng)定方法

彩色瀝青混合料色彩耐久性主要從抗油質(zhì)污染能力、抗土質(zhì)污染能力兩個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。

3.1 抗油質(zhì)污染能力

（1）含義

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

（2）檢測(cè)方法

將普通汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(zhì)污染能力

（1）含義

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

（2）檢測(cè)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(píng)定表征

彩色瀝青混合料抗油質(zhì)污染能力U和抗土質(zhì)污染能力T應(yīng)處于“良”以上，滿足這一條件的方能進(jìn)行綜合指標(biāo)的計(jì)算和評(píng)價(jià)，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 彩色瀝青混合料色彩耐久性優(yōu)劣評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)語

提出彩色瀝青路面色彩耐久性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)PCD，構(gòu)建了“1+2+5”三層綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，用于彩色瀝青路面色彩耐久性的優(yōu)劣評(píng)定，并為各分項(xiàng)指標(biāo)劃分了權(quán)重，給出了綜合指標(biāo)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，就彩色瀝青和彩色瀝青混合料的色彩耐久性評(píng)定給出了具體的試驗(yàn)檢測(cè)和指標(biāo)值計(jì)算方法，并給出了各分項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)定控制標(biāo)準(zhǔn)。

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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(shè)計(jì)與規(guī)劃理論研究、彩色路面技術(shù)研究。