無機顏料對彩色瀝青結合料性能影響研究

楊艷榮

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

彩色瀝青結合料一般是由樹脂、溶劑油、改性劑以及顏料制成，不僅具有美觀空間環境、警示交通、緩解駕駛員疲勞等效果[1-2]，同時與色調單一且對太陽輻射吸熱率高達95%的黑色瀝青相比，彩色瀝青吸熱明顯降低，能夠有效地緩解城市“熱島效應”[3-4]，因此，被廣泛應用于人行道路、居民區及公園景區等路面鋪裝[5-6]。

20世紀50年代，歐美等發達國家最先開始對彩色瀝青進行了研究，并逐漸延伸至其他國家。90年代，我國開始自主研發彩色瀝青結合料。郝培文等[7]和李立寒等[8]以石油為原料，采用物理方法調制出與瀝青性能相似的淺色結合料，并添加不同顏料制備出彩色瀝青；高明等[9]和唐儀興等[10]對彩色瀝青結合料性能進行相關測試，試驗表明彩色瀝青的性能及其路用性能良好，滿足城市道路的要求；包惠明等[11]、王永清等[12]通過微觀角度分析了彩色瀝青結合料的老化情況，研究表明二氧化鈦作為顏料制備彩色瀝青能夠提高其抗紫外老化能力，同時如彩色瀝青的顏色、空隙率、紫外線輻射時間等因素都顯著影響其抗紫外老化能力。該研究通過合適的芳烴油、樹脂、改性劑等原材料，制備出符合石油瀝青基本性能的淺色瀝青結合料，再通過加入不同顏色和摻量的顏料制備出彩色瀝青結合料，并對其性能進行測試，評價不同顏色、摻量的無機顏料對彩色瀝青結合料性能的影響。

1 彩色瀝青結合料制備工藝及試驗方法

1.1 原材料

a）本研究選用芳烴油、樹脂、改性劑按特定比例在高溫條件下混合制備得到淺色瀝青結合料，其基本物理性能如表1所示。

表1 淺色瀝青結合料基本物理性能

b）無機顏料。顏料根據化學成分可分為有機顏料和無機顏料兩大類。主要研究無機顏料對瀝青結合料的影響規律，故此選用了上海一品有限公司生產的氧化鐵紅、氧化鐵黃和氧化鉻綠3種無機顏料，基本物理性能如表2。

表2 無機顏料基本物理性能

1.2 彩色瀝青結合料制備工藝

首先通過選用合適的芳烴油、樹脂、改性劑等原材料，制備出符合石油瀝青基本性能的淺色瀝青結合料，再通過加入不同顏色的顏料制備出彩色瀝青結合料；彩色瀝青結合料制備工藝如圖1所示，以紅色、黃色、綠色3種無機顏料按10%、15%、20%三種比例與淺色瀝青結合料制備出彩色瀝青結合料。

圖1 彩色瀝青結合料工藝流程圖

1.3 試驗方法

1.3.1 常規指標試驗

通過對彩色瀝青結合料的針入度（15℃、25℃、30℃）、軟化點和延度等常規物理指標進行檢測，并計算針入度指標PI、當量軟化點T800和當量脆點T1.2，分別評定彩色瀝青結合料的感溫、高溫和低溫性能。

1.3.2 基于圖形處理方法的色澤度試驗

基于圖像處理方法，分別檢測不同比例、不同顏色的彩色瀝青結合料的色澤度。研究采用三原色光模式（RGB），為使每種彩色瀝青結合料的色澤度測試值更具有代表性，從不同角度拍攝試樣的3張照片，采用PS軟件對每張照片采集3次RGB值，每一種顏色最終采集9次RGB值，取其平均值作為最終的RGB值。原材料的三原色的色澤度測試值見表3。

表3 顏料色澤度指標

2 彩色瀝青結合料性能

2.1 基本物理指標結果分析

研究將紅、黃、綠3種無機顏料按10%、15%、20%的比例加入到淺色瀝青結合料中制備出不同顏色的彩色瀝青結合料。測試彩色瀝青結合料的針入度（15℃、25℃、30℃）、軟化點和延度等常規指標，如圖2所示。

圖2 彩色瀝青性能測試結果

由圖2可知，與淺色瀝青結合料相比，紅色與黃色無機顏料的摻入會導致瀝青針入度、延度減小，軟化點增大；摻入綠色無機顏料得到的彩色瀝青結合料軟化點、針入度和延度均呈現增大趨勢。其原因為無機顏料與瀝青材料是兩種完全不同的材料，顆粒狀的顏料摻入引起不同材料的界面接觸，摻入不同的無機顏料會導致不同的結果；Fe2O3/Fe3O4與淺色瀝青之間相容性差，就導致了紅色與黃色無機顏料制備的彩色瀝青結合料的針入度和延度減小；而綠色無機顏料與瀝青結合料相容性好，或存在某種化學反應，造成以綠色無機顏料制備的彩色瀝青結合料針入度和延度較淺色瀝青的性能較優；軟化點的升高是由于無機顏料高熔點物質提高了彩色瀝青結合料高溫穩定性。

對比不同無機顏料制備得到的彩色瀝青結合料三大指標測試結果，雖然3種無機顏料的摻入都會提高瀝青的高溫穩定性，但紅色和黃色無機顏料會降低瀝青結合料的低溫性能，僅有綠色的彩色瀝青高溫穩定性和低溫穩定性都有所提升，當摻入量為15%、20%時，高溫性能和低溫性能較好。鑒于此，從常規性能變化規律方面考慮，推薦15%、20%綠色無機顏料制備彩色瀝青結合料。

2.2 彩色瀝青結合料評價指標分析

選取針入度指標PI、當量軟化點T800和當量脆點T1.2作為改性瀝青的性能評價指標。結果如表4所示。

表4 彩色瀝青性能指標試驗結果

針入度指標PI主要評價道路石油瀝青感溫性能，PI越小，表示瀝青對溫度的變化越敏感，其性能就越不好。通常認為PI≥-0.769，性能為優；-0.769>PI>-2，性能一般；PI≤-2時，性能為劣。由表4可知，黃色顏料制備的彩色瀝青結合料感溫性能最優，綠色顏料次之，紅色顏料最差。當量軟化點T800評價瀝青高溫性能，其不僅繼承了環球法軟化點反映瀝青高溫性能的全部優點，而且克服了蠟對環球軟化點的影響，T800值越高，高溫性能就越好。采用當量脆點T1.2評價低溫性能，隨著無機顏料的摻入，當量脆點T1.2出現不同程度的波動，但均基本滿足瀝青針入度等級所要求的當量脆點T1.2（圖3），因此，所制備得到的彩色瀝青結合料低溫性能均滿足規范基本要求。

圖3 不同瀝青針入度等級所要求的當量脆點T1.2

由表4可以看出，隨著無機顏料在彩色瀝青結合料中摻量的升高，彩色瀝青結合料均有較好的感溫性能；彩色瀝青結合料的高溫穩定性明顯升高；彩色瀝青結合料低溫抗裂性總體上滿足規范要求。總之，無機顏料在彩色瀝青結合料中用量越多，對于彩色瀝青結合料的感溫性能影響較為明顯；彩色瀝青結合料的高溫穩定性性能逐漸升高。

2.3 彩色瀝青結合料色澤度數據分析

3種顏色不同比例的彩色瀝青結合料的RGB結果如表5，通過式（1）得出彩色瀝青結合料的鮮艷度指數。

表5 色彩鮮艷度測試表

式中：P為色彩鮮艷度指數，%；M為各色彩的測試值，如紅色為R值、綠色為G值、黃色為B值。

由表5可以看出，隨著無機顏料在彩色瀝青結合料中摻量的增大，彩色瀝青結合料的色彩鮮艷程度不斷升高，其中紅色和綠色顏料的升高幅度大，黃色顏料的升高幅度較為緩慢，這主要是由于不同顏料的密度不同，顏料在彩色瀝青結合料中所占的體積分數不同，導致了彩色瀝青結合料的色澤度也不同。

綜上，隨著顏料用量的升高，彩色瀝青結合料的高溫性能和色澤度明顯升高，彩色瀝青結合料的溫度敏感性低，但低溫性能和黏稠度會有一定影響。鑒于此，研究認為在低溫性能要求不高的條件下，推薦10%黃色顏料制備彩色瀝青結合料，低溫條件要求高的條件下推薦20%的綠色顏料制備彩色瀝青結合料。

3 結論

通過對不同顏色和不同比例的無機顏料在彩色瀝青結合料中的性能影響分析，得出以下結論：

a）不同無機顏料的摻入會改變原有淺色瀝青結合料的常規物理性能，由于不同顏料與瀝青結合料界面效應的不同，三大指標變化規律有所差異，其中紅色和黃色顏料制備的彩色瀝青針入度和延度減小，軟化點增大，而綠色顏料制備的彩色瀝青針入度和延度、軟化點都有所提升。

b）隨著無機顏料摻量的升高，彩色瀝青結合料的高溫性能明顯升高，低溫穩定性影響較小；3種無機顏料的高溫穩定性影響依次為黃色>紅色>綠色，低溫穩定性影響依次為綠色>黃色>紅色，感溫性影響依次為黃色>綠色>紅色。

c）隨著無機顏料用量的升高，彩色瀝青結合料的色澤度明顯升高，其中綠色顏料的色澤度升高趨勢最明顯。

d）在低溫性能要求不高的條件下，推薦10%黃色顏料制備彩色瀝青結合料，低溫條件要求高的條件下推薦20%的綠色顏料制備彩色瀝青結合料。