彩色沥青混合料在环湖东路工程中的应用

鲍涛，张卫年，吴刚，张萍

(1．江苏育通交通工程咨询监理有限责任公司，江苏 南京 210000;2．常州市市政建设工程有限公司，江苏 常州 213000)

彩色沥青路面在国外已经较早地运用到城市道路中，而在我国还处于起步阶段。随着国民经济的迅猛发展，人民生活水平明显提高，对市政道路工程的要求也在逐步提高，除了满足行车舒适性等基本使用功能外，人们更期待沥青路面在美化环境、诱导交通等方面具有特殊的功能。正因如此，近年来彩色沥青混合料逐渐被很多城市在风景区、小区道路、公交停车站台、公园道路、人行道以及市政道路的非机动车道上使用，与周围绿色草地、树木、花卉相映成趣，使景色更加怡人。目前国内很多大、中型城市都已经提高了彩色沥青路面的使用比例，使用较早的城市有上海、北京、大连、厦门、广州、福州、宁波、珠海等城市，铺筑效果很好，得到了广大市民高度的认可，为彩色沥青路面的推广打下了坚实的基础。

本文以常州市武进区环湖东路为例，从彩色沥青混合料配合比设计、施工及以后的路用性能进行了初步探讨，为进一步研究彩色沥青混合料奠定了一定的基础。环湖东路工程是环滆湖公路的重要组成部分，项目的实施对于优化区域路网，促进地方经济发展，推动滆湖旅游区的开发，完善常州市及武进区的路网具有重要的意义。

该工程采用双向四车道断面，中间设置中分带，按城市主干道标准设计，设计速度60 km/h，其断面布置为中央分隔带6.0 m，左侧路缘带2.0 m ×0.5 m，行车道2.0 m ×(3.75+3.75)m，非机动车道2.0 m×3.0 m，左侧绿化带宽度不等，右侧绿化带为19.5 m，左侧绿化带内设置2.0 m园路(人行道)，右侧绿化带内设置2.5 m双向慢车道和三面人行道，详见环湖东路(西湖路—武进大道)及武进大道西延程施工图纸，并参照文献［1］。本工程设计思路主要依据上海市市政工程管理局编写的《彩色沥青路面技术指南》。

彩色沥青混合料强度机理:①矿料之间的嵌挤力和内摩阻力;②沥青与矿料之间的黏结力。在这两方面强度机理中，第2种对强度起决定性作用。沥青与矿料之间的相互作用包括沥青层被矿料表面的物理吸附过程，以及沥青与矿料接触面上进行的化学吸附过程。直接与矿料产生反应的沥青被称为结构沥青，没有与矿料直接反应的部分沥青被称为自由沥青。结构沥青对整个混合料强度的形成起关键性作用，并要适当控制自由沥青的数量。这就对配合比设计提出了更高的要求，包括原材料选择、级配优化、最佳沥青用量的选取以及良好的碾压条件，等等。

由于该工程是我公司第一个彩色沥青混合料工程，因此对设备、材料供应、技术保证等方面都提出了极高的要求。为了保证彩色沥青混合料质量，技术人员参阅了相关资料［2－5］，并进行了大量试验。

1 试验材料选择

1.1 脱色沥青

热拌彩色沥青混合料使用的胶结料采用特殊工艺制备的浅色胶结料，一般需要添加高分子聚合物，以提高胶结料的黏度，其性能介于普通沥青与改性沥青之间。因彩色沥青对耐久性要求较高，特提出了薄膜烘箱老化试验。本工程选用的是常州普拉斯化工厂生产的脱色沥青，其性能检测结果见表1。

1.2 颜料

颜料是彩色沥青路面色彩的来源，因此必须重视颜料的选择，目前颜料主要有无机颜料和有机颜料。有机颜料色彩鲜艳，但价格昂贵，耐久性差;无机颜料价格便宜，耐光，热老化能力强，不易褪色。无机颜料中以氧化铁红颜料价格最低，应用最为广泛，且有良好的耐光老化和耐酸碱腐蚀能力。氧化铁红颜料技术指标应满足GB/T 1863—2008《氧化铁颜料》［6］的要求。氧化铁红颜料种类很多，虽然其主要成分都是以三价铁或二价铁为主的化合物，但性能差异较大。对用于彩色沥青路面的氧化铁红颜料的要求，主要技术指标有色相和粒度，其次为着色力，遮盖力，亲油性，分散性和稳定性等。研究结果表明，色相与颜料粒子大小和形状有关。对于氧化铁红颜料，粒子尺寸增加，色相逐步由黄红相向红相变化至红紫相，粒子直径越大，着色能力越低，粒子直径在0.1 μm左右时，颜料遮盖能力最大，因此，在选择氧化铁红颜料时，应注意色相和粒子尺寸等关键指标。颜料的用量直接影响彩色路面的颜色鲜艳程度和颜色的耐久性，通常增加颜料用量，路面的颜色更加鲜艳。考虑到经济性并借鉴以往的工程经验，该工程使用的颜料是江苏宇基工贸有限公司提供的氧化铁红110，掺量为混合料质量的2%，其性能检测结果见表2。

表1 AC－10彩色沥青混合料用脱色沥青主要指标及检测结果

表2 AC－10彩色沥青混合料用氧化铁红颜料主要指标及检测结果

续表2

1.3 粗集料

采用质地坚硬、干净、软石含量较低、形状近似立方体颗粒的碎石，并要求石料颜色接近彩色沥青混合料的颜色。该工程的粗集料采用安徽来安中正玄武岩有限公司生产的玄武岩。该玄武岩为黑色，它与设计颜色偏差较大，但由于玄武岩的抗压强度高，软石含量低，可以有效避免碾压过程中边角压碎产生的斑点，因此选其为粗集料，其主要指标及检测结果如表3所示。

表3 AC－10彩色沥青混合料用粗集料(玄武岩)主要指标及检测结果

由表3可以看出，玄武岩主要技术指标试验结果符合设计中关于粗集料的质量要求，可以满足彩色沥青混合料生产的质量要求。

1.4 细集料

采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的玄武岩细集料。此次采用的是安徽来安中正玄武岩有限公司生产的玄武岩石屑，其主要指标及检测结果如表4所示。

表4 AC－10彩色沥青混合料用细集料(玄武岩石屑)主要指标及检测结果

由表4可以看出，玄武岩石屑主要指标试验结果符合设计中关于细集料的质量要求，完全可以应用到彩色沥青混合料配合比设计中。

1.5 填料

彩色沥青混合料中所使用的填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。矿粉应干燥、洁净，并且能自由地从矿粉筒库流出。为保证彩色沥青混合料色彩满足设计要求，矿粉颜色的选取是重要的环节，本工程选用镇江市丹徒区高资唐驾庄机铗砂厂生产的矿粉为填料，由于该矿粉呈白色，因此大大降低了对彩色沥青混合料颜色的冲击作用，为彩色沥青混合料的品质提供了可靠的保障，其主要技术指标及检测结果如表5所示。

表5 AC－10彩色沥青混合料用矿粉主要指标及检测结果

由表5可知，矿粉所有指标均满足设计要求。

2 级配设计

2.1 选取级配

通过多种级配比选工作，以及大量基础性试验，选取了工程级配，按1#料(4.75～9.5 mm)、2#料(2.36～4.75 mm)、3#料(0～2.36 mm)以及矿粉共计4种原材料进行配合比调试。集料筛分及合成级配如表6所示。

表6 集料筛分及合成级配

2.2 最佳油石比确定

按照选用级配，采用相差0．5%油石比的5种油石比进行备料，进行马歇尔击实试验。试件毛体积相对密度通过表干法测定，因混合料分散较困难，本工程理论最大相对密度采用计算法确定，具体物理参数、力学数据见表7，室内部分马氏试件见图1。

表7 AC－10彩色沥青混合料马歇尔试验结果

综合表6、表7，得到用于本工程AC－10彩色沥青混合料质量百分比。脱色沥青∶1#料(4.75～9.5 mm)∶2#料(2.36 ～4.75 mm)∶3#料(0 ～2.36 mm)∶矿粉 =5.5∶50∶9∶36∶5，颜料为外掺，掺量为混合料的2%。

2.3 AC－10彩色沥青混合料性能检验

为检验彩色沥青混合料的高温稳定性、水稳定性等性能，按设计要求进行最佳油石比下的AC－10彩色沥青混合料的针对性试验，试验结果见表8，车辙试验试件见图2。

表8 AC－10彩色沥青混合料检验结果

由表8可以看出，AC－10彩色沥青混合料的高温稳定性和水稳定性检验均符合设计要求，说明所设计的配合比可以用于指导环湖东路彩色沥青混合料的生产。

图1 AC－10彩色沥青混合料马歇尔试件

图2 彩色沥青混合料车辙试件

3 AC－10彩色沥青混合料施工

3.1 施工前准备工作

由于彩色沥青混合料中颜料用量的差异对路面的观感会产生明显的影响，因此生产时拌和楼的称重计量系统的精度尤为重要。另外，因拌和楼平时经常用于黑色沥青混合料的生产，当用于拌制彩色沥青混合料时污染问题就变得非常棘手。考虑到此因素，拌和楼特增设独立管路系统，很好地解决了拌制彩色沥青混合料的污染问题，保证了彩色沥青混合料的品质。同时，沥青混合料运输车辆、摊铺机、压路机等机器设备的清洗工作也很重要;各种试验仪器的精密度对于生产高品质的彩色沥青混合料也很关键。用于生产彩色沥青混合料的各种原材料必须分类堆放，进行场地硬化，防止被其他颗粒材料污染。氧化铁红应在阴凉、干燥的环境下存放。做好彩色沥青与黑色沥青之间的粘结工作，并清除下面层表面浮动矿料或杂质。

3.2 彩色沥青混合料的拌制

3.2.1 氧化铁红颜料的投放

添加颜料的方案:一是采用自动称量设备;二是采用人工投放方式。本工程采用人工投放方式，为提高颜料投放用量的精度，把铁红分成小袋直接投放。

3.2.2 彩色沥青混合料的拌和

拌和方案:①加入矿料、矿粉干拌10 s左右;②加入脱色沥青拌和40～45 s;③加入氧化铁红颜料继续拌和10～15 s，确保彩色沥青混合料拌和均匀。

热拌彩色沥青混合料的拌和方法及技术要求与黑色沥青混合料基本一致，拌和前应将拌缸清洗干净，防止黑色污染。开始生产时前几锅料会或多或少地存在一些黑色沥青，为了保证混合料颜色均匀一致，应废弃此料。拌和楼控制室要逐盘打印沥青及各种矿料的用量和拌和温度，及时做好混合料的试验检测工作，如遇偏差应及时调整。彩色沥青混合料的老化指标是一个很关键的指标。用于生产混合料的各种原材料加热温度需要精确控制，脱色沥青加热温度155～165℃，矿料加热温度165～175℃，出料温度145～165℃，超过190℃应废弃。

3.3 彩色沥青混合料的运输

彩色沥青混合料在运输过程中应注意的问题如下:

1)由于该工程彩色沥青混合料用于非机动车道，且只有3 m宽，大吨位的运输车辆无法进入，因此应使用较小吨位的车辆，为了减少彩色沥青混合料的温损，采用较厚的油布覆盖，参见图3。

2)拌和机向运料车放料时，汽车应前后移动，分几堆装料，以减少粗集料离析。

3)运料车每次使用前需清扫干净，在车厢板上涂一薄层隔离剂，参见图4。

4)摊铺时方可打开油布。

5)运输车辆进入现场时，应将轮胎清洗干净方可进入现场。

6)摊铺过程中，运料车应在摊铺机前10～30 cm处停止，空档等候，由摊铺机顶上运料车一边向前一边缓缓卸料。

图3 彩色沥青混合料覆盖

图4 车厢板涂隔离剂

3.4 彩色沥青混合料的摊铺

图5 彩色沥青混合料摊铺

摊铺前应将摊铺机清洗干净，以避免黑色污染。开始摊铺彩色沥青混合料前1 h，将摊铺机熨平板等部件进行加热。运料车向摊铺机受料斗中卸料时，根据受料斗的容量，尽可能一次将受料斗装满(见图5)，以减少彩色沥青混合料的离析。摊铺机要缓慢、均匀、连续不断地进行摊铺，以提高平整度，摊铺机速度宜控制在1～3 m/min。彩色沥青混合料的松铺系数应通过试验路段的试铺试压确定。彩色沥青混合料采用非接触式平衡梁装置控制摊铺厚度。未碾压前，施工人员不得进入现场。一般不用人工修整，只有在特殊情况下，如局部离析，需要专人指导，允许人工找补。为了保证彩色沥青混合料路用性能，本工程彩色沥青混合料严禁在雨天施工，施工前应准确掌握天气情况。

3.5 彩色沥青混合料的碾压成型

彩色沥青混合料的压实是保证沥青面层质量的重要环节。初压应在混合料不产生推移、开裂等情况下且尽量在摊铺后较高温度下进行，因非机动车道只有3 m宽，初压区长度得到很好的保证。初压采用1台压路机静压1遍，轻振动碾压1遍，碾压时应将压路机的驱动轮面向摊铺机，从外侧向中心碾压，整个碾压过程应尽量减少钢轮上的洒水量，以免加速彩色沥青混合料的温降。复压应紧跟在初压后进行，且不得随意停顿，压路机碾压段的总长度应尽量缩短，通常不超过30 m。复压采用1台压路机振动碾压4遍，终压采用1台压路机以静压方式碾压2～3遍，以消除轮迹。初压碾压速度为1.5～2 km/h，复压碾压速度为4～5 km/h，终压碾压速度为2～3 km/h，碾压完成12 h后，方可允许施工车辆通行。为了避免钢轮上铁水对彩色路面色彩产生致命影响，在上钢轮时已经对钢轮表面的铁锈等污染物进行彻底的清除。彩色沥青混合料的压实度设计要求≥98%。

4 彩色沥青混合料质量控制

按批次检测各种原材料，包括脱色沥青、粗集料、细集料、矿粉、氧化铁红颜料;按文献［7］～文献［9］检测混合料，包括油石比、矿料级配、稳定度、流值、空隙率、残留稳定度、混合料出厂温度、运到现场温度、摊铺温度、初压温度、碾压终了温度、混合料拌和均匀性。现场质量检查主要包括厚度、平整度、宽度、高程、横坡度、压实度、渗水系数、横向偏位、摊铺的均匀性，其中压实度采用双控指标。试验结果表明，各项指标均达到彩色沥青混合料的要求。

5 结论

1)集料的选择一般要求与混合料的颜色接近，本工程使用黑色玄武岩，与设计颜色偏差较大，主要是由于玄武岩的强度高，软石含量低，可以有效避免碾压过程中边角压碎产生的斑点。

2)严格控制各种材料加热温度、拌和时间，防止彩色沥青混合料路面在使用前就过度老化，耐久性得不到保证。脱色沥青加热温度155～165℃、矿料加热温度165～175℃。

3)使用脱色沥青拌制的混合料，其水稳定性和高温稳定性并非十分出色，脱色沥青的性能还有进一步提高的空间，或者通过掺加其他外加剂来提高此项性能。

4)氧化铁红颜料合理掺量的选取应根据彩色沥青混合料经济性与耐久性综合考虑。目前，彩色沥青混合料在我国使用的时间较短，后期试验数据积累不够丰富，特别是混合料的老化性能，需要长时间的积累，才能得到一定的规律。

5)彩色沥青混合料路面的铺筑起到了诱导交通，美化环境的作用，其应用前景广阔。彩色沥青混合料路面最好选用颜色不太鲜艳的颜料，确保紫外线、雨、雪、雾等综合作用下，保持经久不退色。根据不同部位采取不同亮度的颜料，颜色的选取应与周围环境协调。

［1］中华人民共和国交通部．JTG D50－2006公路沥青路面设计规范［S］．北京:人民交通出版社，2007．

［2］吕伟民，沥青混合料设计原理与方法［M］．上海:同济大学出版社，2001．

［3］谢福炯，陈志成．彩色沥青混凝土在城市道路中的应用［J］．市政技术，2003(3):173－175．

［4］董先明．浅谈彩色沥青混凝土配合比设计与施工质量控制［J］．安徽建筑，2008(4):90－91．

［5］熊出华，王瑞燕．彩色沥青路面在城市道路中的应用［J］．重庆建筑，2008(3):33－36．

［6］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．GB/T 1863—2008氧化铁颜料［S］．北京:中国标准出版社，2008．

［7］中华人民共和国交通部．JTG E42－2005公路工程集料试验规程［S］．北京:人民交通出版社，2005．

［8］中华人民共和国交通部．JTG F40－2004公路沥青路面施工技术规范［S］．北京:人民交通出版社，2005．

［9］中华人民共和国交通运输部．JTG E20－2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］．北京:人民交通出版社，2011．