彩色路面铺装技术浅析

王苹

摘要：国内外关于彩色铺装材料的研究与应用结果表明：彩色铺装材料在美化城市景观、提高隧道路面的彩色性能等方面具有独特的优势。但是，由于彩色材料的特殊性质以及路面结构的不同，在不同路面结构下的彩色铺装技术有待进一步的研究。本论文主要通过介绍及引用相关数据来反映路面彩色铺装的优越性和可行性，对路面彩色铺装技术的社会效益和经济效益进行了评价。并结合国内隧道照明工程学研究的光亮度与反应时间的模型，等效出照度值与反应时间的关系，从而分析出彩色铺装可以有效的减少驾驶人员对紧急情况作出反应的时间，提高了行车的安全性。

关键词： 彩色铺装；隧道路面；路用性能；彩色性能

引言：

公路隧道建设是提高公路等级，实现资源节约型、环境友好型交通的重要措施之一，是实现高速、快捷、安全运输的重要工程设施。公路隧道内是一个相对封闭、空间狭小的管状环境。隧道内的环境与隧道外一般路段的环境有着很大的区别，隧道内没有日晒雨淋，全年的温度相对比较稳定，温度变化幅度小；但是隧道内湿度比较大，比较潮湿，而且地下水丰富。在高速公路隧道中，长大隧道所占的比例越来越高，在长大隧道内铺设高性能的沥青混合料会有很多“软肋”。比如施工期间的空气污染、运营期间的水破坏、使用耐久性、防火灾问题、行车抗滑安全问

题以及照度与采光问题等等。高速公路隧道尤其是长大隧道内的光线较暗，行车视线较差，而沥青路面由于颜色黑，反射率低，有较强的吸收光线的特点，会直接影响路面的光亮度（照度值）。白天当驾驶人员高速驾驶车辆从明亮的自然光线环境进入公路隧道时，由于隧道内照明亮度不高，洞口内外光亮度落差较大，驾驶人员的视觉状态就会出现一段从不适应到适应的过程。日本相关研究表明交通肇事次数与反应时间的关系调查数据表明，肇事次数与驾驶员反应时间长短成正比关系，如表1.1所示。

因此，减少适应时间及反应时间对保证交通安全是至关重要的。与沥青路面相比，水泥混凝土路面的反光特性对道路安全具有重要作用，因为它能有效的提高背景能见度对比值既提高隧道内背景的光亮度。本文就是结合国内外有关研究对高速公路隧道路面彩色铺装进行分析和探讨。

1.1国内外研究概况

国外有一种称为“glassphalt”的路面，是將废玻璃破碎后掺入混合料铺在城市道路中，其路用性能与普通沥青混凝土路面相比并未降低，而且在夜晚还表现出良好的景观效果，被认为是一种会闪闪发光（glittering）的路面。

早在20世纪60年代末至70年代初，美国就开始了玻璃沥青混合料的研究和实践运用，在此期间美国和加拿大一共铺筑了约33个玻璃沥青路面的实验路段，取得了较好的效果[6]；20世纪70年代中期到80年代中期，美国的Baltimore采用掺入废玻璃的沥青混合料铺筑城市道路的沥青路面，试验路段达17个，结果发现玻璃沥青面层性能良好并有着显著的光反射效果。1990年至1995年间，仅美国纽约交通局就在旧路的维修工程中使用了近25万t废玻璃。

概括国际上掺入废玻璃的沥青混合料铺筑道路的发展历程为：

上世纪60年代末到70年代初，主要研究是废玻璃沥青混合料在道路面层和基层中的应用技术；

70年代中期到80年代中期，掺入废玻璃的沥青混合料铺筑城市道路的沥青路面，并发现玻璃沥青面层性能良好并有着显著的反光效果；

90年代中后期，在旧路的维修工程中开始使用废玻璃沥青混合料；

90年代后期至今，主要在研究确定废玻璃用于沥青混凝土路面的最大粒径、掺入比例，从而获得最佳的路用性能。（研究认为，废玻璃用于沥青混凝土路面的最大粒径为4.75mm、掺入比例为10%～15%时能获得最佳路用性能。）

在国外废玻璃沥青混合料的应用技术已经相当成熟，但由于我国气候、道路结构、汽车荷载等方面的差异，废玻璃沥青混合料在我国的应用还需要进一步研究。近些年来我国对废玻璃沥青混合料也开展了一些研究工作。

重庆交通大学土木建筑学院的凌天清、张曙光等人利用浅色石料和废玻璃两种材料替换AC-13中一定比例和粒径的骨料，并碾压在车辙板试件表面，得出掺入彩色材料后，沥青混凝土的抗滑性能、高温稳定性会略有降低，抗渗性能有所增加，但仍然满足规范要求；沥青混凝土的彩色性能提高较多，其中掺加浅色石料的彩色路面可以提高15%的照度值，掺加碎玻璃的彩色路面可以提高10%的照度值；浅色石料的路用性能及彩色性能要优于碎玻璃，不过通过试验观察浅色石料经碾压后，破碎较多，个别被碾压成粉末状，而玻璃却基本不会被碾压破碎。

1.2彩色材料作用机理

目前，彩色铺装技术的措施主要有两种：一种是直接将反光物质涂抹或喷涂在路面表面或者在路面涂料中添加反光材料；另一种措施是在路面结构中掺入自身具备某种颜色或者反光特性的特殊材料。前种方法主要运用在道路的标线、标志涂料上，有着使用寿命短、耐磨性差、造价高的缺点，不利于大面积的推广使用。后种方法运用的材料种类很多，如白色大理石、白色鹅卵石、陶瓷、普通玻璃、玻璃微珠等。这类材料的掺入方式有两种：其一就是将其作为一种集料取代一部分常规材料直接加入沥青混合料中，在日后的车辆行驶的过程中，部分沥青从材料表面剥落，露出这类材料从而起到彩色的作用；其二就是将这类材料直接摊铺、碾压在路面结构的表面，由于没有沥青的裹覆，有效的提高了路面的彩色性能。本文主要介绍的是在路面材料表层上添加彩色材料的一种措施。

1.3 彩色路面沥青混合料配合比设计

本文介绍的彩色路面是应用在高速公路隧道路面的表面层，采用的是沥青玛蹄脂碎石-13作为母体沥青混合料，再在母体混合料表面添加彩色材料。那么对-13型沥青混合料的配合比设计尤为重要。通过Marshall击实试验法，确定了-13型沥青混合料的配合比并最终确定最终确定-13沥青混合料最佳油石比为6.0%。

1.4彩色材料掺入方案

彩色材料掺入的粒径选用的是9.5～13.2mm和4.75～9.5mm粒径的废钢化玻璃和白色方坚石。因为根据国外研究认为，沥青混合料的高温抗车辙能力60%依赖于矿质集料颗粒的嵌锁作用，40%取决于沥青结合料的粘结作用。合理的级配类型，往往能够形成嵌挤骨架结构，体现出较高的抗车辙能力。因此，需要结合的“三多一少”结构特性，选用了9.5～13.2mm和4.75～9.5mm粒径。想依靠其自身粗集料之间的嵌挤作用，在母体沥青混合料表面形成牢固的骨架-密实结构。

由于彩色材料只添加在母体沥青混合料的表层，所以掺入的质量大小有一个最佳的范围，掺入太多，彩色材料早已铺满整个表面；掺入太少，集料间不能很好的形成嵌挤作用，且影响彩色性能的提升。

彩色材料的掺入比例见式（2.1） （2.1）

式中： ——彩色材料的掺入比例，%；

——母体沥青混合料车辙板质量，g；

——掺入彩色材料质量，g。

由于彩色材料的撒布量相对于整个车辙板试件的质量来说比例只占很小的一部分，而且是靠自身的粗集料之间的嵌挤作用，所以对母体沥青混合料的沥青用量没有特殊的要求，还是采用6%的最佳油石比。

根据资料显示对彩色铺装的沥青混合料进行高温性能试验、水稳定性能试验、抗渗性能试验、抗滑性能试验、粘结性能试验。试验结果表明：对于废钢化玻璃来说，其外表光滑，对抗渗、抗滑和粘结性能有一定的影响，建议对掺入的粒径还是应该有所控制，掺入量也不宜太高，或者对采购来的废钢化玻璃进行二次处理后再用于路面铺筑；对于白色方坚石来说，其压碎值较低，对高温稳定性有一定影响，建议在有条件的情况下采用压碎值较低的其他白色石料如白色大理石等。

1.5 路面彩色铺装材料彩色性能

对于彩色性能的评价方法有很多，有的研究采用亮度值，也有的研究采用照度值。本文主要介绍路面彩色铺装材料的照度值（逆反射系数）将照度值与光亮度进行转换，结合国内隧道照明工程学研究的光亮度与反应时间的模型，等效出照度值与反应时间的关系，从而分析出彩色铺装对减少反应时间、提高行车安全的影响。

通过数字照度仪在实验室模拟环境中采集基础数据并利用这部分基础数据建立模型还原出实际情况下的真实效果。试验得到的结果表明白色方坚石这种彩色材料提高照度值的效果优于废钢化玻璃。因为彩色材料主要是利用了光线的镜面反射和漫反射原理来提高照度值，而废钢化玻璃由于自身独特的性质，导致是以镜面反射为主，漫反射为辅；而白色方坚石是以漫反射为主，镜面反射为辅。但无论是掺入废钢化玻璃还是掺入白色方坚石，在同一粒径下，随着掺入量的增大，其照度值也增大，这也有力的证明了彩色材料对于彩色性能的影响。同时，还可以得出掺入彩色材料的粒径越大，其照度值提升越明显，但是要结合对路用性能的研究来判断，不能单独考虑某一种性能。

1.6反应时间评价

影响反应时间的因素主要有4个方面，分别是光源光谱、光亮度、视标对比度和视标偏心角。

本文主要介绍通过光亮度及光源光谱两方面对反应时间进行评价，分别对废钢化玻璃和白色方坚石进行试验，结果表明随着光亮度的增大，反应时间随之变短，虽然从数字上看减小的幅度很小，但是要考虑到在一定的反应时间范围内减小百分之一秒也是十分困难的，往往就是这百分之一秒的时间决定了交通事故的发生率。同时在相同的光亮度下，色温为6400K的白色紧凑型荧光灯比色温为2700K的黄色紧凑型荧光灯的反应时间短。这说明在实际的隧道照明環境中，若以反应时间为参考因素，在相同的荧光灯功率下，色温为6400K的白色紧凑型荧光灯比色温为2700K的黄色紧凑型荧光灯的照明效果好。从节能环保的角度出发，在达到相同的照明效果的前提下，可以使用更低功率的色温高的白色紧凑型荧光灯，从而达到节约能源的目的。

1.7社会效益分析及评价

玻璃是人们日常生活中经常使用的重要物品，它使用量大，随处可见。那么在使用完以后，对它的处理就成为了一个十分棘手的问题，要么需要大面积的地方来摆放会造成环境污染，要么需要建立一套完整的回收利用体系来回收利用。像国外的一些发达国家，废玻璃的回收利用率都已达到80%以上，世界平均水平也已接近50%，而我国的废玻璃回收利用率却长期徘徊在25%至30%之间。

由于路面彩色铺装技术对彩色材料路用指标的要求，导致并不是所有普通的废玻璃都能满足要求，而需要采用压碎值和磨耗值很低的废钢化玻璃，其中报废汽车的玻璃是个很好的选择。2009年我国汽车累计产销双超1360万辆，汽车总保有量已经突破7000万辆，按照每年大约7%的报废量，仅报废汽车的重量就超过700万吨。将这些经过破碎、清洗等简单处理后的废钢化玻璃直接用于公路行业的建设中，就可以在一定程度上解决报废汽车占用耕地的问题。不但改善了环境，而且减少了污染，尤其是光污染。

再次，利用废钢化玻璃作为筑路材料可以减少对国家矿山资源的开采，从而减少对环境的破坏。在道路建设中，建筑材料的使用量是非常大的。通常的办法就是开采取石，这不仅破坏了环境，引起山体裸露，植被减少，而且容易导致水土流失、地质灾害。将废钢化玻璃应用于道路建设中作为一种筑路的材料，就可以有效的减少石料的开采，降低工程建设对环境影响的负作用。

废钢化玻璃的在公路建设行业的运用无疑在节约国家资源和环境保护创造了巨大的社会效益。

结论：

本文主要介绍了高速公路隧道路面彩色铺装技术

1、阐述了彩色材料的作用机理

2、沥青玛蹄脂碎石-13沥青混合料的最优配合比，油石比为6%最佳。

3、彩色材料参入方案，在有条件的情况下采用压碎值较低的其他白色石料如白色大理石等。

4、路面彩色铺装材料彩色性能，在同一粒径下，随着掺入量的增大，其照度值也增大，这也有力的证明了彩色材料对于彩色性能的影响

5、反应时间的评价，随着光亮度的增大，反应时间随之变短

6、社会效益分析及评价，废钢化玻璃的在公路建设行业的运用无疑在节约国家资源和环境保护创造了巨大的社会效益

参考文献

[1] 陈克群.微表处技术在公路隧道养护中的应用.贵州工业大学学报（自然科学版）[J]. 2008年5月第37卷第3期，190-194

[2] 李百川.汽车驾驶员适宜性检测及评价[M].人民交通出版社. 2003年4月，24-29

[3] 史小丽，王选仓，刘昆.基于照明的隧道沥青混凝土路面结构[J].公路，2009 （2）：77-81.

[4] SAMTUR H.Glass recycling and reuse[R].University of Wisconsin–Madison， 1974.

[5] CHESNER W，PETRARCAR. Report on glass aggregate pavement for the browning [R]. New York： Ferris Industries Merrick Transfer Station Located in Hempstead， 1987.

[6] Su Na，Chen J S.Engineering properties of concrete made with recycled glass[J].Resource，Conservation and Recycling，2002，35（4）.

[7] Yue Huang，Roger N Bird，Oliver Heidrich.A review of the use of recycled solid waste materials in asphalt pavements[J].Resource，Conservationand Recycling，2007，52（11）.

[8] 凌天清，張曙光.公路隧道路面彩色技术研究.全国高速公路典型路面结构技术论文集（中国公路学会学术论文集）.2009年11月.

[9]蒋文玖.废旧玻璃的回收再利用[J].上海建材，2003，（3）；35，36.

[10] Heitzman M.Design and Construction of Asphalt Paving Materials with Crumb Rubber

[11] 陈亮.废材料在道路工程中研究及应用.公路交通技术，2011.4期.