彩色沥青路面色彩耐久性评价方法

邢 磊，雷柏齡，陈忠达

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司,湖北 武汉 430010;2.东风商用车技术中心,湖北 武汉 430056; 3.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064）

彩色沥青路面色彩耐久性评价方法

邢 磊1，雷柏齡2，陈忠达3

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司,湖北 武汉 430010;2.东风商用车技术中心,湖北 武汉 430056; 3.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064）

从彩色沥青和彩色沥青混合料色彩的耐久性分析出发，提出了彩色沥青路面色彩耐久性综合评价指标PCD，据此构建了“1+2+5”三层评价指标体系，为各分项指标划分了权重，给出了综合评价指标和分项指标的试验检测方法、计算方法和控制标准，为彩色沥青路面色彩耐久性的优劣评定提供理论依据。

道路工程；彩色沥青路面；色彩耐久性；评价指标

0 引 言

彩色沥青路面除要满足一般对黑色沥青高温、低温、水稳和耐老化等路用性能外，其作为一种新型的功能性路面形式，色彩的耐久性也尤为重要。目前国内外尚无关于彩色沥青路面路用性能的系统性规范。关于彩色沥青路面的研究大多集中在传统路用性能方面[1-5]，尚无关于彩色路面色彩耐久性及其评价方法的研究。

1 彩色沥青路面色彩耐久性评价指标体系

1.1 色彩耐久性基本含义

彩色沥青路面色彩耐久性是指彩色沥青成品在经混合料拌合、摊铺、碾压等短期老化，投入使用后，经外界自然环境和车辆荷载的长期作用，彩色路面原有色彩的保持性和自身抵抗外界油质、土质污染的能力。

1.2 色彩耐久性评价指标体系构建

彩色沥青路面的色彩耐久性主要从彩色沥青的色彩耐久性和彩色沥青混合料的色彩耐久性两个方面进行分析和评价。其中，彩色沥青的色彩耐久性主要从彩色沥青材料短期老化后色彩耐久性、长期老化后色彩耐久性和经紫外线辐射后色彩的耐久性三个方面考察；彩色沥青混合料的色彩耐久性主要从其抗油质污染能力、抗土质污染能力两个方面考察。据此初步构建了彩色沥青路面色彩耐久性的评价指标，如图1所示。

1.3 指标权重的划分

图1 彩色沥青路面色彩耐久性评价指标构成

这里以彩色沥青色彩耐久性3个分项指标为例说明各指标权重的划分和计算方法。

（1）依据专家意见，将3个分项指标两两比较后，依不减次序排列：{S12＞S11＞S13}。

依照表1比例标度，为上述不减次序中相邻元素关系赋值，以L1表示S12与S11之间的关系，以L2表示S11与S13的关系，则有：{L1,L2}={1.4,1.2}。其中，间隔项的关系值由相邻项的关系值乘积确定，可知S12与S13的关系值为1.68。

表1 常用标度

（2）构造判别矩阵P

由（1）中给出的相邻元素的关系值和计算所得的间隔项关系值构造判别矩阵P如下：

由MATLAB计算判别矩阵的最大特征值λmax=3，最大特征值对应的特征向量为[0.732 3,0.523 1,0.435 9]，将其规范化后即为依照不减次序排列的各分项指标对应的权重值[0.43,0.31,0.26]，即{S11,S12,S13}权重为[0.31,0.43,0.26]。同理，可以得到彩色沥青混合料色彩耐久性两个分项指标的权重为{S21，S22}=[0.55,0.45]；彩色沥青路面色彩耐久性两个分项指标的权重{S1,S2}=[0.55,0.45]。

1.4 色彩耐久性的计算和评定标准

（1）计算方法

在进行彩色沥青路面色彩耐久性的综合评价时，首先各单项指标得分必须满足单项指标的分值要求，之后再进行综合指标的计算和评定，且对于各单项指标不能满足要求的彩色沥青试样直接判为差。

彩色沥青路面色彩耐久性综合指标值依照式（1）计算：

式中：PCD为彩色路面色彩耐久性综合指标得分；ACD为彩色沥青色彩耐久性分项指标得分；MCD为彩色沥青混合料色彩耐久性分项指标得分；S1，S2为对应分项指标权重。

其中，彩色沥青色彩耐久性指标得分ACD依照式(2)计算：

式中：CMD-R为彩色沥青材料短期老化（RTFOT）后色彩耐久性指标得分；CMD-P为CMD-P为彩色沥青材料长期老化（PAV）后色彩耐久性指标得分；CMD-UV为彩色沥青材料经紫外线辐射后色彩耐久性得分；S11，S12，S13为对应分项指标权重。

（2）彩色沥青混合料色彩耐久性指标的得分MCD依照式（3）计算：

式中：U为彩色沥青混合料抗油质污染能力得分；T为彩色沥青混合料抗土质污染能力得分；S21，S22为对应分项指标权重。

（3）彩色沥青路面色彩耐久性综合指标PCD评定标准

研究通过大量试验分析，结合各分项指标的评定标准，给出彩色沥青路面色彩耐久性综合指标PCD评定标准（见表2）。

表2 彩色沥青路面色彩耐久性综合指标PCD评定标准

一般要求彩色沥青路面的色彩耐久性至少在III级以上。

2 彩色沥青色彩耐久性评定方法

彩色沥青色彩耐久性主要从短期老化后色彩耐久性、长期老化后色彩耐久性和经紫外线照射后色彩的耐久性3个分项指标来评价。主要通过对彩色沥青原样、RTFOT后的彩色沥青样品、PAV后的彩色沥青样品以及经紫外线辐射后的彩色沥青样品的色彩RGB值进行采集和比较，从而评定彩色沥青的色彩耐久性。

2.1 RGB色彩体系与褪色机理分析

RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，其通过对红（R）、绿（G）、蓝（B）三原颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色，RGB则为红、绿、蓝三通道颜色的代表。在RGB色彩体系中，纯色颜色的RGB值（见表3）。

表3 纯色色彩的RGB值[7，8]

因为某一纯色色彩的变暗或变浅是由于主色值（如红色的R值）的减小和辅色值（如红色的G、B值）的增加所致。

所以，在评价彩色沥青材料色彩的耐久性时，可以通过R、G、B前后的相对比值来判断，且比值与“1”的差值的绝对值越小，说明其色彩的耐久性越好。

2.2 RTFOT后彩色沥青样品的色彩耐久性

（1）含义

RTFOT后彩色沥青样品的色彩耐久性是指彩色沥青经RTFOT老化试验后，其色彩较老化试验前（原样）的相对保持状态，以CMD-R表征。

（2）检测方法

首先，对彩色沥青样品进行RTFOT试验（参考现有规范实施）；其次采用数码相机对彩色沥青原样和RTFOT试验后的彩色沥青试样进行拍照，每一种样品两张照片，一张照片的RGB值分别采集5个值，然后对两张照片的10个值取平均值，作为该样品对应R、G、B的数值，最后依照式（4）计算CMD-R参数得分，且分值越大说明色彩RTFOT后的耐久性越好。

式中：RR、GR、BR为表示彩色沥青试样RTFOT后R、G、B的平均值；R0、G0、B0为表示原样彩色沥青试样R、G、B的平均值。

2.3 PAV后彩色沥青样品的色彩耐久性

（1）含义

PAV后彩色沥青样品的色彩耐久性是指彩色沥青经PAV老化试验后，其色彩较老化试验前（原样）的相对保持状态，以CMD-P表征。

（2）检测方法

首先，对彩色沥青样品进行PAV试验（参考现有规范实施）；其次，采用数码相机对彩色沥青原样和PAV试验后的彩色沥青试样进行拍照，每一种样品两张照片，一张照片的RGB值分别采集5个值，然后对两张照片的10个值取平均值，作为该样品对应R、G、B的数值；最后，依照式（5）计算CMDP参数得分，且分值越大说明色彩PAV后的耐久性越好。

式中：RP、GP、BP为表示彩色沥青试样PAV后R、G、B的平均值。

2.4 紫外线辐射后彩色沥青样品色彩耐久性

（1）含义

紫外线照射后彩色沥青样品色彩耐久性是指彩色沥青经紫外线辐射室内模拟试验后，其色彩较辐射试验前（原样）的相对保持状态，以CMDUV表征。

（2）检测方法

紫外线对彩色沥青样品辐射的模拟和检测方法可以参照华南理工大学《彩色沥青及彩色沥青混合料路用性能研究》中所提出的方法[9]。

在一个尺寸为（0.7×0.4×0.7）m3的木箱中，将功率（PURL）为20 W的紫外线灯装于木箱的顶部，用于模拟外界太阳的紫外线辐射。由木箱底部的面积（0.7×0.4）m2和功率，依据式（6）计算出模拟试验箱内的紫外线辐射强度（IURLab）。

式中：PURL为紫外线灯功率；S箱底为模拟箱的箱底面积。

因为彩色沥青材料应用的区域不同，各地的紫外线辐射强度也不相同，所以提出一个室内紫外线辐射对各地紫外线辐射的放大系数f，用于室内模拟辐射天数d室内与某地区的实际紫外线辐射天数d实际之间的换算，换算关系满足式（7）。

式中：d实际为某地区的实际紫外线辐射天数；d室内为室内模拟辐射天数；f为该地区的紫外线辐射放大系数。

华南理工大学通过对上述紫外线辐射强度为71.43 W/m2的试验模型研究提出了各地区的紫外线放大系数值（见表4）。

表4 各地区紫外线放大系数

试验时，首先根据某地区实际紫外线辐射模拟天数依据式（7）换算为室内模拟天数；其次，将彩色沥青材料熔化浇灌在尺寸为（0.2×0.2×0.02）m3的预制模具里，每个样品两个试件，自然冷却40～60 min后，在良好的光线下，用数码相机拍照，每一个试件两张照片，一张照片的RGB值分别采集5个值，然后对两张照片的10个值取平均值，作为该彩色沥青原样对应R、G、B的数值；再次，将其放置在紫外线辐射箱内，d室内天后，再用数码相机拍照，每一个试件两张照片，一张照片的RGB值分别采集5个值，然后对两张照片的10个值取平均值，作为该样品紫外线辐射后对应R、G、B的数值；最后，依照式（8）计算CMD-UV参数得分，且分值越大说明色彩经紫外线辐射后的耐久性越好。

式中：RUV、GUV、BUV为表示彩色沥青试样RTFOT后R、G、B的平均值。

2.5 评定标准

通过大量样品的试验分析，对所求算参数与颜色的变化进行对比分析，研究认为上述三参数的求算结果对彩色沥青材料色彩耐久性的优劣表征可以执行统一标准（见表5）。

表5 彩色沥青色彩耐久性优劣评定标准

因为当参数值得分小于50分后，彩色沥青样品色彩已有明显的发暗、褪色，所以，对各单项参数指标要求其参数得分不得小于50分，当满足这一条件后才能进行综合指标的计算和评价。

需要指出的是，上述3个指标的计算方法适用于彩色沥青原样的RGB值相差不大、具有相同色彩、纯色（红、绿、蓝、黄等）试样的色彩耐久性比较和评定。并且，每次试验不同试样RGB色彩的采集应采用相同型号的数码相机，在相同外界条件下拍摄。

3 彩色沥青混合料色彩耐久性评定方法

彩色沥青混合料色彩耐久性主要从抗油质污染能力、抗土质污染能力两个分项指标来评价。

3.1 抗油质污染能力

（1）含义

彩色沥青混合料抗油质污染能力指标是指彩色沥青路面在外界自然环境和车辆荷载作用下，自身抵抗油质污染的能力，以U表示。

（2）检测方法

将普通汽车发动机机油50g均匀涂抹在1 m×1 m的正方形表面，24 h后用刷子和水（+洗洁精）人工清洗5 min，观察表面油污剩余面积S，且U=（1-S）× 100。

3.2 抗土质污染能力

（1）含义

彩色沥青混合料抗油质污染能力指标是指彩色沥青路面在外界自然环境和车辆荷载作用下，自身抵抗土质污染的能力，以T表示。

（2）检测方法

将普通黏土100 g，均匀涂抹在1 m×1 m的正方形表面，24 h后用刷子和水（+洗洁精）人工清洗5 min，观察表面土污剩余面积S，且 T=（1-S）× 100。

3.3 评定表征

彩色沥青混合料抗油质污染能力U和抗土质污染能力T应处于“良”以上，满足这一条件的方能进行综合指标的计算和评价，评定标准见表6。

表6 彩色沥青混合料色彩耐久性优劣评定标准

4 结语

提出彩色沥青路面色彩耐久性综合评价指标PCD，构建了“1+2+5”三层综合评价指标体系，用于彩色沥青路面色彩耐久性的优劣评定，并为各分项指标划分了权重，给出了综合指标的评定标准。同时，就彩色沥青和彩色沥青混合料的色彩耐久性评定给出了具体的试验检测和指标值计算方法，并给出了各分项指标的评定控制标准。

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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，陕西咸阳人，工程师，从事城市道路工程设计与规划理论研究、彩色路面技术研究。