浅谈彩色沥青混凝土在路面工程中的使用

赵周文

（甘肃省陇南公路事业发展中心，甘肃 陇南 746000）

随着公路交通对公路路面各项指标要求越来越高，沥青混凝土在路面施工中得到广泛应用，其中彩色沥青混凝土的应用也较普遍。

1 概述

因为沥青具有颜色，所以先要脱色得到脱色沥青，然后在特定温度下将脱色沥青和石料、添加剂和颜料等材料混合搅拌，制成彩色沥青混凝土，再通过专用设备进行摊铺、碾压成为彩色沥青混凝土路面（简称彩色沥青路面）。该路面不仅具有高强度，还符合道路行车安全的各项要求，例如各种交通路面指示标志（见图1），高速公路弯道减速震动提醒（见图2），美化环境、装点城市（见图3）。彩色沥青混凝土的普遍使用，给道路使用者带来一目了然的提醒，有利于疏导交通、引导车辆规范行驶，提升了路域环境的美化。彩色沥青混凝土的研究和应用可追溯到20世纪中叶，经过技术不断进步，彩色沥青混凝土在很多国家得到了应用推广，应用范围有公园道路、自行车骑行路、人行道路和公共交通专用道路等。

图1 醒目的彩色标线

图2 高速公路弯道减速震动提醒路段

图3 美化环境强化功能

为了获得彩色和纹理凸起结构，普遍使用粘度高（60℃时粘度可达50000Pa·s）、浅色结合料铺筑路面，尤其是交通繁忙的路面。彩色沥青混凝土普遍采用SMA-13。SMA-13是细粒式沥青混凝土，能很好满足应用要求，结构见图4。

图4 彩色混凝土路面结构图

2 原材料

彩色沥青混凝土混合料包括彩色结合料、矿物质集料、填料、颜料、外加剂等。混合料的配合比设计对质量至关重要，选材是关键[1]。

2.1 沥青结合料

彩色沥青结合料是浅色，各项指标应符合JT/T 1128-2017《彩色沥青结合料》。普通彩色沥青结合料技术指标见表1。

表1 普通彩色沥青结合料的技术要求

2.2 集料及填料

集料分粗集料和细集料，以2.36mm为评判，以上为粗集料，以下为细集料，小于0.075mm称为填料。集料及填料的质量关乎沥青混凝土质量，对于集料的技术要求应符合DB12/T 918-2019《公路沥青路面集料技术规范》，表面应清洁，粗糙且有棱角、坚硬，应具有较高强度和抗表面磨损能力。

2.3 颜料

彩色沥青混凝土颜色主要取决于颜料，因此颜料要经久耐用，不怕日光照射，不脱色，有耐热性。由于加入了颜料，可减少矿粉用量。颜料主要分无机和有机两类，无机颜料有金属氧化物、金属硫化物、铬酸盐类和硅酸盐类，有机颜料有偶氮颜料、酞箐颜料和杂环颜料。

3 配合比设计

配合比设计要按照规范及具体道路要求进行，目前普遍采用SMA-13，其与AC-13 的区别有：1）SMA采用改性沥青，AC采用基质沥青或改性沥青；2）SMA掺加木质纤维，而AC不掺加；3）SMA与AC的级配要求不一样，其他指标如孔隙率、密度也不同。

按照规范要求进行马歇尔试验，相关指标必须满足，见表2。

表2 混合料马歇尔试验技术指标

4 彩色沥青混合料性能研究

4.1 车辙试验

在性能方面，彩色沥青与普通沥青混合料是一致的，即承载能力、安全性、舒适性、耐久性等指标要达到同样要求。在此基础上，彩色沥青混凝土还有新的要求，即具有耐摩擦性能，并在风吹日晒等反复作用下具有保持颜色不变的能力，因此要对耐久性进行研究。在高温、低速重载和抗剪切能力不足时，公路的破坏形式有拥包、搓板、车辙、泛油等，车辙现象是所有破坏形式的集中表现。因此，国家规范对各等级公路提出了具体要求，车辙试验在进行配合比设计时是必不可少的环节（见表3）。

表3 车辙试验要求

4.2 水稳定性

公路要经受各种自然灾害的冲击，其中雨水及冰雪融化最常见。公路承受的是动态压力，即移动的车轮和雨水在轮胎空隙处形成真空所带来的动态压力，周而复始反复作用。同时，水分在压力作用下渗入沥青与集料界面间，降低了沥青粘附性，可能使沥青与集料发生剥离，出现沥青混合料不能抱团，从而导致混合料中的骨料掉粒，沥青混凝土失效。公路由此出现路面病害，如坑槽、凸起变形。为避免此类现象，要检验路面材料的水稳定性，该检验的系列试验方法有浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验、浸水劈裂试验、真空饱水劈裂试验、冻融劈裂试验、浸水抗压试验、浸水车辙试验等。

按照T0709-2000《沥青混合料马歇尔稳定度试验》和T0729-2000《沥青混合料冻融劈裂试验夹具》进行沥青混合料浸水马歇尔稳定度试验和沥青混合料冻融劈裂试验，试验结果要满足要求（见表4）。

表4 两项试验技术要求

大型马歇尔试验的压头尺寸见图5所示。最大载荷不小于25kN，精确度100N；恒温水槽控温准确度为1℃，深度≮150mm；其他还需真空饱水容器、烘箱、天平、温度计、卡尺和面纱、黄油等。

图5 大型马歇尔试验的压头（单位：mm）

试验按照操作规程进行。试验数据处理如下：

1）稳定度及流值

各种数据通过计算机采集，并生成压力与试件变形曲线，见图6。O1由切线延长线与X轴交点获得，测量O1到载荷最大值的数值可得到FL（流值），单位mm，精确到0.1mm，而最大载荷就是MS（稳定度），单位kN，精确到0.01kN。

图6 马歇尔试验修正法

2）公式

试件马歇尔模数可通过公式（1）计算得到：

式中，T-试件马歇尔模数，kN/mm；

MS-时间的稳定度，kN；

FL-时间的流值，mm。

马歇尔模数越大，说明变形小，意味着有能力抵抗更大的外力，同时也说明沥青混合料强度高，高温抗变形能力好，也反映出抗车辙能力强。

3）残留稳定度

试件浸水残留稳定度按公式（2）计算：

式中，MS0-试件浸水残留稳定度，%；

MS1-试件浸水48h后的稳定度，kN。

4）真空饱水残留稳定度

试件真空饱水残留稳定度按照公式（3）计算：

式中，MS’0-试件真空饱水残留稳定度，%；

MS1-试件真空饱水后浸水48h后的稳定度，kN。

4.3 抗老化性能

导致沥青混凝土老化的原因有氧气、加热高温、水和紫外线。抗老化性能是沥青混凝土耐久性的重要指标，可通过短期老化和长期老化来模拟。烘箱加热法、延时拌合法、微波加热法属于短期老化试验方法，加压氧化老化、岩石烘箱加热、红（紫）外线处理属于长期老化试验方法。沥青混合料老化评价试验常采用低温劈裂试验和弯曲试验，测量指标有劈裂强度、劲度模量值、弯拉强度、弯拉应变。以彩色沥青混凝土和普通沥青混凝土混合料劈裂试验为例进行分析（见图7）。

沥青混凝土老化评级分为3个级别：1）未老化（为加热老化）；2）短期老化（拌合均匀后，在恒温烘箱内135±1℃放置4h）；3）长期老化（经短期老化后，在恒温烘箱内85±1℃放置5d）。从图7可见，劈裂强度随时间推移而增加，同时，不管在哪个级别（未老化、短期老化、长期老化），曲线1（彩色沥青混合料）都在曲线2（普通沥青混合料）上方，彩色沥青混合料比普通沥青混合料的劈裂强度高，抗老化能力强。

图7 不同老化条件下的低温劈裂强度

5 结语

彩色沥青混凝土应具备普通沥青混凝土的所有要素，要满足沥青混凝土的三项指标，即高温、低温、水稳定性，提高彩色沥青混凝土性能要围绕以上三个方面开展，技术要求须执行CJJ/T 218-2014《城市道路彩色沥青混凝土路面技术规程》。彩色沥青混凝土的组成与沥青混凝土相比多了颜料，颜料的加入可适当减少矿粉掺量。各种原料的选材、配合比设计很重要，直接影响彩色沥青混凝土质量。设计好的彩色沥青混凝土要进行试验验证，如车辙试验、水稳性试验、和抗老化试验等。