彩色沥青混合料路用性能指标的试验研究

１６４　科技研究　城市道桥与防洪　２００７年８月第８期　彩色沥青混合料路用性能指标的试验研究　唐仪兴　，邹桂莲　，张肖宁　（１．广东敦庆建筑工程有限公司，广东广州５１００６０；２．华南理工大学交通学院，广东广州５１０６４１）　摘要：该文以广东省的区域气候条件为例，通过马歇尔试验、ＣＰＮ多轮车辙仪和紫外线辐射室内模拟等室内试验方法，研　究了彩色沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和老化特性等路用性能指标。　关键词：彩色沥青混合料；高温稳定性；水稳定性；老化性　中图分类号：ＩＪ４ｌ４　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ００９—７７ｌ６（２００７）０８一Ｏｌ６４一ｏ４　０前言　数为１４９．８　ｄ／ａ，１９５１年～２０００年的年均降雨量为　１９１３．４　ｍｒｒｄａ，这种气候特点决定了水损害是广东　彩色沥青路面作为一种城市道路面层景观铺　省沥青路面破坏的主要形式之一，水损害一般在　装材料，与普通沥青路面相比，彩色沥青路面具有　沥青路面使用的早期出现，危害很大。　提高道路可辨识性、区划交通、景观铺装等优点，　目前用于评价沥青混合料高温性能的试验方　在提高道路交通安全和美化城市环境方面，起到　法很多，马歇尔稳定度试验方法是由美国密西西　重要的作用。　比州公路局布鲁斯・马歇尔（Ｂｒｕｅ　Ｍａｒｓｈｅｌ１）提出的，　同时，伴随着“公交优先”成为国内外特大城　迄今已经历了半个多世纪。１９４８年，美国陆军工　市、大城市解决城市交通和能源与环境问题的重　程兵部队对马歇尔实验方法加以改进并添加了一　要对策，与传统的对于城市道路车辆通行“限　些测试性能，最终发展成为沥青混合料设计标准。　时”、“限向”管理方式不同，利用彩色沥青路面区　马歇尔试验设备简单、操作方便，被世界上许多国　划不同性质的交通，在主要的城市道路上单辟“公　家所采用，也是目前我国评价沥青混合料高温性　交优先车道”，采用对于公交车辆“部分优先”的　能的主要试验之一。马歇尔试验测定的力学指标　信号管理模式，已经成为城市交通“公交优先”的　为马歇尔稳定度和流值，稳定度是指试件受压至　重要管理方式。彩色沥青路面在我国的应用和发　破坏时承受的最大荷载，以ｋＮ计，流值是达到最　展从单纯的景观装饰，铺筑面积很小的人行道、自　大破坏荷载时试件的垂直变形，以０．１　ｍｍ计。沥　行车道这类试验阶段，进入可以起到强烈的区划、　青混合料的水稳定性检验可以采用浸水马歇尔试　警示作用的“公交优先车道”这类车行道的应用阶　验，通过浸水４８　ｈ后的残留马歇尔稳定度是否合　段，故有必要通过试验研究确定彩色沥青混合料　格来评定混合料的水稳定性。　在车行道荷载作用下的路用性能指标。　为研究颜料对沥青混合料高温稳定性及水稳　１　彩色沥青混合料的高温稳定性、水稳定性　定性的影响，采用３％与５％（沥青混合料质量比）　的颜料取代部分矿粉拌和而成的彩色沥青混合　沥青混合料是一种典型的流变性材料，它的　料，沥青采用普通的Ａ一７０，对比彩色沥青混合料　劲度模量随着温度的升高而降低，夏季高温时，沥　与空白的非彩色沥青混合料的高温稳定性与水稳　青混凝土路面在交通荷载的重复作用下，很容易　定性，评价指标采用马歇尔试件浸水前后的马歇　出现车辙、拥包、波浪、推移、泛油等由于高温稳　尔稳定度。由于不同颜料对混合料的性能影响不　定性不足而引起的破坏，这些高温破坏一般发生　尽相同，本试验共采用了氧化铁红、氧化铁黄、氧　在沥青路面建成通车的１～２年内，属于早期破　化铁紫、氧化铁棕、大红粉、群青、桔黄、铬绿、翠　损，因而对路面的危害很大。广东省属于亚热带气　绿等９种颜料进行研究。沥青混合料的级配类型　候，夏季高温炎热，且高温持续时间很长，高温车　采用《公路沥青路面设计规范》（ＪＴＪ　０１４—９７）所推　辙是路面破坏的最主要的形式之一。　荐的级配ＡＣ～１３　Ｉ，矿料级配采用级配中值，油石　水损害是沥青路面的另一主要病害，据气象　比采用５％，如表１所示。　资料显示，１９５１年～２０００年广东省年均降雨天１３　２马歇尔试验结果与分析　收稿日期：２００７—０６—０７　作者简介：唐仪兴（１９７２一），男，广西桂林人，工程师，从事道　马歇尔试验结果见表２、表３，表格中的每一　路工程设计、研究工作。　组数据均为４个马歇尔试件的平均值。试件编号　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月第８期　城市道桥与防洪　科技研究　１６５　中的３或５指颜料占矿料质量的百分率。从马歇　的要求，与普通沥青混合料相比，彩色沥青混合料　尔的试验结果来看，各种颜料的马歇尔稳定度都　的马歇尔稳定度与之大致相当，没有出现明显降　比较高，可以满足规范对重交通道路马歇尔指标　低；从浸水马歇尔试验结果来看，群青、翠绿这两　表１沥青混合料ＡＣ一１３Ｉ级配　试件号　试件高度（ｅｍ）　空中质量（ｇ）　水中质量（曲　表干质量（曲　毛体积相对密度　马歇尔稳定度（ｋＮ）　流值（ｍｍ）　残留稳定度　维普资讯 http://www.cqvip.com １６６　科技研究　城市道桥与防洪　２００７年８月第８期　种颜料制作的试件的残留稳定度值比较小，尤其　是５％群青沥青混合料浸水４８　ｈ后有松散现象，　不能满足规范对残留稳定度的要求，其余几种颜　料试件的残留稳定度较好，与普通沥青混合料相　比，残留稳定度没有明显降低，甚至略高于普通沥　青混合料的水稳定性。可见，材料相同、混合料级　配相同，仅以部分颜料取代矿粉的马歇尔试验结　果表明，颜料对混合料的高温稳定性没有明显的　负面影响，但是部分颜料的水稳定性很差，例如群　青、翠绿，其余试验用颜料的水稳定性很好，所以　选用颜料时应首先进行沥青混合料高温性能尤其　是水稳定性的检验。　３高温稳定性的进一步验证　图１　ＣＰＮ多轮车辙仪　研究表明，混合料的马歇尔稳定度与车辙深　影响时，采用色彩效果较好的、工程中经常采用的　度之间的相关性不是很好，不能很灵敏地判别不　红色（氧化铁红）、黄色（氧化铁黄）、绿色（美术绿），　同沥青混合料高温稳定性的差异，因此本研究采　沥青采用Ａ一７０，沥青混合料采用３种级配类型，分　用ＣＰＮ车辙仪进一步验证颜料对混合料高温性　别是ＡＫ一１３Ａ、ＡＣ一１０Ｉ、ＡＣ一５１，采用规范级配范围　能的影响。ＣＰＮ多轮车辙仪是检验沥青混合料高　的中值，如表４所示，颜料掺配比例分别是，取代相　温稳定性的一种理想的实验机，如图１所示。试验　应沥青混合料中矿粉用量的２５％、５０％，为了用尽　结果的重复性与稳定性高，仪器在可控制的温度　量少的试验说明更多的问题，试验方案采用科学的　下埘试件提供重复的轮荷载，并在很短的时间内　正交设计法，试验采用的因素与水平见表５。　产生可靠的数据，测试条件可以在干、湿两种状态　本次试验中车辙破坏的判定标准为：（１）车辙　下进行，并可以方便地分析数据并可绘出荷　深度达到６．３５　ｍｍ，记录首次达到该车辙深度时　载——变形曲线。它适用于标准的４　ｉｎ、６　ｉｎ马歇　的小轮作用次数；（２）如果混合料抵抗车辙能力　尔试件和１５０　ｍｍ　ＳＵＰＥＲＰＡＶＥ旋转击实试样或　强，那么小轮作用１６　０００次后停止试验，记录下　者钻心取样的试件。仪器可测试的最大车辙深度　１６　０００次时的车辙深度。试验结果如表６所示，每　为６．３５　ｍｍ，控温精度为±１　ｏＣ，测试轮接触压强　一组试验数据是三次试验结果的平均值。　０．７　ＭＰａ（１００　ＰＳＩ），如非特别注明，混合料高温稳　ＣＰＮ车辙试验结果表明，沥青混合料配合比　定性试验温度采用６０℃。　是影响高温性能的最重要的因素，在试验采用的　在进一步验证颜料对沥青混合料高温性能的　３种配合比中，ＡＫ一１３Ａ沥青混合料的高温性能远　表４彩色沥青混合料的级配　通过百分率（％）　筛孔尺寸　（ｍｍ）　下限　上限　中值　下限　上限　中值　下限　上限　中值　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月第８期　城市道桥与防洪　科技研究　１６７　表５彩色沥青混合料正交设计的因素与水平　．试验编号混合料类型　颜料　作用次数（次）车辙深度（ｍｍ）　与各地年均紫外线辐射通量密度的商。根据这一　概念，模拟了广州地区３个月的紫外线辐射，广州　地区的紫外线放大系数为７．０７，故其室内的模拟　室外太阳照射一个月的试验时间为４．２４　ｄ（约为　４　ｄ）。本研究共模拟了室外三个月的紫外线照射。　将有色沥青混合料试件放置在紫外线辐射箱　内，每隔４　ｄ观察一次，试验所采用的沥青为普通　沥青。为了直观地说明紫外线辐射对有色沥青色　彩的影响，尽量在相同的拍摄条件下，每隔４　ｄ对　试件进行一次拍摄，为了减少误差，每一种色彩的　试件制作２个。　试验结果表明，紫外线辐射对色彩的影响在　试验的前期比较明显，照射４　ｄ后，试件颜色明显　变深、变暗，但是４　ｄ以后，色彩变化不再明显，说　明色彩渐渐趋于稳定。制作的试件中除掺加氧化　远优于其他两种沥青混合料类型，不论是否掺加　颜料，ＣＰＮ小轮运行１６　０００次以后，车辙深度均　未达到６．３５ｒａｍ，而其他两种混合料类型，均在小　轮加载１０　０００次以内，车辙深度达到了６．３５　ｍｍ，　比较而言，其他两种混合料类型中，ＡＣ一１０Ｉ沥青　混合料高温稳定性优于ＡＣ一５Ｉ沥青混合料。三种　颜料相比，氧化铁红对沥青混合料的高温稳定性　没有不利影响，氧化铁黄与美术绿这两种颜料对　混合料的高温性能有不利影响。　铁红、大红粉，桔黄、氧化铁黄、氧化铁棕的颜色　比较鲜亮外，其余颜料的试件经过紫外线照射后　颜色均渐渐接近于黑色。大红粉制作的试件虽然　较氧化铁红鲜艳明亮一些，但是经过紫外线的照　射之后，大红粉的耐紫外线能力较差，色彩变深变　暗的速度大于氧化铁红。试验中还发现，有机颜料　在混合料加热拌和过程中，对温度比较敏感，温度　较高时，色彩迅速变深、变暗，热稳定性很差，因　此在选用颜料时，一定要考虑其热稳定性，以便保　证沥青混合料的正常施工。　５　结语　（１）马歇尔试验结果表明，各种颜料对马歇尔　稳定度影响不明显，但是浸水马歇尔试验表明，颜　料对沥青混合料的水稳定性影响很大，某些颜料，　如群青沥青混合料试件浸水后发生松散，因此在　选择颜料时，必须进行水稳定性的检验。　４彩色沥青路面的色彩特性　４．１太阳辐射对色彩的影响　铺筑彩色沥青路面主要是为了取得良好的色　彩效果，而太阳光的辐射、尤其是紫外线辐射，是造　成彩色沥青路面失去原有色彩效果的主要原因，为　了保证彩色沥青具有良好的色彩效果，我们建立了　太阳辐射实验室评价彩色沥青混合料的关系。　４．２紫外线辐射的室内模拟　（２）ＣＰＮ车辙试验结果表明，沥青混合料配合　比是影响高温性能的最重要的因素。ＡＫ一１３Ａ沥　青混合料的高温性能最好，其次是ＡＣ一１０Ｉ，最差　的是ＡＣ一５Ｉ沥青混合料。在试验采用的三种颜料　中，氧化铁红的高温性能最好。　（３）太阳辐射对彩色沥青路面色彩的影响在铺　筑前期（约１个月）较为明显，后期趋于稳定。大红粉　制作的试件虽然较氧化铁红鲜艳明亮一些，但是经　我们自行制备了一个木箱用于模拟外界太阳　的紫外线辐射，紫外线灯的功率（Ｐ吼）为２０　ｗ，装　于木箱的顶部，木箱底部的面积为０．７×０．４（ＩＹＩ。）。　可以计算出木箱底部的紫外线辐射通量密度，把　它称为实验室紫外线辐射强度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，缩写为ＩＵＲＬａｂ）。　ＩＵＲＬａｈ＝Ｐｕｍ／Ｓ箱底＝２０／（０．７×０．４）＝　７１．４３　Ｗ／ｍ。　（１）　过紫外线的照射之后，大红粉的耐紫外线能力较　差，色彩变深变暗的速度大于氧化铁红。有机颜料　在混合料加热拌和过程中，对温度比较敏感。　参考文献　［１】邹桂莲，张肖宁，等．彩色沥青路面技术研究报告［ＲＩ．２００５．　［２】刘贺．彩色沥青及彩色沥青混合料路用性能研究［ｚ】．２００５　辐射量＝辐射通量密度×辐射时间　（２）　室内紫外线辐射对各地紫外线辐射的放大系　数（简称放大系数）为年室内紫外线辐射通量密度