■王家主

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350004）

1 前言

我國公路隧道數(shù)量大，截至2016年底，通車隧道總數(shù)達(dá)15181座，總里程14040公里。這些隧道的路面以水泥路面和瀝青路面為主，很少使用彩色路面，關(guān)于隧道內(nèi)應(yīng)用彩色路面的研究甚少。對(duì)駕乘人員而言，彩色路面在隧道內(nèi)具有警示誘導(dǎo)、提升亮度的作用，但其在使用過程中的顏色變化對(duì)功能的持續(xù)性具有重要影響，耐久性好的彩色路面材料將在隧道內(nèi)發(fā)揮重要的作用。目前流行的彩色路面材料主要有熱拌脫色瀝青混合料、彩色集料壓入式、各種有機(jī)膠黏劑混合骨料涂鋪的薄層結(jié)構(gòu)，工藝最簡單的當(dāng)屬膠黏薄層結(jié)構(gòu)。而根據(jù)膠黏材料組分的不同又可分為聚氨酯、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯三大類。

為美化亮化隧道路面，提升駕駛安全和行車舒適性，更好地融入松毛嶺紅色旅游文化，G319國道龍巖段的松毛嶺隧道在2014年加鋪瀝青路面后于2015年加鋪了厚度僅3mm的MMA（Methyl methacrylate，甲基丙烯酸聚甲酯的簡稱）彩色薄層。這種鋪裝結(jié)構(gòu)的材料主要包括膠黏劑、固化劑、金剛砂和顏料，刮涂作業(yè)時(shí)現(xiàn)場混合攪拌后涂鋪成型，可人工操作或機(jī)械噴涂，施工便捷，20min內(nèi)固化形成堅(jiān)固而內(nèi)韌的交聯(lián)加成物，1h即可全面開放交通。

松毛嶺隧道路面MMA的鋪裝方案如圖1所示[1]。兩側(cè)洞口段紅藍(lán)相間各鋪50m，洞內(nèi)兩側(cè)各鋪300m紅色，往里各鋪100m灰色，中間段保留原瀝青路面。

隨著車輛的碾壓和通車時(shí)間的延長，彩色薄層勢必遭受磨損和污染，引起顏色的變化，進(jìn)而影響隧道路面的亮度。因此，研究MMA路面顏色的變化對(duì)于后期的維護(hù)具有重要指導(dǎo)意義。

圖1 松毛嶺隧道MMA鋪裝方案

2 色度圖

關(guān)于顏色的衰減可以從感官上直接感知，但難以量化，為此可以借助色度圖坐標(biāo)，根據(jù)對(duì)象顏色分量坐標(biāo)的變化一定程度上判定顏色的衰減。CIE1931色彩色差儀色度圖如圖2。

圖2 CIE1931色彩色差儀色度圖

國際照委會(huì)制定的CIE1931色彩色差儀色度圖中的弧形曲線上的各點(diǎn)是光譜上的各種顏色即光譜軌跡，是光譜各種顏色的色度坐標(biāo)，所有的光譜色在色坐標(biāo)上為一馬蹄形曲線。 在圖中紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色的色度坐標(biāo)點(diǎn)為頂點(diǎn)，圍成的三角形內(nèi)的所有顏色可以由三基色按一定的量匹配而成。紅色波段在圖的右下部，綠色波段在左上角，藍(lán)紫色波段在圖的左下部。

圖中的顏色，包括了自然所能得到的顏色。這是個(gè)二維平面空間圖，由x-y直角標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成的平面，為了適應(yīng)人們習(xí)慣于在平面坐標(biāo)系中討論變量關(guān)系，而設(shè)計(jì)出來的。在設(shè)計(jì)出該圖的過程中，經(jīng)過許多數(shù)學(xué)上的變換和演算。不管是光源色還是表面色，都可以用紅、綠、藍(lán)三種基色表示，并可以在色度圖上標(biāo)識(shí)出。此圖的意義和作用，可以總結(jié)成兩句話：（1）表示顏色視覺的基本規(guī)律。（2）表示顏色混合與分解的一般規(guī)律。圖中坐標(biāo)系的意義：x表示與紅色有關(guān)的相對(duì)量值；y表示與綠色有關(guān)的相對(duì)量值；z表示與藍(lán)色有關(guān)的相對(duì)量值；并且z=1-(x+y)，任何顏色確定兩種基色的比例后即可確定第三種基色的比例，色度坐標(biāo)可采用色度儀測試得到。

3 松毛嶺隧道路面顏色變化

3.1 外觀

松毛嶺隧道實(shí)際路面的顏色如圖3～6，分別為剛施工完、通車后15個(gè)月、通車后30個(gè)月后洞內(nèi)外的顏色外觀?？梢姡S著通車時(shí)間的增長，路面顏色的光澤度逐漸降低，開始時(shí)降低較快，后期逐漸平穩(wěn)，30個(gè)月和15個(gè)月后的外觀差異不明顯。同樣的紅色對(duì)比，洞外的相對(duì)洞內(nèi)顏色保持更好，色澤變化更小。

圖3 剛施工完外觀

圖4 15個(gè)月后外觀

圖5 30個(gè)月后洞內(nèi)外觀

圖6 30個(gè)月后洞外外觀

3.2 鋪后15個(gè)月色度檢測

在后期跟蹤觀測中，采用KONICA MINOLTA色度儀，對(duì)路面各區(qū)段各種顏色進(jìn)行色度坐標(biāo)測試，表1為15月后路面顏色色度的檢測結(jié)果，其中Y表示亮度因數(shù)。

室內(nèi)制作MMA鋪裝材料的標(biāo)準(zhǔn)色板，檢測其色度用于后期路面顏色觀測的色度比對(duì)，如圖7。15個(gè)月后洞內(nèi)MMA路面顏色的變化如表2所示。

表1 顏色色度坐標(biāo)變化

表2 15個(gè)月后洞內(nèi)MMA路面色度變化

圖7 室內(nèi)色度測試

從表2可以看出，通車運(yùn)營后隧道內(nèi)的MMA鋪裝層的顏色有衰減現(xiàn)象，紅色路面的紅色部分的x值變化最大，降幅達(dá)21.18%，亮度因數(shù)降10.60%；而灰色路面的色度變化不大，x量值最大偏差僅2.88%，但亮度因數(shù)降46.92%。表面覆蓋有較多煙塵的紅色路面部分，色度坐標(biāo)值x的變化幅度比其余部分還大，達(dá)31.74%。由此可見，煙塵污染對(duì)紅色有較大影響。從煙塵的分布來看，覆蓋量最多的位于行車道靠近路緣石的位置，中間行車道由于車輛的泵吸和風(fēng)力作用，煙塵相對(duì)較少，從外觀上也可以看出，除了中間尾氣排放對(duì)應(yīng)的位置，路面整體的紅色清晰可見，因此，車輛投影有經(jīng)過的區(qū)域色度反而降低更少。洞內(nèi)外的紅色路面外觀對(duì)比發(fā)現(xiàn)，洞外的較洞內(nèi)更加鮮艷明亮，主要是由于洞外的煙塵不易殘留，容易被風(fēng)帶走且有雨水的間斷性沖洗。由此可得出結(jié)論：一方面，汽車尾氣灰塵等對(duì)路面顏色尤其是紅色的色度衰減有較大影響，而對(duì)灰色影響不明顯；另一方面，洞外路面干凈鮮艷表明MMA超薄鋪裝易于清洗，如果能夠定期對(duì)路面的煙塵進(jìn)行沖洗可以讓路面顏色保持更加持久。

3.3 鋪后30個(gè)月色度檢測

30個(gè)月后，在前次跟蹤檢測的相同樁號(hào)位置再次進(jìn)行色度檢測，每個(gè)樁號(hào)斷面測四個(gè)點(diǎn)，分別為邊線旁煙塵覆蓋處、右輪輪跡帶、尾氣帶、左輪輪跡帶。兩次色度檢測的結(jié)果見表3～表6。

表3 洞內(nèi)MMA路面色度兩次跟蹤檢測的結(jié)果

表4 洞外MMA路面色度跟蹤檢測的結(jié)果

表5 洞內(nèi)MMA路面色度兩次跟蹤檢測與標(biāo)準(zhǔn)板的差值

表6 洞外MMA路面色度跟蹤檢測與標(biāo)準(zhǔn)板的差值

從上述檢測結(jié)果分析看，經(jīng)過通車運(yùn)營，紅色和藍(lán)色MMA的色度坐標(biāo)變化較大，以紅色為甚，尤其是在通車后的第一年內(nèi)衰減速度最快，后期衰減速度逐漸放緩，30個(gè)月與15個(gè)月的檢測結(jié)果相差很小，色度坐標(biāo)分量差值基本＜5%，由此可以推測隨著通車時(shí)間的延長，MMA路面顏色將趨于穩(wěn)定，呈雙曲線的遞減變化規(guī)律。此外，對(duì)同一顏色同一橫斷面不同縱向位置，由于車輪的泵吸作用，輪跡帶表面干凈未被煙塵覆蓋，因此色度坐標(biāo)變化最小。

灰色是三種顏色中色度變化最小的，不論是輪跡帶還是尾氣帶和煙塵帶，色度坐標(biāo)分量均不超過5%，即使是30個(gè)月后也未超過5%。

15個(gè)月后洞內(nèi)不同顏色在三個(gè)帶的色度坐標(biāo)變化幅度如下：

⑴紅色

紅色x值：邊線煙塵帶（-31.82%）＞尾氣帶（-22.19%）＞輪跡帶（18.02%）；

紅色 y值：邊線煙塵帶（-3.90%）＞輪跡帶（2.80%）＞尾氣帶（-2.77%）；

紅色 z值：邊線煙塵帶（106.03%）＞尾氣帶（74.04%）＞輪跡帶（61.35%）。

⑵灰色

灰色 x值：尾氣帶（3.13%）=輪跡帶（3.13%）＞邊線煙塵帶（1.63%）；

灰色 y值：尾氣帶（1.63%）＞輪跡帶（1.60%）＞邊線煙塵帶（1.25%）；

灰色 z值：尾氣帶（-4.51%）＞輪跡帶（-4.48%）＞邊線煙塵帶（-2.74%）。

30個(gè)月后洞內(nèi)不同顏色在三個(gè)帶的色度坐標(biāo)變化幅度如下：

⑴紅色

紅色x值：邊線煙塵帶（-31.37%）＞尾氣帶（-25.64%）＞輪跡帶（18.98%）；

紅色 y值：邊線煙塵帶（-3.78%）＞尾氣帶（-3.19%）＞輪跡帶（-3.11%）；

紅色 z值：邊線煙塵帶（104.40%）＞尾氣帶（85.54%）＞輪跡帶（64.99%）。

⑵灰色

灰色 x值：尾氣帶（2.69%）＞輪跡帶（2.38%）＞邊線煙塵帶（1.38%）；

灰色 y值：尾氣帶（1.28%）＞輪跡帶（1.07%）＞邊線煙塵帶（0.86%）；

灰色 z值：尾氣帶（-3.76%）＞輪跡帶（-3.26%）＞邊線煙塵帶（-2.13%）。

30個(gè)月后洞外不同顏色在三個(gè)帶的色度坐標(biāo)變化幅度如下：

⑴紅色

紅色x值：尾氣帶（-29.83%）＞邊線煙塵帶（-28.45%）＞輪跡帶（22.04%）；

紅色 y值：尾氣帶（-5.17%）＞邊線煙塵帶（-4.24%）＞輪跡帶（-4.21%）；

紅色 z值：尾氣帶（102.77%）＞邊線煙塵帶（96.48%）＞輪跡帶（76.81%）。

⑵藍(lán)色

藍(lán)色 x值：邊線煙塵帶（60.35%）＞尾氣帶（55.58%）＞輪跡帶（25.35%）；

藍(lán)色 y值：邊線煙塵帶（50.23%）＞尾氣帶（46.26%）＞輪跡帶（24.26%）；

藍(lán)色z值：邊線煙塵帶（-37.84%）＞尾氣帶（-34.85%）＞輪跡帶（-17.05%）。

可見，三種顏色里，灰色受尾氣和煙塵污染導(dǎo)致的顏色坐標(biāo)變化最小，對(duì)于紅色和藍(lán)色，受尾氣和煙塵污染比較明顯，輪跡帶顏色偏離最小。

亮度因數(shù)變化方面，對(duì)比情況如下：

⑴洞內(nèi)15個(gè)月

紅色Y值：邊線煙塵帶（10.26%）＞輪跡帶（-5.82%）＞尾氣帶（-11.63%）；

灰色 Y值：邊線煙塵帶 （-42.95%）＞輪跡帶（-45.35%）＞尾氣帶（-46.87%）。

⑵洞內(nèi)30個(gè)月

紅色Y值：邊線煙塵帶（13.91%）＞輪跡帶（4.22%）＞尾氣帶（-9.81%）；

灰色 Y值：輪跡帶 （-30.43%）＞邊線煙塵帶（-47.75%）＞尾氣帶（-52.05%）。

⑶洞外30個(gè)月

紅色Y值：邊線煙塵帶（3.99%）＞輪跡帶（-2.96%）＞尾氣帶（-5.47%）；

藍(lán)色 Y 值：輪跡帶（-21.92%）＞尾氣帶（-36.55%）＞邊線煙塵帶（-36.63%）。

由此可見，汽車尾氣對(duì)路面的污染會(huì)造成亮度因數(shù)的降低，灰色降低幅值最大，藍(lán)色次之，紅色最小。輪跡帶上紅色的亮度因數(shù)變化最小，藍(lán)色次之，灰色最大。煙塵覆蓋對(duì)紅色的亮度因數(shù)有所提升，對(duì)藍(lán)色和灰色有所降低，灰色降低最大。因此，路面通車運(yùn)行后，灰色的亮度因數(shù)衰減最嚴(yán)重，藍(lán)色次之，紅色最好。

4 結(jié)論

對(duì)松毛嶺隧道MMA路面的顏色外觀和色度進(jìn)行檢測，主要得出以下結(jié)論。

⑴MMA路面通車后的第一年內(nèi)光澤和色度衰減速度最快，后期衰減速度逐漸放緩并趨于穩(wěn)定。

⑵汽車尾氣和煙塵對(duì)色度影響大，三種顏色里，灰色受尾氣和煙塵污染導(dǎo)致的顏色坐標(biāo)變化最小，對(duì)于紅色和藍(lán)色，受尾氣和煙塵污染比較明顯。

⑶汽車尾氣對(duì)路面的污染會(huì)造成亮度因數(shù)的降低，灰色降低幅值最大，藍(lán)色次之，紅色最小。輪跡帶上紅色的亮度因數(shù)變化最小，藍(lán)色次之，灰色最大。

⑷煙塵覆蓋對(duì)紅色的亮度因數(shù)有所提升，對(duì)藍(lán)色和灰色有所降低，灰色降低最大。