彩色瀝青在紫外光老化試驗下褪色情況的量化分析

彩色瀝青路麵可以創造更好的視覺環境，提高行車的安全性和平穩性。 在這項研究中，檢查了具有不同數量染料的彩色瀝青樣品，以研究不同老化時期的表麵顏色變化。 在 RGB 和 HSI 顏色空間中分析樣品表麵顏色的分布。 兩種染料，綠色和紅色，有五種不同的比例，與透明瀝青混合製成彩色瀝青樣品。 樣品在 QUV紫外光老化試驗箱中暴露於紫外線下，進行五個不同的老化跨度。 結果表明，染料的添加量和種類，以及不同的老化跨度都會影響彩色瀝青的褪色。 結果還表明，混合 5% 或更多染料的透明瀝青能夠製造出顏色更好的瀝青。 最後，帶有紅色染料的彩色瀝青表現出更好的抗紫外線能力。

彩色瀝青通過反射來自表麵的紫外線起到隔熱層的作用，從而在長時間的陽光下將溫度降低 5-10℃。為了提高美國自行車與機動車交叉口的安全性，波特蘭市選擇了10個衝突地區來鋪設油漆和藍色熱塑性塑料作為彩色路麵，並采用了一種新穎的標誌係統。結果表明，絕大多數騎自行車的人和大多數接受調查的駕車者都認為彩色路麵提高了人行橫道的安全性（Hunter et al. w2x）。Smith w3x 發現互鎖彩色混凝土路麵為建築和工程中的應用提供了許多選擇。他還指出，彩色路麵可能會降低維護成本並有效抵抗除冰鹽造成的惡化。

瀝青混凝土路麵主要鋪設在地方和天意的高速公路上。這些人行道主要以黑色係列建造，因此使城市看起來單調。開發彩色瀝青路麵，不僅可以打造色彩繽紛的城市，還可以提高行車安全。目前，這些路麵的應用主要應用於停車場、景區線路、公園等重要政府單位。然而，由於氣候等因素造成的彩色瀝青路麵褪色在路麵的施工和使用中都很常見。這種褪色會導致路麵失去美觀和重新鋪設路麵。因此，這將增加路麵的維護成本，與彩色瀝青的初衷背道而馳。在某些情況下，其顏色會在 1 年內嚴重褪色。

此外，路麵在施工和使用中的質量也是業主關心的問題。此外，需要建立評估褪色的標準技術和程序。因此，控製彩色瀝青路麵的質量迫在眉睫。羅等人開發了一種用戶友好的軟件，稱為“圖像顏色強度分析儀”，並將其應用於研究在 RGB（紅-綠-藍）顏色空間中不同升高溫度下火損砂漿的表麵顏色變化。在將圖像上傳到 PC 之前，使用數碼相機捕獲圖像，分析儀幫助獲得紅色、綠色和藍色的強度，以量化不同溫度下的顏色變化。因此，研究了紅色 (R)、綠色 (G) 和藍色 (B) 強度的變化，以評估火災損壞砂漿的最高溫度。

為分析不同燒成溫度下添加不同比例汙泥灰的磚的表麵顏色變化，通過“圖像顏色強度分析儀”分析磚表麵圖像以獲得R、G和B強度。然後，找到了添加到磚中的較佳汙泥灰量（Luo 和 Lin w5x）。

本研究借助加速紫外光老化測試儀（QUV紫外光老化試驗箱）對彩色瀝青樣品的褪色進行了研究。 圖像分析和軟件“圖像顏色強度分析器”用於研究 RGB 和 HSI 顏色空間中的樣本顏色變化。 最後，通過老化測試前後兩個空間的顏色分布來評估彩色瀝青樣品的質量。

二、研究方法

2.1 材料來源

本研究中使用的透明瀝青是從樹膠、瀝青質、油脂和極化材料的混合物中提取的，由當地的瀝青材料廠生產。 所用染料購自歐洲工廠。 用電子顯微鏡分析紅色和綠色染料的化學成分如表 1 所示。紅色染料的主要化學成分是 Cr 和 K。而綠色染料由 Fe 和 K 組成。 將烘箱加熱至160℃，然後將它們與不同指定比例的紅色和綠色染料混合，製備用於本研究的彩色瀝青。 然後進行有色瀝青的老化試驗。

2.2. 樣品的製造和測試程序

為製備彩色瀝青，將紅色和綠色染料以 0、2.5、5.0、7.5 和 10% 的比例添加到 100.0 g 透明瀝青中。 加熱時，透明瀝青接近黃色。 接下來，將重量為 1.0 g 的有色瀝青混合料裝載到樣品架上。 這些支架安裝在測試儀室內的 QUV 框架上。 在 QUV紫外光老化試驗箱中，樣品在60℃下暴露在熒光紫外燈下，持續時間為 0、6、12、24 和 48 小時。 隨後，將樣品留在暗室中，準備用數碼相機拍攝。 然後，將分辨率為 140=140、2 萬像素的圖像上傳到 PC。 之後，通過“圖像顏色強度分析器”w4x 對其進行分析，以獲得三基色分量的強度。 在 RGB 和 HIS（色相-飽和度-強度）顏色空間中檢查了由老化引起的瀝青樣品的顏色變化。

2.3. QUV測試

QUV紫外光老化試驗箱在紫外光加速老化測試儀中進行。 該測試儀符合 ISO9000 要求，是Q-LAB公司的一部分。 應用於本研究的模型是QUV/basic，能夠模擬水分和紫外線照射。為了調查室外彩色瀝青路麵數月甚至數年的顏色變化，在模擬條件下將彩色瀝青樣品留在QUV測試儀中觀察顏色變化。 此外，研究了使用時間、耐久性和實用性對彩色瀝青的影響，為未來的應用提供信息。借助QUV加速老化試驗機觀察顏色變化與瀝青老化之間的關係。

2.4. 攝影和圖像處理

一台來自 Olympus 的型號為C-2500L的數碼相機用於捕捉本研究的數碼圖像。 在拍攝數字圖像之前，通過調整顏色的三個主要成分的相對亮度，以電子方式補償光線的變化，從而為數碼相機調整白平衡； 紅色、綠色和藍色。 達到白平衡後，在如圖 1 所示的設置下拍攝老化的彩色瀝青樣品的真實顏色。圖像隨後上傳到 PC，然後通過軟件“圖像顏色強度分析儀”進行分析，以獲取 每個圖像中紅色、綠色和藍色的強度。 最後，研究了老化試驗前後瀝青樣品顏色變化的關係。

2.5. RGB 和 HSI 色彩空間係統

通常，數碼相機拍攝的圖像格式為 RGB 顏色空間。 RGB 是紅色、綠色和藍色的首字母縮寫。該空間通常表示為笛卡爾坐標係中的顏色立方體。 R、G 和 B 分別位於 x、y 和 z 軸，對於 8 位顏色，每個軸定義在 0 到 255 之間。因此，點 (0,0,0) 代表黑色，點 (255, 255, 255) 代表白色，立方體的對角線表征顏色的亮度或灰度。 RGB 顏色空間如圖 2a 所示。除了 RGB 顏色空間，HSI 顏色空間也接近人類感知顏色的方式。 HSI 分別是色調、飽和度和強度的縮寫形式。一般來說，色相、飽和度和強度是通過將RGB色彩空間中的R、G、B的數值轉換為HSI色彩空間，通過不同的變換公式得到的。 Gonzalez 和 Woods w6x 定義的一組方程應用於本研究，如下所示：

色調與紅色、黃色和綠色等顏色的波長有關。 飽和度是顏色混合物中白度的量。 強度是指顏色的亮度或灰度。 通常，HSI 空間在圓柱坐標係中描述，如圖 2b 所示。 角度大小代表色相，通常紅色位於 08 度。因此，色相被視為其他顏色偏離紅色的度數。 例如，綠色距離紅色 1208，藍色距離紅色 2408。 圓柱體的徑向距離是飽和度的量度。 圓柱體的周長代表 100% 的飽和度，而中心軸代表 0% 的飽和度。 強度是沿中心軸測量的高度，隨著高度從原點上升到圓柱體頂部，強度從黑色變為白色。 在這項研究中，在 RGB 和 HSI 顏色空間中研究了老化測試前後彩色瀝青樣品的顏色變化。

3 結果與討論

由分析儀繪製的 R、G 和 B 的典型分布分別顯示在圖 3a、b 中，用於具有綠色和紅色染料的彩色瀝青樣品。 對於綠色染料，G 的強度正態分布在 63 和 127 之間，R 和 B 分布在 0 和 63 之間。這意味著綠色的量高於紅色和藍色，樣品的表麵顏色主要是 綠色在彩色瀝青與綠色染料。 再一次，在圖 3b 中，對於帶有紅色染料的彩色瀝青樣品，R 的強度集中在大約 127 處，而 G 和 B 分布在 0 到 63 之間。 因此，紅色成分的強度表明它是三種主要成分中的主要顏色，並且對於帶有紅色染料的樣品，表麵顏色大多為紅色。

圖 4-6 顯示了在 QUV紫外光老化試驗箱中放置 0 到 48 小時後，R、G 和 B 的強度與添加到彩色瀝青樣品中的綠色染料量之間的關係。如圖 4 所示，隨著綠色染料量的增加，R 的強度從 150 增加到大約 50。圖 5 顯示了 G 組分的類似結果。在圖 6 中，B 的強度隨著綠色染料量的增加而略有上升，並且在 15 和 30 之間。這表明綠色染料的量會影響三基色分量的強度。當綠色染料的用量高於 5% 時，R、G 和 B 中的強度分布變化較小，如圖 1 和圖 1 所示。 4-6。這意味著透明瀝青應與 5% 或更多的綠色染料混合，以製造顏色更好的瀝青。此外，在不同給定量的綠色染料下，從 0 到 48 小時，R、G 和 B 的強度隨著紫外光量的增加而上升。盡管每個組件的增量不同，但就表麵顏色的亮度而言，它們的鮮豔度會從灰色變為白色。這意味著在 QUV 測試中暴露在紫外線下時，帶有綠色染料的瀝青樣品的表麵顏色會褪色。對於帶有紅色染料的瀝青樣品，三種原色成分的強度變化類似。例如，在 QUV 測試中，R 的強度隨著紅色染料用量的增加和暴露於紫外光的時間延長而降低，導致 R 的強度更高，如圖 7 所示。當綠色樣品的 R 強度降低時與紅色染料相比，綠色染料中 R 的衰減量高於紅色染料。這表明帶有紅色染料的樣品可能具有更好的抗褪色性。

圖 8-10 顯示了 H、S 和 I 之間的分布，在不同的老化時間添加了不同數量的綠色染料。 由於透明瀝青的顏色在黃色範圍內，彩色瀝青的色調隨著綠色染料的增加而從黃色變為綠色，如圖8所示。此外，當老化變得明顯時，黃色會褪色 對於添加到有色瀝青樣品中的所有染料量，綠色染料發展成為主要色調。 在紅色染料添加劑的情況下觀察到類似的結果，如圖 11 所示。由於有色瀝青樣品會在老化開始後將其色調恢複為添加到其中的染料，因此 HSI 顏色空間中的色調分量幾乎沒有提供判斷的信息 瀝青樣品中綠色和紅色染料之間的性能。

如前所述，飽和度定義為添加到色調中的白度量。圖 9 表明當更多的綠色染料添加到瀝青樣品中時，S 變得更少。該圖還顯示，樣品在 QUV紫外光老化試驗箱中停留的時間越長，樣品中的白度就越少。這表明有色瀝青樣品在暴露於紫外線時會褪色。使用紅色染料的瀝青樣品也觀察到類似的結果，如圖 12 所示。同樣，當比較綠色和紅色染料樣品的飽和度時，S 隨染料添加量和暴露於紫外光時間的變化而變化紅色染料的樣品比綠色染料的樣品更光滑。這告訴我們，考慮到老化時，紅色染料可能比綠色染料具有更好的性能。在圖10中，當添加更多綠色染料時，樣品的亮度會變暗，而當樣品暴露在紫外線下的時間更長時，樣品的亮度會變亮。在帶有紅色染料的樣品中也發現了類似的觀察結果。暴露在紫外線下的時間越長，瀝青樣品的褪色就越嚴重。因此，強度的變化也為判斷瀝青樣品的褪色提供了有用的信息。得出的結論是，數字分析和“圖像顏色強度分析儀”軟件可以詳細了解彩色瀝青顏色的褪色過程。

4 結論

本研究總結了以下結果：

1. 在不同的染料用量下，R、G 和 B 的強度隨著紫外線量的增加而增加。 當考慮表麵顏色的亮度時，它們的鮮豔度從灰色變為白色。 這意味著暴露於紫外線的時間會影響彩色瀝青的褪色。

2. 當綠色染料用量高於5%時，R、G、B三色強度分布變化較小。 這表明透明瀝青應與 5% 或更多的綠色染料混合，以製造顏色更好的瀝青。

3. 在 QUV紫外光老化試驗箱中暴露於不同時間時，紅色染料在彩色瀝青中可能比綠色染料具有更好的抗褪色性。

4. 有色瀝青的色調隨著染料添加量的增加，由透明的瀝青變為染料的顏色。 此外，當老化變得明顯時，透明瀝青的顏色逐漸消失，染料的顏色發展成為所有添加到有色瀝青中的染料的主要色調。

5. 得出的結論是，數字分析和“圖像顏色強度分析儀”軟件可以詳細了解彩色瀝青的褪色過程。