祁曉靜，關(guān)臘生，張 超

（山西長達(dá)交通設(shè)施有限公司，山西 太原 030006）

路面標(biāo)線作為一種基礎(chǔ)的交通設(shè)施，在車輛行駛過程中，提供誘導(dǎo)、分流、提示或限制等作用，是交通管理中非常重要的環(huán)節(jié)。通常路面標(biāo)線需要具備完整清晰、鮮明美觀的特性。尤其是高速路，不僅要求標(biāo)線白天標(biāo)識明顯，夜間也需要提供有效的可視性來保證交通安全。影響路面標(biāo)線夜間可視性的因素很多，包括反光玻璃珠的特性、施工適宜程度、標(biāo)線的種類、玻璃珠鍍膜與標(biāo)線種類的配套情況等[1-3]。本文將對這些因素進(jìn)行簡單的分析。

1 玻璃珠對標(biāo)線夜間反光的影響

1.1 玻璃珠成圓率和粒徑對標(biāo)線夜間反光的影響

如圖1a所示，只有接近理想球體的玻璃珠才可以使車燈射入到標(biāo)線表層玻璃珠的光線經(jīng)折射—反射—折射進(jìn)入到司機的眼中。成圓不理想的玻璃珠會使光線在玻璃珠內(nèi)部發(fā)生多次反射，最后透過玻璃珠折射返回的光線會偏離司機的視野，如圖1b。

圖1 玻璃珠成圓率對標(biāo)線夜間可視性的影響

因此，在標(biāo)線施工過程中需優(yōu)選玻璃珠，通常要求成圓率大于等于90%，從而保證光線的逆反射方向。另外，標(biāo)線的厚度通常較小，因此玻璃珠的粒徑需控制在一定的范圍，若玻璃珠較大，其在標(biāo)線內(nèi)的嵌入較淺，容易在外力作用下脫落；若玻璃珠較小，則容易全部沒入標(biāo)線內(nèi)部；若玻璃珠粒徑不均勻，其沒入標(biāo)線涂膜的程度也不均勻，較小的玻璃珠容易被大玻璃珠遮擋，無法收到車燈射來的光，或者形成有效的回歸反射，這些都會影響標(biāo)線的夜間可視性，通常玻璃珠的粒徑范圍應(yīng)為20～60目。

1.2 玻璃珠的折射率對標(biāo)線夜間反光的影響

玻璃珠在夜間行車過程中所起到的作用是提供集中的回歸反射光線，即將由光源照射到玻璃珠上的大部分光能集中在一個狹小的光錐內(nèi)返回到司機的視野中。通常來講，回歸反射光束的強弱通常由回歸反射的張角（光線射出玻璃珠的方向與光軸線反向之間的夾角）決定，當(dāng)張角越大時，光束發(fā)散越厲害，形成的視覺效果越差。通常情況下張角D2按式1計算：

D2在時取得極大值。當(dāng)n值確定時，就可以計算出不同折射率的玻璃珠形成的回歸反射張角。通常情況下玻璃珠的折射率n＜2，通過計算可以知道在此范圍內(nèi)，隨著n的增大，回歸反射的張角D2越小，形成的光束越集中[4]，人眼對其的識別能力越強。也就是說玻璃珠的折射率越大，形成回歸反射的效果越好。但考慮到造價，路面標(biāo)線通常采用折射率n≥1.7的玻璃珠即可。

2 玻璃珠施工適宜程度對標(biāo)線夜間反光效果的影響

2.1 玻璃珠撒布時間對標(biāo)線夜間反光的影響

玻璃珠的撒布時間會影響其在標(biāo)線涂膜中的嵌入程度，而玻璃珠在標(biāo)線涂膜中的嵌入程度會嚴(yán)重影響標(biāo)線的逆反射亮度系數(shù)。如圖2所示，玻璃珠嵌入過淺或者過深，都會影響標(biāo)線的夜間可視性。

圖2 玻璃珠嵌入程度對標(biāo)線夜間可視性的影響

通常，玻璃珠在涂膜中的陷入程度與玻璃珠的撒布時間、涂料的黏度以及玻璃珠的比重有密切的關(guān)系。因此根據(jù)涂料的黏度，選擇比重合適的玻璃珠，并確定撒布時間尤為重要。當(dāng)涂料黏度較大，玻璃珠比重較小時，或者撒布時間較晚，玻璃珠嵌入涂膜淺，車頭燈光會透過玻璃珠，射向遠(yuǎn)方，如圖2a，同時部分玻璃珠成為浮珠，在外力作用下極易脫落，標(biāo)線的逆反射亮度系數(shù)下降較快，標(biāo)線有效壽命嚴(yán)重短縮；而涂料黏度較小，玻璃珠比重較大時，玻璃珠嵌入涂膜深，光線在玻璃珠內(nèi)發(fā)生多次反射，最終折不回來，如圖2c。只有比重合適的玻璃珠才能形成有效的回歸反射，如圖2b。對于道路標(biāo)線而言，玻璃微珠嵌入涂膜的位置一般以露出40%～50%是反光效果最好，而玻璃珠比重為2.4～2.6 g/cm3較合適。

2.2 玻璃珠撒布量對標(biāo)線夜間反光的影響

玻璃珠撒布量過少時，無法對入射光源形成集中的回歸反射，反光量不足；珠量過多，容易產(chǎn)生過密的折射，使反射光偏離入射方向，而且存在玻璃珠黏結(jié)不牢容易脫落的問題，同時也會造成成本的增加。通常，玻璃珠撒布量在0.37～0.45 kg/m3之間時效果最佳。玻璃珠量過多時的光路示意圖如圖3所示。

圖3 玻璃珠撒布量過多時對標(biāo)線夜間可視性的影響

3 標(biāo)線種類對標(biāo)線夜間反光效果的影響

3.1 標(biāo)線種類對標(biāo)線夜間反光的影響

為考察標(biāo)線種類對標(biāo)線初始逆反射亮度系數(shù)的影響，實驗將熱熔和MMA高亮反光標(biāo)線做了對比。

表1 樹脂種類對標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)的影響

由表1可見，相較于常見的熱熔標(biāo)線，MMA道路標(biāo)線具有更優(yōu)良的色度性能和逆反射亮度系數(shù)。光線在照射到物體表面時，會有部分能量被吸收，被吸收的能量越多，反射回的光線越弱，人眼對其的感知能力越差。玻璃珠在形成回歸反射過程中，主要的能量損耗發(fā)生玻璃珠靠近涂料面的在鏡面反射時，也就是部分能量并不形成回歸反射，而是透過玻璃珠被標(biāo)線吸收。通常我們認(rèn)為，絕對黑體的反射率為0，純白物體的反射率為1，也就是說當(dāng)物體越白時對光線的吸收越小，反射率越高。以MMA為單體的合成樹脂中有優(yōu)良的透明性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性[5]，使得MMA道路標(biāo)線在相同鈦白粉用量條件下具有更優(yōu)異的白度，并且在長期的使用中不泛黃。同時采用更細(xì)膩的填料，也使標(biāo)線的白度更出眾。更好的白度使得標(biāo)線對光線的吸收更弱，從而保證夜間玻璃珠提供更優(yōu)異的逆反射亮度系數(shù)。

3.2 標(biāo)線種類對標(biāo)線夜間持久反光能力的影響

為考察各類標(biāo)線夜間可視性的持久性，2010年10月在綏牡高速公路K14+200—K19+200北幅做熱熔噴涂、熱熔刮涂、MMA噴涂、MMA刮涂平面、MMA刮涂凹形等多種標(biāo)線，標(biāo)線位置包括內(nèi)側(cè)邊緣線、分界線、外側(cè)邊緣線。2011年7月時，再次對其逆反射亮度系數(shù)進(jìn)行測試比較，結(jié)果如表2。

表2 夜間可視性持久能力對比（綏牡高速公路試驗段）

由表2可見，與熱熔標(biāo)線相比較，MMA標(biāo)線的夜間可視性保持時間更久，有效壽命更長。原因可能有兩點：一是相較與石油樹脂MMA樹脂的耐溫變性能更好，不會像熱熔標(biāo)線一樣，夏季高溫變軟，將灰塵、玻璃珠類的糅合到標(biāo)線內(nèi)，或者使玻璃珠浮出標(biāo)線表面，從而脫落，降低其逆反射亮度系數(shù)。二是MMA樹脂在成膜過程中形成了交聯(lián)的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將玻璃珠以及其他組分緊密地包裹于其中，同時優(yōu)良的耐磨性也保證了玻璃珠在使用過程中不在外力作用下脫落，保證其逆反射亮度系數(shù)緩慢下降，極大延長了標(biāo)線夜間可視性的保持時間。

4 玻璃珠與標(biāo)線的配合問題—玻璃珠的鍍膜

常見的面撒玻璃珠均會進(jìn)行鍍膜處理，以增加其與涂料的黏接能力，同時增強其在涂料中的懸浮性。常見的鍍膜處理用鍍硅油和鍍硅烷偶聯(lián)劑。鍍硅油玻璃珠其表面的硅油容易溶解到涂料中，不能有效提高玻璃珠與涂料的黏接能力；而鍍硅烷偶聯(lián)劑則有親水和親油2個基團(tuán)，親水基一端與玻璃珠結(jié)合，親油基一端與涂料結(jié)合，能更好地實現(xiàn)有機與無機的結(jié)合，增強涂膜與玻璃珠間的黏接能力。

硅烷偶聯(lián)劑的作用原理如下：

常見的硅烷偶聯(lián)劑在酸性或者堿性條件下發(fā)生水解，形成帶有羥基的末端，如式2。

式中：X 可以為 -Cl、-Br、-I、-CH3、-R 等。玻璃珠的表面富含大量的硅端羥基，這些硅端羥基可以與水解后硅烷偶聯(lián)劑的羥基發(fā)生水解反應(yīng)，使玻璃珠與硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合。反應(yīng)如式3。

圖4 利用活性基團(tuán)來錨釘玻璃微珠

而硅烷偶聯(lián)劑與涂料的黏結(jié)強度主要取決于中R1基團(tuán)與樹脂的作用。反應(yīng)型道路標(biāo)線涂料利用活性基團(tuán)錨釘玻璃珠的作用如圖4。并非所有的硅烷偶聯(lián)劑都適合任意類型道路標(biāo)線涂料，因此，在道路標(biāo)線的開發(fā)過程中需針對不同的路面標(biāo)線篩選不同鍍膜的玻璃珠，從而保證硅烷偶聯(lián)劑的R1基團(tuán)中含有可以與道路標(biāo)線發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)，從而更好地保證標(biāo)線的持久夜間反光亮度。

5 結(jié)束語

本文對影響標(biāo)線夜間可視性的多個因素進(jìn)行分析，為高亮型路面標(biāo)線的開發(fā)提供了理論指導(dǎo)，隨著我國交通發(fā)展速度的放緩，標(biāo)線的施工頻率必然減少，人們對行車安全性越來越重視，因此開發(fā)具有更高效更持久的夜間可視路面標(biāo)線具有極其重要的社會意義。