孫曉龍，袁俊申，于華洋，覃 瀟，尹應梅

（1. 廣東工業(yè)大學 土木與交通工程學院，廣東 廣州 510006；2. 華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州 5106413；3. 佛山科學技術學院 交通與土木建筑學院，廣東 佛山 528225）

交通事故已成為我國人口死亡的主要原因[1]。根據(jù)統(tǒng)計夜間交通事故率較高，美國在2010年～2017年間發(fā)生于19:00～7:00之間的公路交通事故傷亡率是其他時間的1.5倍[2]，而在中國就有超過40%的交通事故死亡人數(shù)發(fā)生在夜間[3]，交通標志的夜間視認性低是造成夜間行車事故率高的主要誘因，在實際應用中夜間交通的反光標志主要有3M反光材料與道路標線，對于行車路面而言，道路標線是夜間行車的最主要引導，道路標線與交通事故息息相關，據(jù)權威部門統(tǒng)計，道路標線逆反射性能與交通事故的相關概率為70 %[4]，當?shù)缆窐司€逆反射亮度系數(shù)每提高10～100 mcd，交通風險就會降低0.9%～8.6%[5]，同時標線逆反射性能的提高還能有效提高運輸效率30 %以上[4]，因此提高道路標線的逆反射性能對于有效降低夜間行車事故率具有重要意義[6]。

道路標線的逆反射性能主要由標線涂料本身性能及所摻加的反光材料所決定，其中主要影響因素包括鈦白粉及反光玻璃微珠。相關研究表明[7-8]，標線的亮度因數(shù) (白度) 與鈦白粉的加入量基本呈正比關系，鈦白粉加入量越大，所測得的亮度因數(shù)值也越大，與此同時鈦白粉的加入量對光反射比影響顯著，隨著鈦白粉加入量的增加光反射比呈明顯上升趨勢，逆反射性能得到提高。另一方面，作為道路標線逆反射性能核心影響因素，玻璃微珠直接決定著道路標線逆反射性能的好壞，玻璃微珠通過自身的折射和反射等性能，實現(xiàn)對照射的光線進行定向返回，這是最直接也是最有效的使標線具有良好的逆反射性能的措施[9]。為保證道路標線的逆反射性能，我國道路行業(yè)要求道路標線必須摻加反光玻璃微珠，并對道路用玻璃微珠的應用進行了規(guī)范化要求。作為道路標線的主要反光材料，鈦白粉與反光玻璃微珠都能夠有效提高道路標線的逆反射性能和夜間辨識度，但二者在提高標線逆反射性能的方式和機理上相異，其中，鈦白粉主要通過提高標線的白度進而改善標線的光反射比，而反光玻璃微珠主要通過對照射光進行反射和折射實現(xiàn)道路標線的逆反射性能。而現(xiàn)有研究也印證了反光玻璃微珠的道路標線逆反射性能改善效果優(yōu)于鈦白粉[10]。

作為道路標線主要反光材料，鈦白粉與反光玻璃微珠雖都能有效提高道路標線的逆反射性能，但同時也存在一定問題。白度對逆反射性能的影響是有限的，當鈦白粉的摻量超過7%時，標線的色度色差值達到最大值，再增加鈦白粉的用量對于亮度因數(shù)的影響非常小[7]，白度過高的標線易受污染，這都會使標線的逆反射性能大大降低，同時鈦白粉的造價較高，在實際標線涂料中鈦白粉的含量一般在僅為3%～5%左右。對于反光玻璃微珠，我國在2009年11月頒布了國家標準《路面標線用玻璃珠》(GB/T 24722—2009)[11]，相較國外的標線用玻璃微珠規(guī)范，該規(guī)范所涉及的玻璃微珠使用粒徑范圍相對較小，而且配比類型較少，這在很大程度上限制了標線的逆反射性能提升。同時，關于玻璃微珠在道路標線逆反射性能改善方面的研究尚不完善，導致無法通過反光玻璃微珠粒徑范圍與配比類型的合理調控有效改善道路標線的逆反射性能。

基于此，本文總結和分析了現(xiàn)有道路標線的主要類型及特點，歸納了鈦白粉與玻璃微珠對標線逆反射性能影響的相關研究成果，明確了標線逆反射性能各影響因素的重要性，在此基礎上，調查和總結國內外道路用玻璃微珠相關規(guī)范及標準，明確現(xiàn)有道路標線用玻璃微珠的主要技術指標和評價體系，為道路標線逆反射性能和夜間辨識度的改善和提高奠定基礎。

1 道路標線材料主要類型及特點

現(xiàn)有道路交通標線材料主要包括熱熔型標線涂料、雙組份標線涂料、溶劑型標線涂料和水性標線涂料[12]，其中熱熔型和雙組份標線涂料作為主要標線類型，廣泛應用于現(xiàn)有道路領域。

1.1 熱熔型標線涂料

20世紀50年代中期熱熔型道路標線涂料在歐洲研發(fā)成功，起初多用于市區(qū)繁忙路段。美國于1958年首次將熱熔型標線涂料應用于公路工程中，其應用效果優(yōu)良。此后，諸多國家開始在公路鋪面工程中應用該類涂料。但在應用過程中，熱熔型標線材料逐漸暴露出低溫易于脆裂和過流等問題?；诖耍芯咳藛T開始從涂料配方出發(fā)改善熱熔型標線涂料的耐久性及環(huán)境適應性。Mirabedini等[13]通過混合實驗設計優(yōu)化標線材料配方，顯著改善了熱熔型道路標線材料的性能，為熱熔型標線涂料的發(fā)展奠定了基礎。為提高耐磨性能，Togo等[14]以石油樹脂為成膜材料，配合加入質量百分數(shù)為30%～60%的乙烯-醋酸乙烯共聚物 (Ethylene-Vinyl Acetate, EVA)顯著提高了熱熔型標線材料的耐磨耗性能?？着迮宓萚15]研發(fā)了具有高分子內聚力的聚氨酯及樹脂或聚對苯二甲酸樹脂，嵌入熱熔型標線材料表面，從而賦予標線材料高耐磨性能。

我國早期科研人員研制出以石油樹脂和植物礦物油為主要原料的熱塑型標線涂料，該標線涂料不僅能增加標線的耐磨性，還能延長道路標線的使用壽命，結束了國內標線領域僅有溶劑型標線涂料的歷史[15]。隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，丙烯酸的工業(yè)化以及丙烯酸單體改性合成耐候性優(yōu)異樹脂涂料技術的實現(xiàn)，豐富了我國熱熔型道路標線的應用選擇[16]。與此同時，科研人員通過熱熔型涂料的改性工藝增強了道路標線的各項技術指標和性能，其中，張薇等[17]利用熱塑性彈性體乙烯-醋酸乙烯共聚物 (Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer，EVA) 來改性熱熔型道路標線涂料，明確了熱熔型道路標線涂料的配方和工藝對標線涂料性能的影響；趙嬌嬌等[18]優(yōu)選改性松香樹脂、VA900型EVA樹脂與350-1醇酸樹脂作為標線涂料成膜物，制備了熱熔型改性松香-醇酸樹脂路標涂料，而研究結果表明該新型標線涂料耐磨性能優(yōu)良、并具有良好的逆反射性能和干燥效率，顯著改善了熱熔型標線材料的夜間辨識性和開放交通時間。

1.2 雙組份標線涂料

雙組份標線涂料主要通過2種不同組分材料在常溫下經(jīng)混合后以噴涂或刮涂方式涂覆于路面表面，而其與路面的粘結力主要源自于雙組份之間的化學交聯(lián)反應[19]。雙組份道路標線涂料主要成分是甲基丙烯酸甲酯樹脂，作為一種冷塑性產品，具有良好的耐磨性能和抗滑性能，尤其具有良好的反光效果[20]。自20世紀80年代開始，雙組份標線涂料以其性能優(yōu)良陸續(xù)在美國及歐洲各國展開應用，但噴涂技術及設備交通工程研究水平相對滯后，在一定程度上限制了雙組份涂料在道路工程中的推廣和普及[21]。自2004年起，雙組份標線材料在我國逐漸進入推廣應用階段，先后應用在北京、上海、云南、廣東及湖北等省市的道路工程中。而針對固化時間問題，國內外學者也展開了一定的研究，研發(fā)了相應的快速固化標線材料，但配方和相應施工工藝尚未成熟，仍需進一步研究完善[22-24]。

1.3 溶劑型標線涂料

溶劑型標線涂料主要分為丙烯酸型和氯化橡膠型兩種類型。溶劑型標線涂料固體含量高，濕膜厚度較薄，可直接在舊有標線表面上噴涂，而且溶劑型標線涂料還具有施工方便、成本低等優(yōu)點，但耐磨性較差、使用的壽命相對較短。同時，由于施工過程中存在有機溶劑揮發(fā)問題，對自然環(huán)境污染較為嚴重，還會危害施工人員的身體健康。隨著環(huán)保要求日益提高，溶劑型標線涂料在生產和使用方面已受到較大限制，實際應用量正在逐步降低，自20世紀90年代開始，傳統(tǒng)的溶劑型標線涂料基本已在歐洲禁止使用[25]。

20世紀70年代以來，加熱溶劑型標線涂料憑借其高固含、高黏度、涂層厚及節(jié)約能源等優(yōu)點逐漸在我國普及使用[26]。但該涂料生產成本較高，施工過程中揮發(fā)散出大量有毒氣體(甲苯或二甲苯)，會對施工人員的健康以及周圍環(huán)境帶來不可逆?zhèn)?，無法滿足道路工程的施工安全要求。隨著環(huán)保意識的加強以及國家相關政策的鼓勵，溶劑型道路標線涂料在道路工程中逐漸被其他環(huán)保型標線材料替代[15]。

1.4 水性標線涂料

作為溶劑型道路標線涂料的替代品，水性道路標線涂料優(yōu)點在于其以水為溶劑，可以實現(xiàn)清潔生產，符合環(huán)保發(fā)展要求。早在20世紀80年代，發(fā)達國家就開始使用純丙乳液制備水性標線涂料進行道路標線的敷劃，但早期水性道路標線涂料干結速度、耐水性等指標較差[27]。進入20世紀90年代，以快干型丙烯酸作為粘結劑的水性涂料顯著改善了道路標線涂料的附著力、耐水性等。隨后，水性道路標線涂料在美國、德國、西班牙和瑞典等發(fā)達國家迅速發(fā)展[28]，其中德國PLASTIROUTE公司的水性標線涂料憑借其防滑性、柔韌性及耐磨性等優(yōu)良性能、環(huán)保性及經(jīng)濟性等優(yōu)勢，在現(xiàn)有水性標線涂料市場占據(jù)了主要份額[15]。

雖然國內水性道路交通標線涂料已部分試驗性的投入城市道路、高速公路和機場等交通基礎設施中，但后期逐漸暴露出使用壽命短、易腐蝕破壞、易粘臟、環(huán)境適應性差及干燥耗時等應用問題。為突破國內水性道路標線涂料在使用中遇到的一系列問題，國內研究人員展開了一系列研究，如董立志等[29]將快干型純丙烯酸酯共聚物乳液和水性氟碳乳液復配，并在復合物中摻加納米填料，進而制備出具有優(yōu)異附著力、耐候性、耐沾污性和耐磨性的水性道路標線涂料；梁哲等[30]利用堿溶型固體丙烯酸樹脂易溶于氨水這一特性，對水性丙烯酸樹脂分子的羧基親水基團進行改性處理，制備出滿足相關標線標準要求的水性道路標線涂料；孫道興、肖龍等[31-32]利用硅烷偶聯(lián)劑制備出性能優(yōu)良的改性水性標線涂料，具有良好的耐老化性能和耐磨耗性能，其磨耗質量損失僅為13.5 mg，較市售同類產品的耐磨性能提高了約70%。國內的相關研究成果為我國水性道路標線材料在道路工程中的應用奠定了良好的基礎。

2 道路標線逆反射性能影響因素

2.1 鈦白粉

2.1.1 鈦白粉分類及制備工藝

鈦白粉按結晶形態(tài)可分為板鈦型、銳鈦型和金紅石型。目前工業(yè)上實際應用的主要有銳鈦型和金紅石型鈦白粉，二者均具有穩(wěn)定的晶格，是重要的白色顏料和瓷器釉料，與傳統(tǒng)的鉛白、鋅白、鋅鋇白等白色顏料相比具有白度好、折射率高、著色力和遮蓋力大及耐候性好等多種優(yōu)點[33]。金紅石型鈦白粉與銳鈦型晶體相比結構更致密，折射率更高，因而在涂料工業(yè)中應用更為廣泛。鈦白粉的主要制備工藝包括硫酸法和氯化法，此外還有鹽酸法、混合法以及硝酸法等，常見制備工藝的流程及優(yōu)缺點如表1所示。

表1 鈦白粉制備工藝流程及優(yōu)缺點Table 1 Advantages and disadvantages of titanium dioxide preparation process

2.1.2 鈦白粉對逆反射性能的影響

潔白鮮明的道路標線具有良好的視認性，同時也可保證穩(wěn)定的夜間反光性能。鈦白粉通過改善道路標線白度實現(xiàn)其逆反射性能的提升。相關試驗表明，道路標線的亮度因數(shù) (白度) 與鈦白粉的摻量基本呈正比關系[8]。同時鈦白粉對光反射比影響顯著，其摻量的增加可明顯提高道路標線的光反射比[7]。而鈦白粉對于道路標線逆反射性能的改善效果存在極限，當摻量高于標線涂料質量的7%時標線的色差值、亮度因數(shù)及光反射比變化趨于穩(wěn)定[8]?；诖耍袌錾洗蠖鄶?shù)標線涂料的鈦白粉含量一般在標線涂料質量的3%～5%范圍內。

綜上所述，鈦白粉主要通過其自身白度改善標線材料的亮度因數(shù)及光反射比，從而實現(xiàn)標線逆反射性能的提高，但其改善效果存在極限，且實際造價相對高昂，因此，僅依靠添加鈦白粉來提高標線涂料的逆反射性能無法滿足道路標線的實際需求。基于此，為滿足道路標線逆反射性能的實際需求，還應采用其他技術手段改善標線的逆反射性能，而添加反光微珠是提高道路標線涂料逆反射性能更為有效的技術手段。

2.2 反光玻璃微珠

2.2.1 反光微珠分類及技術性能

反光微珠主要由硼硅酸鹽原料經(jīng)加工而成的微細實心或空心的球狀玻璃顆粒，粒度范圍約為10～250 μm。反光微珠具有質量輕、低導熱、強度高及化學穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，表面經(jīng)特殊處理具有親油憎水性，成圓率一般在85%以上，易均勻分散于有機材料體系中。國家標準《路面標線用玻璃珠》(GBT 24722—2016)[11]中，根據(jù)折射率的不同，將反光微珠分為低折射率玻璃微珠、中折射率玻璃微珠、高折射率玻璃微珠等3種類型，其折射率(Refractive Index，RI)范圍依次分為1.50≤RI＜1.70，1.70≤RI＜1.90，RI≥1.90，其中折射率越接近1.93，玻璃微珠的回歸折射效果越好。而根據(jù)表面處理與否，可分為鍍膜玻璃微珠和普通玻璃微珠，鍍膜后的玻璃微珠反射效果優(yōu)于普通微珠。路面標線用玻璃微珠根據(jù)粒徑組成不同還可分為1號，2號，3號等3個型號，粒徑越大，玻璃微珠的逆反射效果越好。道路用反光玻璃微珠的技術性能要求如表2所示。

表2 道路標線用反光玻璃微珠技術性能要求Table 2 Technical performance requirements of reflective glass beads for road marking

在實際應用中，根據(jù)生產工藝不同反光玻璃微珠還可分為普通玻璃微珠、鍍膜微珠、全天候雨夜反光微珠等。普通玻璃微珠折射率一般僅為1.5[34]，主要光學作用為漫反射，在干燥無污染的環(huán)境下將其應用在道路標線上可產生一定回歸反射的光學性能，但當使用環(huán)境發(fā)生變化時，如雨天或潮濕天氣，由于水膜的作用，將使其回歸反射性能大幅降低或基本消失。鍍膜玻璃微珠是在特定溫度條件下，將玻璃微珠表面鍍上特殊涂層，改善其流動性及疏水性能，增強玻璃微珠的折射率(＞1.7)[35]。在雨夜或霧天等特定情況下，水滴不易粘附在玻璃微珠表面，從而保證標線反光效果的發(fā)揮；同時鍍膜玻璃微珠本身具有自潔能力，可減少雨水、沙塵等對公路標線的污染，在潮濕環(huán)境下不影響施工。

全天候雨夜反光微珠是一種在干燥、潮濕、水下等環(huán)境下均能反光的晶體微珠，其折射率＞1.9，即使在雨夜也能照常反光，可實現(xiàn)道路標線的全天候反光效果。相對普通玻璃微珠，全天候雨夜反光玻璃微珠具有獨特的光學結構，可確保晴天、雨天和潮濕氣候下保持良好的反光距離，反光性能不易衰減，適用于各種標線涂料及劃線設備，無須對劃線設備做任何改動，同時，針對白色和黃色標線，全天候雨夜反光微珠均有相應的專用珠，既不影響標線本身的顏色，又能確保反射光線與標線顏色相一致，使駕駛者更易辨別標線的顏色，提高不同顏色標線的警示度。

2.2.2 反光微珠對逆反射性能的影響

1) 反光微珠成圓率、粒徑及折射率

反光微珠的成圓率直接影響標線的回歸反射能力，成圓率越高，標線反光效果越好[4]。只有越接近理想球體(即成圓率大于90%)的反光微珠才能更好地使射入到標線表層反光微珠的光線經(jīng)折射-反射-折射返回到駕駛員眼睛中，保證光線的逆反射方向，提高標線的逆反射性能。而成圓率較低的反光微珠會使光線在其內部發(fā)生多次不規(guī)則反射，導致最后透過反光微珠反射的光線偏離駕駛員視野，反光效果差，降低道路標線的逆反射性能[10]。道路標線厚度通常較小，當粒徑較小時，反光微珠容易沉入標線材料內部，反光效果不佳，若粒徑較大，其嵌入標線較淺，容易在外力作用下脫落；當玻璃微珠粒徑組合不合理時，其沉入標線涂膜的程度也不均勻，大粒徑反光微珠會形成對小粒徑反光微珠的遮擋效應，無法形成有效的回歸反射，將會影響道路標線的逆反射性能。因此，在實際應用中反光微珠粒徑需控制在合理范圍內。而相關研究人員研究發(fā)現(xiàn)，在不同觀測角條件下，適當增大反光微珠的粒徑能夠提高入射光通量，增強反光微珠的逆反射性能，在一定程度上改善道路標線的反光性能?；诖?，在實際應用中，反光微珠直徑的選擇應綜合考慮反光效果和耐久性能確定[9]。

一般來說，逆反射系數(shù)是由回歸反射的張角所決定的。當張角越大時，光束發(fā)散程度越大，逆反射系數(shù)越小。通常情況下，反光微珠的折射率n＜2，隨著n的增大，張角越小，形成的光束越集中，人眼對其的識別能力越強，形成回歸反射的效果越好[36]。但考慮到造價，路面標線涂料通常采用折射率n≥1.7的反光微珠即可，在n=1.93時反光性能最佳。

2) 反光微珠撒布量及撒布工藝

反光微珠的撒布量及撒布工藝對標線反光性能具有著重要影響。祁曉靜等[10]通過研究發(fā)現(xiàn)，當反光微珠撒布量過少時，入射光源無法形成集中的回歸反射，光線無法返回到駕駛員的視野中，道路標線較差的逆反射性能無法保證其夜間辨識度；當撒布量過多時則形成過密的折射，產生微珠堆積、重疊等問題，降低反光微珠在標線涂膜中嵌入程度，造成入射光線在反光微珠之間反復折射，從而大幅度降低入射光線的有效反射率。而部分學者提出，反光微珠最佳撒布量在0.37～0.45 kg/m3之間[10]。反光微珠的撒布工藝在一定程度上直接決定了道路標線的施工質量及后期應用效果。鄧惠珠等[37]通過對比面撒反光微珠的雙撒和單撒工藝發(fā)現(xiàn)，雙撒工藝增加了大顆粒面撒350高亮珠數(shù)目，留置于涂料表層的大粒徑反光微珠含量有所增加，從而提高了初始逆反射系數(shù)；道路的標線初始逆反射亮度系數(shù)與面撒玻璃微珠的工藝和現(xiàn)場施工質量密切相關，因此要嚴格控制現(xiàn)場施工工藝和環(huán)境各要素；而控制成本合理增加的條件下，可在道路標線撒布反光微珠時采用面層雙撒工藝進行施工。

綜上所述，與鈦白粉相比，反光微珠直接決定著道路標線的逆反射性能，反光微珠的成圓率、折射率及粒徑等技術指標和其施工工藝對于道路標線的逆反射性能具有重要影響。我國現(xiàn)有的相關國家標準僅有《道路標線用玻璃珠》(GB/T 24722—2009)，該標準參考了現(xiàn)有國外規(guī)范的相關要求，根據(jù)粒徑分布不同分為1號、2號及3號等3個型號的反光微珠，并進行了相關技術指標的要求，但對于反光微珠的實際應用方式及施工工藝并未作出細致和完善的要求。因此，針對反光微珠的技術要求、配合比及施工工藝的進一步探索對于實現(xiàn)道路標線的高反光性能具有至關重要的意義。

3 基于逆反射性能的規(guī)范標準及分析

目前為達到道路標線反光標準，針對路面標線反光的核心組分反光微珠，不同國家地區(qū)根據(jù)各國情況需求制定了不一樣的道路用玻璃微珠規(guī)范，如表3所示。對于不同規(guī)范標準用于涂料中的玻璃微珠粒徑范圍要求和配比要求都有著較大的差異，因此根據(jù)各國不同的規(guī)范整理各國反光玻璃微珠的使用粒徑范圍及質量配比對標線涂料反光有著深刻的意義。

表3 道路用玻璃微珠相關規(guī)格標準Table 3 Related specifications and standards for glass beads of road marking

3.1 反光微珠相應的國外使用標準及分析

3.1.1 國外反光微珠粒徑分布情況

美國標準AASHTO M247—2011[38]規(guī)定了6種型號反光微珠，其中Type 0為均勻級配，Type1為標準級配，Type2、3、4和5為修正級配，粒徑分布為最小粒徑0.15 mm，最大粒徑2.35 mm，即粒徑范圍在0.15～2.35 mm之間，具體如表4所示。其中Type 0級配組成中細玻璃微珠占有較大質量百分比，粒徑分布范圍為0.18～0.425 mm，而主要組成顆粒粒徑集中于0.18～0.03 mm和0.3～0.425 mm兩個區(qū)間，而Type1和2則是在保留Type 0細微珠的基礎上適當增加相鄰粒徑區(qū)間的微珠 (1～0.71 mm及小于0.15 mm)；而針對于修正級配Type 3，4和5，其級配組成選定Type 1和2的偏粗微珠作為最小粒徑微珠，然后逐漸擴大較大粒徑微珠的含量，從而提高應用標線的逆反射亮度系數(shù)，而同時修正級配3～5的微珠配比也逐漸擴大了配比中大粒徑微珠的含量和組成，這在一定程度上也反映了大粒徑微珠在改善標線逆反射性能中的重要作用。

表4 AASHTO M247粒徑分布Table 4 Particle size distribution of glass beads in AASHTO M247

英國標準BS 6088—1981[39]基于玻璃微珠的應用將其劃分A、B和C等3種類型，A級和B級玻璃微珠可用于道路標線材料中，其中A類主要內混用于熱塑性道路標線材料中，B級則可通過內混和面撒兩種方式用于熱塑性路面標線中。對于粒徑分布，玻璃微珠最小粒徑0.18 mm，最大粒徑1.18 mm，粒徑范圍為0.18～1.18 mm。具體分布如表5所示。

表5 BS6088-1981粒徑分布Table 5 Particle size distribution of glass beads in BS6088—1981

韓國標準KS L2521—2017[40]按照粒度和性能將反光微珠劃分為A、B和C等3種型號，最小粒徑0.106 mm，最大粒徑1.7 mm，最小粒徑低于現(xiàn)有規(guī)范0.18 mm的基礎值。在3種配比中，A和C分別為細配比和粗配比，而B的配比組成則主要集中于0.3～0.6 mm范圍內，基本屬于單級配類型，還配有少量的0.15～0.3 mm粒徑的玻璃微珠，B級配中玻璃微珠粒徑范圍包含于級配A范圍內，也屬于偏細的配合比。珠粒徑及配比信息具體分布如表6所示。

表6 KS L252-2017粒徑分布Table 6 Particle size distribution of glass beads in KS L252—2017

日本標準JIS R3301[41]提供了3類反光微珠，而按照級配組成由粗到細，順序為1類、2類及3類，1類玻璃微珠組成偏粗，主要粒徑集中于0.3～0.6 mm，較大粒徑(0.6～0.85 mm)的玻璃微珠也作為骨架占有了一定的比例，而占有較大質量百分比(10%～30%)玻璃微珠是由3檔粒徑的微珠組合而成，分別為0.15～0.212 mm，0.106～0.155 mm及0.09～0.106 mm。而2類配比則直接去掉0.6～0.85 mm粒徑的玻璃微珠，適當擴大了較細粒徑的玻璃微珠含量，3類則在2類的基礎上進一步縮小玻璃微珠粒徑，粒徑均分布于0.09～0.212 mm范圍內。3種類型配比中最小粒徑約為0.09 mm，最大粒徑0.85 mm，具體粒徑分布如表7所示。

表7 JIS R3301粒徑分布Table 7 Particle size distribution of glass beads in JIS R3301

澳洲標準AS/NZS 2009—2006[42]根據(jù)粒度和性能將反光微珠分為A、B、C和D 等4種類型，A型、C型及D型均可與標線材料預混使用，C型主要用于熱熔型道路標線，D型還可通過面撒應用；B型主要通過面撒來應用。玻璃微珠粒徑具體分布如表8所示。

表8 AS/NZS 2009-2006粒徑分布Table 8 Particle size distribution of glass beads in AS/NZS 2009—2006

3.1.2 國外反光微珠粒徑的數(shù)據(jù)分析

依據(jù)國外相關玻璃微珠標準，對不同配比玻璃微珠的粒徑分布進行歸納和分析，明確玻璃微珠粒徑分布范圍及特點。各國標準玻璃微珠配比類型主要如圖1所示。由圖1分析可知，不同國家標準中玻璃微珠配比的粒徑分布各具特點，美國AASHTO M247中各玻璃微珠配比的粒徑分布呈現(xiàn)出階梯上升態(tài)分布，微珠粒徑的上限由0.425 mm增大至1.7 mm，而1.7 mm也是所有標準中玻璃微珠粒徑的最大值。澳洲標準AS/NZS 2006涉及的玻璃微珠粒徑分布也呈現(xiàn)出階梯狀，粒徑變化范圍為0.075～1.4 mm，而0.075 mm是各國標準中玻璃微珠粒徑的最小值。其他3國相關標準的粒徑分布則基本集中于0.3～0.85 mm區(qū)間內，僅韓標中C類配比范圍為0.85～1.4 mm。對不同國家標準中玻璃微珠級配進行歸納和分類，對相似粒徑范圍級配粒徑分布進行分類，主要分類結果如圖1所示。

圖1 國外相關標準涉及玻璃微珠粒徑分布Fig.1 Size distribution limits of glass beads in specifications of different countries

由圖2分析可知，玻璃微珠粒徑范圍主要可分成0.6，0.85，1.4 mm等3檔，其中0.6 mm檔和0.85 mm分別包含了6種和5種類型級配，而1.4 mm檔則只包含了3種配比。對于0.6 mm檔 (圖2(a))，4種級配的粒徑分布范圍相同，均為0.3～0.6 mm，而另外兩種配比(澳A及日2)的粒徑下限分別為0.075 mm和0.15 mm，基于此，將0.6mm檔的共性級配粒徑范圍確定為0.3～0.6 mm。根據(jù)此法和各檔共性配比粒徑分布，可將0.85 mm檔和1.4 mm檔共性級配粒徑范圍確定為0.425～0.85 mm和1.0～1.4 mm。而3個共性級配粒徑范圍 (0.3 mm，0.6 mm)、(0.425 mm，0.85 mm)和(1.0 mm，1.4 mm)也是國外相關規(guī)范較為常見的道路標線用玻璃微珠粒徑分布范圍，其中共性級配1和2的粒徑分布存在一定的交集，而與共性級配3無重合范圍。國外玻璃微珠共性級配范圍將為玻璃微珠最佳配合比的確定提供一定依據(jù)。

圖2 國外標準設計玻璃微珠粒徑分配特征及共性級配Fig.2 Size distribution characteristics and common grading of glass beads in specifications of different countries

3.2 反光微珠相應的中國使用標準及分析

3.2.1 中國反光微珠粒徑分布情況

國家標準《道路標線用玻璃珠》(GB/T 24722)根據(jù)粒度與性能劃分3種型號的反光微珠，其中1號適用于熱熔型、雙組份和水性型標線涂料的面撒玻璃微珠；2號適用于熱熔型、雙組份和水性型標線涂料的預混玻璃微珠；3號適用于溶劑型標線涂料的面撒玻璃微珠?！兜缆窐司€用玻璃珠》涉及的玻璃微珠粒徑分布及百分比與日本標準JIS R3301相似，其中，我國標準對于1號玻璃微珠中600 μm ＜S≤850 μm和300 μm ＜S≤600 μm兩個粒徑范圍的質量百分比由原標準的5%～30%及30%～80%調整為15%～30%及30%～75%，同時將原有規(guī)范中212 μm ＜S≤300 μm、150 μm ＜S≤212 μm及106 μm ＜S≤150 μm等3個粒徑范圍合并為106 μm ＜S≤300 μm一個粒徑范圍，而將粒徑范圍下限設定為106 μm，取代原有限值90 μm。

而將2號玻璃微珠中300 μm ＜S≤600 μm和150 μm ＜S≤300 μm的質量百分比40%～90%和5%～60%調整為50%～90%和5%～50%，同時將原有標準中212 μm ＜S≤300 μm和150 μm ＜S≤212 μm等兩個粒徑范圍合并為150 μm ＜S≤300 μm一個粒徑范圍，而下限值也由90 μm調整為150 μm。而對3號玻璃微珠的相關指標未作任何修正。我國標準在級配質量百分比方面主要降低了小粒徑玻璃微珠的含量，適當調高了大粒徑玻璃微珠的含量，這在一定程度上反映了大粒徑玻璃微珠對于逆反射性能的提升作用。國標玻璃微珠配比及粒徑分布如表9所示。

表9 GB/T24722粒徑分布Table 9 Particle size distribution of glass beads in GB/T2472

中國臺灣地區(qū)標準CNS 4342—1989[43]主要規(guī)定了3種型號的玻璃微珠及粒徑組合，粒徑分布區(qū)間設置與國標GB/T 24722一致，但在不同粒徑范圍內的玻璃微珠含量與日本標準JIS R3301一致。中國臺灣地區(qū)標準玻璃微珠配比及粒徑分布如表10所示。

表10 CNS 4342—1989粒徑分布Table 10 Particle size distribution of glass beads in CNS 4342—1989

浙江企業(yè)標準Q/ZXT 001—2019[44]規(guī)定了熱熔型干濕態(tài)反光標線涂料的內混玻璃微珠級配Type C、Type D和Type E等3種類型，其中Type C和Type E配比分別參照美標AASHTO M247標準中的Type2和Type4，而Type D則主要參照澳標AS/NZS 2006中Type D。Q/ZXT 001—2019中玻璃微珠粒徑范圍及分布如表11所示。

表11 Q/ZXT 001—2019粒徑分布Table 11 Particle size distribution of glass beads in Q/ZXT 001—2019

安徽拓力企業(yè)標準Q/TORY 001—2019[45]根據(jù)粒徑、配比及適應性將反光微珠劃分成6種類型，從A-LR型到F-HR型玻璃微珠逐漸增大，其中不同類型化玻璃微珠配比中微珠最大粒徑由0.85 mm增大到2.35 mm，而最小粒徑1.18 mm減小至0.18 mm。Q/TORY 001—2019企業(yè)標準中玻璃微珠配比及粒徑分布的劃分依據(jù)主要為道路標線的實際膜厚，最大粒徑約為道路標線厚度的0.78～2.1倍。而在6種玻璃微珠配比中，D-HR、E-HR及F-HR的不同粒徑玻璃微珠的質量百分比完全相同，僅粒徑分布范圍存在差異；而對于6種玻璃微珠配比，玻璃微珠含量主要集中于第3、第4檔及第5檔，上下限質量百分比范圍則統(tǒng)一為0%～5%。Q/TORY 001—2019標準涉及的玻璃微珠粒徑分布情況及用途如表12所示。

表12 Q/TORY 001—2019粒徑分布Table 12 Particle size distribution of glass beads in Q/TORY 001—2019

江西企業(yè)標準Q/OFSL002—2016[46]按照反光微珠的粒徑及性能可分為AWX-0608X、AWX-0812X、AWX-1014X和AWX-1417X 4種類型，4種玻璃微珠配比的粒徑分布基本無交集，但每檔粒徑的玻璃微珠含量完全相同，配比的差異性僅體現(xiàn)在玻璃微珠粒徑。Q/OFSL002—2016標準具體分布如表13所示。

表13 Q/OFSL002—2016粒徑分布Table 13 Particle size distribution of glass beads in Q/OFSL002—2016

3.2.2 中國反光微珠粒徑的數(shù)據(jù)分析

基于中國標線用玻璃微珠標準，歸納分析標準涉及的粒徑范圍及分布特點，得出分析結果如圖3所示。由圖3分析可知，不同中國標準涉及的玻璃微珠粒徑分布范圍存在一定的交集，例如國標《道路標線用玻璃珠》(GB/T 24722)中的1號和2號玻璃微珠粒徑上限與中國臺灣地區(qū)標準中的1號和2號標準基本一致，而0.85 mm的粒徑上限出現(xiàn)在了5種玻璃微珠類型中，其次是1.18，0.6，1.4 mm分別出現(xiàn)在3種類型玻璃微珠粒徑分布上限，而1.7 mm和1 mm則分別出現(xiàn)在2種和1種玻璃微珠粒徑上限。對于不同規(guī)范涉及玻璃微珠的粒徑分布下限，0.3 mm出現(xiàn)次數(shù)最多，約為6種類型玻璃微珠的粒徑分布下限。

圖3 中國國家及省級相關標準涉及玻璃微珠粒徑分布Fig.3 Size distribution limits of glass beads in specifications of national and provincial levels of China

根據(jù)圖4不同類型配比玻璃微珠的粒徑分布特征，可將中國規(guī)范涉及的玻璃微珠粒徑范圍大致分為4類：0.3～0.6 mm、0.3～0.85 mm、0.85～1.18 mm及1～1.4 mm。其中，0.3～0.85 mm出現(xiàn)頻率較高，相對較為常用，而4類共性配比范圍相互之間存在一定交集，例如共性配比1和共性配比2，共性配比3和共性配比4之間。基于此，4種共性級配可以作為玻璃微珠類型及配比確定和選擇的相關依據(jù)。

圖4 中國國家及省級標準設計玻璃微珠粒徑分配特征及共性級配Fig.4 Size distribution characteristics and common grading of glass beads in specifications of national and provincial levels of China

3.3 國內外玻璃微珠常用粒徑對比總結

由國內外相關標準及圖5分析可知，國內外用于普通內混以及雨夜型標線的反光微珠的主要粒徑一致，分別為0.3～0.6 mm，1～1.4 mm；對于普通面撒用反光微珠，國內使用的粒徑范圍與國外存在一定差異，考慮到美標Type 2、英標A級、韓標A級以及日標1類等在普通面撒用反光微珠最大粒徑也達到0.85 mm，國內外普通面撒用反光微珠粒徑取0.3～0.85 mm。綜上得出國內外常用粒徑范圍，如表14所示。

圖5 國內外玻璃微珠標準共性級配常用粒徑對比Fig.5 Comparison of commonly used particle sizes at home and abroad

我國標準《路面標線用玻璃珠》使用粒徑范圍較小，基本分布于0.3～0.85 mm之間，而且僅對普遍標線面撒內混進行要求，對雨夜高亮型標線用反光微珠沒有進行定性要求進而形成標準，這較大程度地限制了反光微珠在標線涂料中所能發(fā)揮的作用。因此，參照國外標線用反光微珠標準以及國內企業(yè)標準的常用主要粒徑(表14)，擴大我國標線用反光微珠的粒徑范圍，比較摻加大粒徑反光微珠前后標線逆反射性能的區(qū)別，能為道路標線逆反射性能和夜間辨識度的改善和提高奠定基礎。

表14 國內外玻璃微珠常用粒徑Table 14 Common particle size of glass beads at home and abroad

4 結語

道路交通反光標線作為傳遞道路交通信息的重要載體，起到渠化交通、誘導線形，正確引導車輛通行，確保行車安全，尤其在夜間為路面提供了有效的可視性來保證交通安全。本文梳理了現(xiàn)有道路標線的主要類型及特點，明確了標線逆反射性能各影響因素的重要性，并總結了國內外常用反光微珠的粒徑分布特點及共性配比。為更好地提高我國道路標線逆反射性能，針對現(xiàn)有研究，本文對未來發(fā)展進行了展望和建議：

(1) 繼續(xù)研發(fā)性能好、環(huán)保型和經(jīng)濟型的新型高反光標線涂料。目前熱熔型道路標線涂料仍是我國涂料市場的主力軍，而熱熔型道路標線涂料相較其他新型標線涂料性能存在差異，但其他新型高反光標線涂料經(jīng)濟性低。

(2) 研發(fā)經(jīng)濟型、抗污染且能顯著提高標線涂料白度的顏料。潔白鮮明的道路標線具有良好的視認性，目前國內外最常用的顏料為鈦白粉，鈦白粉性能雖好，但提高標線涂料白度有限且經(jīng)濟性低。

(3) 豐富我國道路標線用反光微珠的粒徑范圍。粒徑分布是路面標線用玻璃微珠型號劃分的重要依據(jù)，不同型號的反光微珠決定了反光微珠的用途。我國路面標線用玻璃微珠標準的使用粒徑范圍較小，這較大程度限制了反光微珠在標線涂料中所能發(fā)揮的作用。