王 珍, 鄧星鶴, 陳凱軍

(1.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司, 廣州 510550; 2.廣東華路交通科技有限公司, 廣州 510420; 3.廣東交通實業(yè)投資有限公司 東御營運管理分公司, 廣東 梅州 514500)

標線對車流的分道行駛、導流等起到重要的作用,同時也有美化道路的效果,可為在高速公路上駕駛車輛行駛的駕駛員提供指引,加強車輛行駛秩序,改善車流行駛條件,減少交通事故。近年來,道路使用者對行車安全性和舒適性等方面提出更高要求,路面標線視認效果[1]以及耐久性[2-3]需進一步加強。

目前,常用的標線為熱熔型標線[4-5],但是由于其需高溫施工,能耗較大,CO2排放較多,在“碳達峰、碳中和”的理念下,研究人員也在進一步研究標線來響應雙碳政策。例如,雙組份標線,因其常溫施工、能耗少、固含量高、環(huán)保性能好[6]、使用壽命長,近年來有較多研究。錢信華等[7]對雙組份標線進行了綜合闡釋,介紹了雙組份標線的固化機理、耐久性評價方法、可視性分析,以及性能優(yōu)化,給出了雙組份標線的發(fā)展研究方向:①標線的耐久性評價單一,與實際的服役環(huán)境結(jié)合較少,針對標線的耐久性,要與實際服役環(huán)境相結(jié)合;②建立雙組份標線材料組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和標線服役性能之間的關(guān)系;③提高發(fā)光材料的使用效率,實現(xiàn)雙組份標線的長期可視性,從不同方面給出了雙組份標線的研發(fā)方向。楊芙蓉和高自強[8]對比雙組份型、熱熔型和水性型路面標線在實際工況下其逆反射亮度系數(shù)的性能衰變特點,認為雙組份標線反射能力居中,但耐久性最佳。整體上,對雙組份標線研究主要為原材料、性能特性、耐久性方面,對雙組份標線的質(zhì)量控制因素研究較少,而標線的路用性能的質(zhì)量高低是由標線原材料(包括涂料和玻璃珠)的優(yōu)劣和標線關(guān)鍵參數(shù)控制水平的高低共同決定的。

基于上述分析,為提升標線性能耐久性,研發(fā)一種雙組份型雙疏長效反光標線。該標線是由黏結(jié)性強、耐候性好的改性丙烯酸樹脂的成膜物質(zhì)與功能助劑配合形成的涂料,以及具有高逆反射性能的專用級配玻璃珠組成。該標線具有強黏結(jié)性、抗老化性、高反光性、強耐污性,尤其在夜間反光性能方面具有顯著優(yōu)勢,并且可直接噴涂施工,可應用于新路面及舊標線快速修復。依托興畬高速,對雙疏長效反光標線的質(zhì)量控制因素進行研究,尋求與雙疏長效反光標線最為適配的工藝,使標線達到最佳的使用效果。

興畬高速路面舊標線為常規(guī)熱熔標線,已使用3年以上,舊標線已出現(xiàn)開裂、泛黃、嚴重磨損(2 mm厚的標線磨損至1.0 mm)等情況,其表面及內(nèi)部玻璃珠已全部脫落,逆反射亮度系數(shù)為55 mcd/m2/lx,不滿足《道路交通標線質(zhì)量要求和檢測方法》(GB/T 16311-2009)[9]的標準要求,需維修養(yǎng)護。

1 雙疏長效反光標線

研究采用的噴涂型標線,分為新路面噴涂型和舊標線噴涂型。其中新路面噴涂型標線設(shè)計厚度為 0.6～0.8 mm,用作不阻水標線;舊標線(磨損后厚度約1.0 mm)噴涂型,舊標線不清除,直接在其表面噴涂長效反光標線,進行快速養(yǎng)護。

1.1 標線用涂料

雙疏長效反光標線用涂料主要采用改性丙烯酸樹脂以及功能助劑進行配比得到,其技術(shù)指標見表1,主要技術(shù)指標符合《路面標線涂料》(JT/T 280-2022)[10]標準要求。由表1可知,長效反光標線涂料的耐磨性為20.7 mg,不黏胎干燥時間為15 min。從關(guān)鍵指標來看,該涂料性能優(yōu)良,有較好的施工性能,噴涂后干燥時間快,標線施劃完成后可快速開放交通。不僅如此,涂料還具備疏水疏油性能,如圖1所示,涂料水接觸角為(103±2)°,油接觸角為(106±4)°。疏水性可使涂料表面吸附水膜,提高雨夜行車安全性;疏油性使油性顆粒難以附著,增強標線耐污性。

圖1 涂料疏水疏油性能

表1 長效反光標線涂料技術(shù)指標

1.2 標線用玻璃珠

雙疏長效反光標線使用專用級配的玻璃珠,玻璃珠的相關(guān)技術(shù)指標參考《路面標線用玻璃珠》(GB/T 24722-2020)[11]。其關(guān)鍵技術(shù)指標見表2。玻璃珠折射率RI的范圍為1.5

表2 玻璃珠技術(shù)指標

2 關(guān)鍵控制參數(shù)

標線的使用效果與玻璃珠的質(zhì)量以及標線施工工藝有直接關(guān)聯(lián)。實際施工過程中,應對影響標線質(zhì)量的關(guān)鍵因素,如涂料層厚度、玻璃珠的粒徑及級配、玻璃珠的撒布量、玻璃珠的嵌入深度、施工溫度、施工速度等進行控制。

2.1 涂料層厚度

長效反光標線涂料厚度在室內(nèi)進行研究,噴涂型標線厚度研究范圍為0.4～2.0 mm,并利用室內(nèi)小型路面加速加載設(shè)備對標線逆反射亮度系數(shù)與厚度的關(guān)系進行探索。小型路面加速加載設(shè)備如圖2所示。將標線施劃于瀝青車轍板上,安裝卡槽中,利用設(shè)備模擬實際行車,胎壓0.75 MPa,行車速度30 km/h,根據(jù)加速加載次數(shù),可初步得出標線逆反射亮度系數(shù)與厚度的關(guān)系,如圖3所示。由圖3可知,標線厚度范圍為0.4～2.0 mm時,其初始逆反射亮度系數(shù)均能達到400 mcd/m2/lx以上,其中0.6～1.5 mm的標線初始逆反射亮度系數(shù)達到500 mcd/m2/lx以上;但厚度范圍為0.4～0.6 mm的標線,加速加載50 000次后,其逆反射亮度系數(shù)急劇衰減,降低至150 mcd/m2/lx以下,而0.6～1.5 mm厚度的標線,加速加載50 000次后,其逆反射亮度系數(shù)仍有400 mcd/m2/lx;1.5～2.0 mm的標線,加速加載50 000次后,其逆反為350 mcd/m2/lx左右。

圖2 小型路面加速加載設(shè)備

圖3 標線逆反射亮度系數(shù)與厚度的關(guān)系

表3顯示了涂料層厚度與料耗的關(guān)系,涂料層越厚,其用量越大,成本越高。綜合考慮涂料成本及應用效果,噴涂型標線優(yōu)選厚度為0.6～0.8 mm。

表3 涂料層厚度與料耗的關(guān)系

2.2 玻璃珠粒徑及級配

興畬高速長效反光標線采用表2所示的粒徑要求的玻璃珠(Ⅰ型玻璃珠),其總粒徑范圍為300～1 400 μm,其中300～600 μm的玻璃珠占比57%,600～850 μm占比33%。對該玻璃珠進行粒徑篩選以及粒徑分配,可得到Ⅱ型玻璃珠、Ⅲ型玻璃珠,粒徑分布見表4。

表4 玻璃珠粒徑分布

對3種類型玻璃珠進行施工效果對比,如圖4所示。純涂層(不含玻璃珠)平均厚度約為0.6 mm,噴涂在路面上其表觀宏觀構(gòu)造與瀝青路面保持一致,完全不影響路面的橫向排水。玻璃珠沉入涂料的深度為玻璃珠直徑的1/2～2/3,可兼顧反光功能最佳和黏附效果耐久的最佳深度。按玻璃珠沉入到底部計算,玻璃珠的粒徑范圍為0.9～1.2 mm最佳,考慮到玻璃珠沉入過程中,玻璃珠自身重力以及涂料固化的影響,其粒徑范圍應適當放大。

圖4 不同級配的玻璃珠使用效果

圖4(a)為Ⅰ型玻璃珠工后初始及工后6個月狀態(tài),施工時,0.85～1.4 mm范圍實際沉入深度為1/3～1/2,該部分玻璃珠在工后行車沖擊下,大部分脫落,0.3～0.85 mm范圍的玻璃珠仍黏附良好,其逆反射亮度系數(shù)略微有下降,即Ⅰ型玻璃珠體現(xiàn)出較好的分級反光效果,同時其對施工要求也較低。該種類型的玻璃珠適用于厚度為0.6～0.8 mm的標線。圖4(b)為Ⅱ型玻璃珠工后初始及工后6個月狀態(tài),該種玻璃珠粒徑范圍小,粒徑集中在600～850 μm,對施工要求高,需控制玻璃珠的嵌入深度在合適的范圍內(nèi),才能發(fā)揮出標線的反光耐久性,否則玻璃珠易脫落,逆反射亮度系數(shù)會快速衰減。圖4(c)為Ⅲ型玻璃珠工后初始及工后6個月狀態(tài),包含20% 850～1 400 μm的大粒徑玻璃珠,68.8% 600～850 μm的玻璃珠,Ⅲ型玻璃珠在同樣施工條件下,其玻璃珠的嵌入深度低于Ⅰ型玻璃珠,工后6個月玻璃珠脫落較多。

由上可知:Ⅰ型玻璃珠在行車荷載下可分級脫落,實現(xiàn)分級反光,可保持較長時間的反光性能,延長標線的使用壽命,適用于0.6～0.8 mm厚的長效反光標線;Ⅱ型玻璃珠則無分級反光效果;Ⅲ型玻璃珠更適用于厚度大于0.8 mm的標線。

2.3 玻璃珠撒布量

施工前對玻璃珠進行樣品抽檢,應符合國家標準要求。施工過程中,應當對玻璃珠的撒布量進行控制。如圖5所示,施工過程中,分別選取不同玻璃珠撒布量,圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)分別表示撒布量為0.4～0.6、0.3～0.4、0.1～0.3 kg/m2時,其對夜間可視性的影響及玻璃珠撒布實際效果。

圖5 玻璃珠撒布量對標線光度性能的影響

玻璃珠撒布量不宜過多,如圖5(a)所示。①過多的玻璃珠易導致玻璃珠堆積,其光線在玻璃珠內(nèi)部反射次數(shù)過多,折射出來的光變少,反而會降低其逆反射性能;②過多的玻璃珠會導致涂料與玻璃珠黏附不牢固,玻璃珠在行車荷載作用下易脫落;③多余玻璃珠無法起到逆反射作用,易造成浪費。玻璃珠撒布量不宜過少,如圖5(c)所示。玻璃珠撒布量過少,標線的逆反射效果達不到規(guī)范要求,驗收不合格,標線夜間視認效果差,標線難以發(fā)揮引導、警示功能,對駕駛?cè)藛T的安全易造成隱患。

工后初始檢測結(jié)果及工后6個月檢測結(jié)果對比見表5。由表5可知,撒布量為0.1～0.3、0.3～0.4、0.4～0.6 kg/m2的玻璃珠的逆反射亮度系數(shù)衰減率分別為22%～26%、0%～8%、25%～28%。因此,當玻璃珠的撒布量為0.3～0.4 kg/m2時,能獲得較好的初始反光性和長效反光性。

表5 工后初始與工后6個月不同玻璃珠撒布量的逆反射亮度系數(shù)

2.4 施工溫度

施工過程中,施工溫度對材料的固化性能有較大影響。施工溫度過低,涂料固化慢,玻璃珠易嵌入過深;施工溫度過高,涂料固化過快,表面結(jié)皮,玻璃珠嵌入過淺。溫度應當在合適范圍內(nèi),再予以施工,才能保證標線質(zhì)量。

在現(xiàn)場施工時,施工溫度包括氣溫和路表溫度,氣溫以及路表溫度浮動較大,經(jīng)歷圖6所示的氣溫以及路表溫度、施工溫度對標線涂料及玻璃珠固化有較大影響。如圖6(a)所示,當氣溫低于8 ℃、路表溫度低于10 ℃時,涂料固化慢,黏度低,玻璃珠由于自身重力在涂料中下落,導致玻璃珠嵌入深度過深;如圖6(b)所示,當氣溫在8～28 ℃、路表溫度低于50 ℃時,玻璃珠固化時間合適,玻璃珠的沉降深度可控;如圖6(c)所示,當氣溫高于30 ℃、路表溫度高于60 ℃時,涂料表面快速成膜,玻璃珠浮在涂料表面,嵌入較淺;當氣溫為6 ℃、路表溫度為10～12 ℃、持續(xù)小雨時,涂料表面未固化,水珠浮在標線表面,如圖6(d)所示。待雨后,標線表面的水珠蒸發(fā),標線表面則形成坑洞,如圖6(e)所示,導致標線外觀不滿足要求,需重新施劃。由此可知,施工首要條件為無降雨,其次,其合適的施工溫度應當為氣溫8～28 ℃、路表溫度低于50 ℃。

圖6 不同溫度及環(huán)境條件施工,玻璃珠嵌入深度情況

2.5 施工速度

興畬高速采用手推式劃線機進行標線施劃,實際施劃過程中,由于劃線機本身重量,以及劃線過程中涉及加料等操作,則實際施工速度可控范圍為2～3.5 km/h。

在滿足施工溫度的條件下,實際施工速度為3.2～3.5 km/h時,涂料噴涂過快,涂料層過薄,厚度不滿足要求,玻璃珠撒布量過少,并且易導致玻璃珠嵌入過淺。實際施工速度為2～2.8 km/h時,涂料噴涂過慢,涂料層過厚,玻璃珠撒布易過多,并且玻璃珠易嵌入過深。當施工速度控制在3 km/h左右時,涂料層厚度、玻璃珠撒布量及嵌入深度可達到要求。

3 施工質(zhì)量檢測及評價

根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準 第一冊 土建工程》(JTG F80/1-2017)[12],對標線的關(guān)鍵指標--厚度和逆反射亮度系數(shù)進行測量和評定。

3.1 厚度

采用標線厚度測量儀對標線進行厚度檢測,測試方法為1 km取3處,每處測6個點,以右側(cè)邊緣線為檢測對象,對測得結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析。新施劃噴涂型標線平均厚度為0.744 mm,在設(shè)計范圍0.6～0.8 mm以內(nèi),舊標線噴涂型標線平均厚度為1.110 mm。測試路段的厚度整體較為平均。工后6個月,新路面噴涂型標線表面的玻璃珠有部分脫落,結(jié)合現(xiàn)場表觀情況可知,標線在6個月內(nèi)的厚度損失均為大粒徑玻璃珠部分脫落所致,涂料本身并未被磨耗。

3.2 逆反射亮度系數(shù)

采用國產(chǎn)JAR-R18標線逆反射測量儀對標線進行逆反射亮度系數(shù)檢測,均為干燥狀態(tài)下檢測,測試方法為1 km取3處,每處測9個點,以右側(cè)邊緣線為檢測對象,對測得結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析。新施劃噴涂型標線平均逆反射亮度系數(shù)為411.6 mcd/m2/lx,舊標線噴涂型標線平均逆反射亮度系數(shù)為529.7 mcd/m2/lx,測試路段的逆反射亮度系數(shù)整體分布范圍為380～550 mcd/m2/lx。工后6個月,大粒徑玻璃珠在車輛沖擊下部分脫落后,小粒徑玻璃珠開始發(fā)揮反光作用,逆反射亮度系數(shù)在6個月內(nèi)維持不變或稍有下降。

3.3 視認效果

對長效反光標線工后初始情況及工后6個月的視認情況進行檢測分析,如圖7所示,白天與夜間效果對比,舊熱熔標線與長效反光標線對比可以看出,長效反光標線初始效果良好,工后6個月效果佳,仍能保持高亮逆反射性能。

圖7 長效反光標線與舊標線效果對比

4 結(jié)論

依托興畬高速,對長效反光標線的施工關(guān)鍵技術(shù)進行研究,得到如下結(jié)論。

1)長效反光標線用涂料厚度為0.6～0.8 mm,玻璃珠粒徑為0.3～1.4 mm,粒徑分布為0.6～0.85 mm占比30%～33%,0.3～0.6 mm占比為50%～58%,玻璃珠的撒布量應控制在0.3～0.4 kg/m2,嵌入深度為玻璃珠粒徑的50%～67%時,標線逆反射亮度系數(shù)可控制在400 mcd/m2/lx以上,工后6個月仍能達到380 mcd/m2/lx,可得到較好的反光效果。

2)標線施工的首要條件為晴朗無雨,其次施工溫度氣溫范圍應在8～28 ℃,路表溫度應低于50 ℃、施工速度控制在3 km/h,可滿足標線厚度及逆反射亮度系數(shù)要求,確保路面標線視認效果和耐久性。