雙疏長效反光標(biāo)線質(zhì)量控制因素

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(shí)業(yè)投資有限公司 東御營運(yùn)管理分公司, 廣東 梅州 514500)

標(biāo)線對車流的分道行駛、導(dǎo)流等起到重要的作用,同時(shí)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(qiáng)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(biāo)線視認(rèn)效果[1]以及耐久性[2-3]需進(jìn)一步加強(qiáng)。

目前,常用的標(biāo)線為熱熔型標(biāo)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(dá)峰、碳中和”的理念下,研究人員也在進(jìn)一步研究標(biāo)線來響應(yīng)雙碳政策。例如,雙組份標(biāo)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(biāo)線進(jìn)行了綜合闡釋,介紹了雙組份標(biāo)線的固化機(jī)理、耐久性評價(jià)方法、可視性分析,以及性能優(yōu)化,給出了雙組份標(biāo)線的發(fā)展研究方向:①標(biāo)線的耐久性評價(jià)單一,與實(shí)際的服役環(huán)境結(jié)合較少,針對標(biāo)線的耐久性,要與實(shí)際服役環(huán)境相結(jié)合;②建立雙組份標(biāo)線材料組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和標(biāo)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(shí)現(xiàn)雙組份標(biāo)線的長期可視性,從不同方面給出了雙組份標(biāo)線的研發(fā)方向。楊芙蓉和高自強(qiáng)[8]對比雙組份型、熱熔型和水性型路面標(biāo)線在實(shí)際工況下其逆反射亮度系數(shù)的性能衰變特點(diǎn),認(rèn)為雙組份標(biāo)線反射能力居中,但耐久性最佳。整體上,對雙組份標(biāo)線研究主要為原材料、性能特性、耐久性方面,對雙組份標(biāo)線的質(zhì)量控制因素研究較少,而標(biāo)線的路用性能的質(zhì)量高低是由標(biāo)線原材料(包括涂料和玻璃珠)的優(yōu)劣和標(biāo)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(biāo)線性能耐久性,研發(fā)一種雙組份型雙疏長效反光標(biāo)線。該標(biāo)線是由黏結(jié)性強(qiáng)、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(biāo)線具有強(qiáng)黏結(jié)性、抗老化性、高反光性、強(qiáng)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(yīng)用于新路面及舊標(biāo)線快速修復(fù)。依托興畬高速,對雙疏長效反光標(biāo)線的質(zhì)量控制因素進(jìn)行研究,尋求與雙疏長效反光標(biāo)線最為適配的工藝,使標(biāo)線達(dá)到最佳的使用效果。

興畬高速路面舊標(biāo)線為常規(guī)熱熔標(biāo)線,已使用3年以上,舊標(biāo)線已出現(xiàn)開裂、泛黃、嚴(yán)重磨損(2 mm厚的標(biāo)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(biāo)線質(zhì)量要求和檢測方法》(GB/T 16311-2009)[9]的標(biāo)準(zhǔn)要求,需維修養(yǎng)護(hù)。

1 雙疏長效反光標(biāo)線

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

1.1 標(biāo)線用涂料

雙疏長效反光標(biāo)線用涂料主要采用改性丙烯酸樹脂以及功能助劑進(jìn)行配比得到,其技術(shù)指標(biāo)見表1,主要技術(shù)指標(biāo)符合《路面標(biāo)線涂料》(JT/T 280-2022)[10]標(biāo)準(zhǔn)要求。由表1可知,長效反光標(biāo)線涂料的耐磨性為20.7 mg,不黏胎干燥時(shí)間為15 min。從關(guān)鍵指標(biāo)來看,該涂料性能優(yōu)良,有較好的施工性能,噴涂后干燥時(shí)間快,標(biāo)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(qiáng)標(biāo)線耐污性。

圖1 涂料疏水疏油性能

表1 長效反光標(biāo)線涂料技術(shù)指標(biāo)

1.2 標(biāo)線用玻璃珠

雙疏長效反光標(biāo)線使用專用級配的玻璃珠,玻璃珠的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)參考《路面標(biāo)線用玻璃珠》(GB/T 24722-2020)[11]。其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)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(biāo)

2 關(guān)鍵控制參數(shù)

標(biāo)線的使用效果與玻璃珠的質(zhì)量以及標(biāo)線施工工藝有直接關(guān)聯(lián)。實(shí)際施工過程中,應(yīng)對影響標(biāo)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(jìn)行控制。

2.1 涂料層厚度

長效反光標(biāo)線涂料厚度在室內(nèi)進(jìn)行研究,噴涂型標(biāo)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(biāo)線逆反射亮度系數(shù)與厚度的關(guān)系進(jìn)行探索。小型路面加速加載設(shè)備如圖2所示。將標(biāo)線施劃于瀝青車轍板上,安裝卡槽中,利用設(shè)備模擬實(shí)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(biāo)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(biāo)線厚度范圍為0.4～2.0 mm時(shí),其初始逆反射亮度系數(shù)均能達(dá)到400 mcd/m2/lx以上,其中0.6～1.5 mm的標(biāo)線初始逆反射亮度系數(shù)達(dá)到500 mcd/m2/lx以上;但厚度范圍為0.4～0.6 mm的標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(yīng)用效果,噴涂型標(biāo)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(yīng)適當(dāng)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(gè)月狀態(tài),施工時(shí),0.85～1.4 mm范圍實(shí)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(shí)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(biāo)線。圖4(b)為Ⅱ型玻璃珠工后初始及工后6個(gè)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(biāo)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)分級反光,可保持較長時(shí)間的反光性能,延長標(biāo)線的使用壽命,適用于0.6～0.8 mm厚的長效反光標(biāo)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(biāo)線。

2.3 玻璃珠撒布量

施工前對玻璃珠進(jìn)行樣品抽檢,應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。施工過程中,應(yīng)當(dāng)對玻璃珠的撒布量進(jìn)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(shí),其對夜間可視性的影響及玻璃珠撒布實(shí)際效果。

圖5 玻璃珠撒布量對標(biāo)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(dǎo)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(dǎo)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(fèi)。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(biāo)線的逆反射效果達(dá)不到規(guī)范要求,驗(yàn)收不合格,標(biāo)線夜間視認(rèn)效果差,標(biāo)線難以發(fā)揮引導(dǎo)、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(gè)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(dāng)玻璃珠的撒布量為0.3～0.4 kg/m2時(shí),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(gè)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(yīng)當(dāng)在合適范圍內(nèi),再予以施工,才能保證標(biāo)線質(zhì)量。

在現(xiàn)場施工時(shí),施工溫度包括氣溫和路表溫度,氣溫以及路表溫度浮動(dòng)較大,經(jīng)歷圖6所示的氣溫以及路表溫度、施工溫度對標(biāo)線涂料及玻璃珠固化有較大影響。如圖6(a)所示,當(dāng)氣溫低于8 ℃、路表溫度低于10 ℃時(shí),涂料固化慢,黏度低,玻璃珠由于自身重力在涂料中下落,導(dǎo)致玻璃珠嵌入深度過深;如圖6(b)所示,當(dāng)氣溫在8～28 ℃、路表溫度低于50 ℃時(shí),玻璃珠固化時(shí)間合適,玻璃珠的沉降深度可控;如圖6(c)所示,當(dāng)氣溫高于30 ℃、路表溫度高于60 ℃時(shí),涂料表面快速成膜,玻璃珠浮在涂料表面,嵌入較淺;當(dāng)氣溫為6 ℃、路表溫度為10～12 ℃、持續(xù)小雨時(shí),涂料表面未固化,水珠浮在標(biāo)線表面,如圖6(d)所示。待雨后,標(biāo)線表面的水珠蒸發(fā),標(biāo)線表面則形成坑洞,如圖6(e)所示,導(dǎo)致標(biāo)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(yīng)當(dāng)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(jī)進(jìn)行標(biāo)線施劃,實(shí)際施劃過程中,由于劃線機(jī)本身重量,以及劃線過程中涉及加料等操作,則實(shí)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(shí)際施工速度為3.2～3.5 km/h時(shí),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(dǎo)致玻璃珠嵌入過淺。實(shí)際施工速度為2～2.8 km/h時(shí),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(dāng)施工速度控制在3 km/h左右時(shí),涂料層厚度、玻璃珠撒布量及嵌入深度可達(dá)到要求。

3 施工質(zhì)量檢測及評價(jià)

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

3.1 厚度

采用標(biāo)線厚度測量儀對標(biāo)線進(jìn)行厚度檢測,測試方法為1 km取3處,每處測6個(gè)點(diǎn),以右側(cè)邊緣線為檢測對象,對測得結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。新施劃噴涂型標(biāo)線平均厚度為0.744 mm,在設(shè)計(jì)范圍0.6～0.8 mm以內(nèi),舊標(biāo)線噴涂型標(biāo)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(gè)月,新路面噴涂型標(biāo)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(biāo)線在6個(gè)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(biāo)線逆反射測量儀對標(biāo)線進(jìn)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(gè)點(diǎn),以右側(cè)邊緣線為檢測對象,對測得結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。新施劃噴涂型標(biāo)線平均逆反射亮度系數(shù)為411.6 mcd/m2/lx,舊標(biāo)線噴涂型標(biāo)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(gè)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(gè)月內(nèi)維持不變或稍有下降。

3.3 視認(rèn)效果

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

圖7 長效反光標(biāo)線與舊標(biāo)線效果對比

4 結(jié)論

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

1)長效反光標(biāo)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(yīng)控制在0.3～0.4 kg/m2,嵌入深度為玻璃珠粒徑的50%～67%時(shí),標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)可控制在400 mcd/m2/lx以上,工后6個(gè)月仍能達(dá)到380 mcd/m2/lx,可得到較好的反光效果。

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