高性能公路彩色防滑标线关键技术及工程应用

杨继源

(山西交通养护集团有限公司,山西 太原 030006)

0 引 言

公路标线的视认性是其保障交通安全最重要的性质,标线的长效耐久性决定了其服务质量和服役寿命。然而,由于现有标准对公路交通标线产品质量、建设施工和养护管理等各个环节规范值较低或存在疏漏,仍存在道路标线视认性低、施工质量把控不严、标线耐久性差、服役寿命低等问题。本研究将针对传统道路标线提升安全性与服役寿命的需求,开展高性能公路交通标线的视认性提升和长效耐久技术研究及应用,开发一种逆反射系数高、视认性好、长效耐久的道路标线产品,2021年11月首次应用于山西省并试验成功,形成初步的理论研究方向,2022年继续深入研究并大规模应用于工程实体,从而提出高性能道路标线材料的优选与施工方法,目的是建立长效耐久高亮公路交通标线路用性能评价体系,依托实体工程应用,形成长效耐久型高性能公路交通标线施工技术标准。

1 传统的公路交通标线与认知缺陷分析

1.1 传统的公路交通标线

传统的公路交通标线以热熔标线为主,具有施工简便、成本低、可快速开放交通等优点,但是热熔型标线需要加热至200 ℃以上,在施工过程中会释放有害气体,不仅浪费能源,而且温度控制不好会导致面撒玻璃珠嵌入过大或过小,影响标线的视认性和耐久性,社会经济效益有限。此外,热熔标线的逆反射系数较低且在通行过程中衰减迅速,热熔涂料的强度低,容易在冬季发生开裂,造成服役寿命缩短。

1.2 标线认知缺陷分析

在国内的技术标准与规范制定方面,当前路面标线施工使用的路面标线热熔反光型涂料遵循《路面标线涂料》(JT/T 280—2004)标准要求,而2018年5月1日实施的《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)对交通标线的要求进行了修订,故如果仍采用2004版标准对热熔反光型涂料进行产品控制已无法满足评定标准要求,而《路面标线用玻璃珠》(GB/T 24722—2009)中关于玻璃珠级配的规定未考虑标线的持续反光问题与性能衰减,其合理性有待进一步商榷。公路交通反光标线的技术标准和要求在超过7个行标或规范中均有涉及,存在技术指标分散、标准不协调、检测方法不明确等问题。虽然许多学者做了大量的努力,但当前的研究主要是技术经验的总结,交通标线寿命短、标线过早剥落、不耐酸碱腐蚀、施工普遍复杂、养护困难等问题尚未得到有效解决。并且国内外交通标线材料产品参差不齐,有关交通标线原材料质量控制指标和耐久性等交通标线材料设计的研究鲜有报道。随着公路交通事业的飞速发展,但目前关于公路交通标线建设与养护管理的研究仍较为匮乏,主要工作仍停留在较为主观、简单、粗放的层面,缺乏对交通标线可视性形成、性能控制和衰变机理的深刻认识,导致现有工作的科学性不够、科技主导作用不强,尚未形成交通标线质量控制的长效机制。

2 主要研究内容、创新点及关键技术问题

2.1 交通标线涂料性能表征与质量控制

综合考虑环境与交通量的综合影响,采用涂膜热稳定性、水稳定性、低温抗裂、耐压力老化、耐紫外线老化以及加速加载试验对不同涂料进行色度、力学性能与耐久性性能进行评价,建立材料组成、结构、理化性质和标线服役性能之间的关系,并根据气候环境和交通等级推荐其质量控制指标。

2.2 交通标线玻璃珠性能表征与质量控制

探讨玻璃珠的级配特征、成圆率和折射率等性能指标以及撒布工艺和嵌入程度等施工指标对标线反光特征的影响机制,明确其关键影响因素,并提出合理控制范围;提出面撒和内混玻璃珠对逆反射亮度系数的关键影响指标,并推荐其控制范围和方法。

2.3 交通标线视认性衰变机理与调控技术研究

探明交通标线视认性的物理内涵,明确可视性衰变机理与关键影响因素,长效耐久型高性能公路交通标线质量控制标准;采用室内模拟试验考虑气候与交通量综合影响下交通标线抗滑、抗裂和可视性的衰变规律,并探索其性能衰变机理,提出交通标线耐磨、抗裂和耐候性评价方法与控制指标。

2.4 创新点、关键技术问题

(1)创新点。

研究气候条件、交通量、涂膜厚度和玻璃珠撒布量等参数对交通标线可视性衰退的影响,建立交通标线可视性衰变预估模型,预测未来的性能衰退状态。

(2)关键技术问题。

探讨标线涂料原料组成与交通标线各项性能指标之间的联系,并提出涂料质量控制的关键技术;制备逆反射系数600 mcd/m2/lx以上,逆反射系数衰减速率降低20%的高性能公路交通标线;竣工验收一年后交通标线逆反射亮度系数衰减速率相比普通标线降低20%以上;交通标线使用寿命提升30%以上。

探明玻璃珠逆反射性能关键影响因素,并推荐出面撒和内混玻璃珠质量控制的关键技术;交通标线视认性衰变机理研究采用理论分析与模拟试验相结合的方法,从原材料控制、耐久性提升、可视性的物理内涵与衰变机理等方面入手,系统开展公路交通标线视认性控制及耐久性提升关键技术研究,大幅提升了交通标线的安全水平,并降低养护维修成本。

3 主要技术优势、参数指标及施工方法

3.1 八项主要技术优势

彩色防滑涂料,配以色彩丰富的颜料生产而成的涂料,施工时与骨料按照特定的施工工艺拌和摊铺到路面上,形成3～7 mm薄层面的彩色防滑标线。新型双组份抗滑彩色标线色泽鲜艳持久、不褪色、使用寿命长,可耐78 ℃的高温和-22 ℃的低温;不同颜色的标线标识提示驾驶者在规定路面(车道)上行驶、停靠,可避免不同车辆的混行停靠;超薄无振动型彩色防滑标线可提高摩擦系数,有效解决原有标线光滑的问题;彩色防滑标线在提高标线性能和功能的同时,还可使服务区环境更加五彩斑斓,让人耳目一新。更重要的是,彩色防滑标线能缓解驾驶员在生理上的过度疲劳和汽车在使用上的极限状态[1-3]。

(1)新视觉:色彩生动鲜艳,视认性好,视觉提示效果好;妆点路面的同时美化并融入周边环境。

(2)防湿滑:表面粘合防滑骨料,防滑性能好,显著增加路面雨天防滑性能。

(3)强附着:活性丙烯酸树脂可在路面上迅速润湿且快速渗透到大量“毛细血管”中去,反应聚合后形成大分子聚合物,在“毛细血管”中形成大量的“楔”,从而使得标线对路面产生强大附着力。

(4)抗挤压:标线涂膜致密且不受温度变化影响,在低、高温环境下都具有较高机械强度。

(5)耐磨损:抗磨剥层的混合物包括高强度骨料、粘合剂、填充料。

(6)无裂纹:克服环氧型彩色防滑涂料的耐候性差、易开裂的问题。

(7)低VOC:无重金属含量,通过了SGS等全球检验机构检验。

(8)散水性好:无需调整街道设施,不影响排水,减少积水溅水(可减少40%的车辆刹车距离)。

3.2 主要参数指标

不粘胎干结时间≤60 min;低温抗裂-40 ℃三个循环后无裂纹;柔韧性≤1;抗滑摆值≥65 BPN;耐磨性≤10 mg,每1 mm厚度涂料消耗量1.5～1.8 kg/m2,以3 mm厚度彩色路面(地表温度25 ℃)为例,材料消耗如下:骨料、涂料、固化剂分别为:2.5 kg/m2、4.5～5.4 kg/m2、0.05 kg/m2。以上为理论用量,实际用量依据路面的粗糙度适当调整。

3.3 施工方法简要分析

(1)三层式喷涂。

施工时人工摊铺底涂层,撒上骨料,待有一定强度后,清扫干净多余骨料后再使用涂料或树脂罩一层面,适用于城市快速路、高等级公路、专用车道。

(2)两层式喷涂。

施工时人工摊捕底涂层,撒上骨料,待有一定强度后清扫干净多余的骨料,适用于各等级公路、城市道路、园区道路、人行天桥、车库上下坡。

(3)混合式喷涂。

施工时将涂料与骨料均匀拌和,然后人工摊捕至路面,再用滚筒滚涂一遍,适用于各等级公路、城市道路、人行天桥、车库上下坡、园区道路。

(4)单层式(可加砂)喷涂。

施工时将涂料采用人工或空气辅助喷涂设备涂敷至路面即可,适用于专门美化道路或用作区域分隔地面。

4 效益分析

4.1 经济效益分析

初始逆反射系数提升40%以上,逆反射亮度系数衰变速率降低约20%,服役寿命提升约30%,服役质量提升约30%。其中,普通热熔标线1.5～2年重划一次,本成果将服役寿命延长至3年,初期建设成本提升约20%,全寿命周期成本降低30%以上,预计标线成本可降低约21元/m2;普通双组份标线服役寿命为3～4年,本成果将服役寿命延长至5～6年,初期建设成本提升约25%,全寿命周期成本降低20%以上,预计标线成本可降低约25元/m2。

4.2 社会效益分析

根据调研数据,公路交通标线的平均服役年限为2年左右,山西省高速公路每年的交通标线建设工程量在300万m2以上。并且随着道路交通安全问题日趋严重,以及人们安全意识的逐步提升,亟需开展科学性、系统性的研究,大幅提升道路交通标线的整体品质。因此市场需求巨大,发展前景广阔。

5 工程实例

为全面加快高速公路服务区的提档升级,2021年11月23日,山西省长治市高速公路潞城服务区彩色防滑路面标线标识施工,这是山西省高速公路服务区提档升级“六大工程”中设施完善及品质提升工程的交通工程设施功能提升项目,长治潞城服务区是山西省首家采用彩色防滑路面标线标识的高速公路服务区。该项目累计完成铺装面积10 643 m2,采用双组份涂料37.1 t、陶瓷颗粒用料53 t,罩面树脂7.4 t,施划大车位62个,其中大货车位35个、大客车位14个、危化品车位6个、畜牧车位6个、超长车位1个;小车位77个,含无障碍车位4个,充电车位16个;人行横道6组,含立体人行横道4组。所有停车位全部采用双组份彩色标线铺装,路面标线采用反光热熔型道路标线施划,车辆分流引导由红、黄、蓝、绿四种颜色喷涂。目前,潞城服务区停车场环境优美,车辆停放井然有序。小型车和大型车、客车和货车的停车位十分醒目,提高了停车场的利用率,不仅满足了司机与乘客在高速公路上的各种生理和心理需求,而且使之成为了高速公路上的一道亮丽的风景线。

6 结束语

此项技术提高了山西省交通标线的整体质量和合格率,提高了山西省公路交通标线的施工管理水平,提升交通标线的视认性和耐久性,大幅改善交通安全性,延长养护维修周期,降低综合造价,具有重要的经济、社会、环境效益。科研团队将继续深入研究,围绕交通标线材料组成、制备工艺和质量控制、施工机械配置、界面处治等因素对交通标线材料施工质量的影响,推荐出交通标线合理施工工艺及控制参数,提出长效耐久型高性能公路交通标线施工技术指南,建立长效机制,实现公路交通标线质量的整体提升,大幅降低养护维修成本,并提高道路交通安全水平。