双疏长效反光标线质量控制因素

王 珍, 邓星鹤, 陈凯军

(1.广东交科技术研发有限公司, 广州 510550; 2.广东华路交通科技有限公司, 广州 510420; 3.广东交通实业投资有限公司 东御营运管理分公司, 广东 梅州 514500)

标线对车流的分道行驶、导流等起到重要的作用,同时也有美化道路的效果,可为在高速公路上驾驶车辆行驶的驾驶员提供指引,加强车辆行驶秩序,改善车流行驶条件,减少交通事故。近年来,道路使用者对行车安全性和舒适性等方面提出更高要求,路面标线视认效果[1]以及耐久性[2-3]需进一步加强。

目前,常用的标线为热熔型标线[4-5],但是由于其需高温施工,能耗较大,CO2排放较多,在“碳达峰、碳中和”的理念下,研究人员也在进一步研究标线来响应双碳政策。例如,双组份标线,因其常温施工、能耗少、固含量高、环保性能好[6]、使用寿命长,近年来有较多研究。钱信华等[7]对双组份标线进行了综合阐释,介绍了双组份标线的固化机理、耐久性评价方法、可视性分析,以及性能优化,给出了双组份标线的发展研究方向:①标线的耐久性评价单一,与实际的服役环境结合较少,针对标线的耐久性,要与实际服役环境相结合;②建立双组份标线材料组成、结构、理化性质和标线服役性能之间的关系;③提高发光材料的使用效率,实现双组份标线的长期可视性,从不同方面给出了双组份标线的研发方向。杨芙蓉和高自强[8]对比双组份型、热熔型和水性型路面标线在实际工况下其逆反射亮度系数的性能衰变特点,认为双组份标线反射能力居中,但耐久性最佳。整体上,对双组份标线研究主要为原材料、性能特性、耐久性方面,对双组份标线的质量控制因素研究较少,而标线的路用性能的质量高低是由标线原材料(包括涂料和玻璃珠)的优劣和标线关键参数控制水平的高低共同决定的。

基于上述分析,为提升标线性能耐久性,研发一种双组份型双疏长效反光标线。该标线是由黏结性强、耐候性好的改性丙烯酸树脂的成膜物质与功能助剂配合形成的涂料,以及具有高逆反射性能的专用级配玻璃珠组成。该标线具有强黏结性、抗老化性、高反光性、强耐污性,尤其在夜间反光性能方面具有显著优势,并且可直接喷涂施工,可应用于新路面及旧标线快速修复。依托兴畲高速,对双疏长效反光标线的质量控制因素进行研究,寻求与双疏长效反光标线最为适配的工艺,使标线达到最佳的使用效果。

兴畲高速路面旧标线为常规热熔标线,已使用3年以上,旧标线已出现开裂、泛黄、严重磨损(2 mm厚的标线磨损至1.0 mm)等情况,其表面及内部玻璃珠已全部脱落,逆反射亮度系数为55 mcd/m2/lx,不满足《道路交通标线质量要求和检测方法》(GB/T 16311-2009)[9]的标准要求,需维修养护。

1 双疏长效反光标线

研究采用的喷涂型标线,分为新路面喷涂型和旧标线喷涂型。其中新路面喷涂型标线设计厚度为 0.6～0.8 mm,用作不阻水标线;旧标线(磨损后厚度约1.0 mm)喷涂型,旧标线不清除,直接在其表面喷涂长效反光标线,进行快速养护。

1.1 标线用涂料

双疏长效反光标线用涂料主要采用改性丙烯酸树脂以及功能助剂进行配比得到,其技术指标见表1,主要技术指标符合《路面标线涂料》(JT/T 280-2022)[10]标准要求。由表1可知,长效反光标线涂料的耐磨性为20.7 mg,不黏胎干燥时间为15 min。从关键指标来看,该涂料性能优良,有较好的施工性能,喷涂后干燥时间快,标线施划完成后可快速开放交通。不仅如此,涂料还具备疏水疏油性能,如图1所示,涂料水接触角为(103±2)°,油接触角为(106±4)°。疏水性可使涂料表面吸附水膜,提高雨夜行车安全性;疏油性使油性颗粒难以附着,增强标线耐污性。

图1 涂料疏水疏油性能

表1 长效反光标线涂料技术指标

1.2 标线用玻璃珠

双疏长效反光标线使用专用级配的玻璃珠,玻璃珠的相关技术指标参考《路面标线用玻璃珠》(GB/T 24722-2020)[11]。其关键技术指标见表2。玻璃珠折射率RI的范围为1.5

表2 玻璃珠技术指标

2 关键控制参数

标线的使用效果与玻璃珠的质量以及标线施工工艺有直接关联。实际施工过程中,应对影响标线质量的关键因素,如涂料层厚度、玻璃珠的粒径及级配、玻璃珠的撒布量、玻璃珠的嵌入深度、施工温度、施工速度等进行控制。

2.1 涂料层厚度

长效反光标线涂料厚度在室内进行研究,喷涂型标线厚度研究范围为0.4～2.0 mm,并利用室内小型路面加速加载设备对标线逆反射亮度系数与厚度的关系进行探索。小型路面加速加载设备如图2所示。将标线施划于沥青车辙板上,安装卡槽中,利用设备模拟实际行车,胎压0.75 MPa,行车速度30 km/h,根据加速加载次数,可初步得出标线逆反射亮度系数与厚度的关系,如图3所示。由图3可知,标线厚度范围为0.4～2.0 mm时,其初始逆反射亮度系数均能达到400 mcd/m2/lx以上,其中0.6～1.5 mm的标线初始逆反射亮度系数达到500 mcd/m2/lx以上;但厚度范围为0.4～0.6 mm的标线,加速加载50 000次后,其逆反射亮度系数急剧衰减,降低至150 mcd/m2/lx以下,而0.6～1.5 mm厚度的标线,加速加载50 000次后,其逆反射亮度系数仍有400 mcd/m2/lx;1.5～2.0 mm的标线,加速加载50 000次后,其逆反为350 mcd/m2/lx左右。

图2 小型路面加速加载设备

图3 标线逆反射亮度系数与厚度的关系

表3显示了涂料层厚度与料耗的关系,涂料层越厚,其用量越大,成本越高。综合考虑涂料成本及应用效果,喷涂型标线优选厚度为0.6～0.8 mm。

表3 涂料层厚度与料耗的关系

2.2 玻璃珠粒径及级配

兴畲高速长效反光标线采用表2所示的粒径要求的玻璃珠(Ⅰ型玻璃珠),其总粒径范围为300～1 400 μm,其中300～600 μm的玻璃珠占比57%,600～850 μm占比33%。对该玻璃珠进行粒径筛选以及粒径分配,可得到Ⅱ型玻璃珠、Ⅲ型玻璃珠,粒径分布见表4。

表4 玻璃珠粒径分布

对3种类型玻璃珠进行施工效果对比,如图4所示。纯涂层(不含玻璃珠)平均厚度约为0.6 mm,喷涂在路面上其表观宏观构造与沥青路面保持一致,完全不影响路面的横向排水。玻璃珠沉入涂料的深度为玻璃珠直径的1/2～2/3,可兼顾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计算,玻璃珠的粒径范围为0.9～1.2 mm最佳,考虑到玻璃珠沉入过程中,玻璃珠自身重力以及涂料固化的影响,其粒径范围应适当放大。

图4 不同级配的玻璃珠使用效果

图4(a)为Ⅰ型玻璃珠工后初始及工后6个月状态,施工时,0.85～1.4 mm范围实际沉入深度为1/3～1/2,该部分玻璃珠在工后行车冲击下,大部分脱落,0.3～0.85 mm范围的玻璃珠仍黏附良好,其逆反射亮度系数略微有下降,即Ⅰ型玻璃珠体现出较好的分级反光效果,同时其对施工要求也较低。该种类型的玻璃珠适用于厚度为0.6～0.8 mm的标线。图4(b)为Ⅱ型玻璃珠工后初始及工后6个月状态,该种玻璃珠粒径范围小,粒径集中在600～850 μm,对施工要求高,需控制玻璃珠的嵌入深度在合适的范围内,才能发挥出标线的反光耐久性,否则玻璃珠易脱落,逆反射亮度系数会快速衰减。图4(c)为Ⅲ型玻璃珠工后初始及工后6个月状态,包含20% 850～1 400 μm的大粒径玻璃珠,68.8% 600～850 μm的玻璃珠,Ⅲ型玻璃珠在同样施工条件下,其玻璃珠的嵌入深度低于Ⅰ型玻璃珠,工后6个月玻璃珠脱落较多。

由上可知:Ⅰ型玻璃珠在行车荷载下可分级脱落,实现分级反光,可保持较长时间的反光性能,延长标线的使用寿命,适用于0.6～0.8 mm厚的长效反光标线;Ⅱ型玻璃珠则无分级反光效果;Ⅲ型玻璃珠更适用于厚度大于0.8 mm的标线。

2.3 玻璃珠撒布量

施工前对玻璃珠进行样品抽检,应符合国家标准要求。施工过程中,应当对玻璃珠的撒布量进行控制。如图5所示,施工过程中,分别选取不同玻璃珠撒布量,图5(a)、图5(b)、图5(c)分别表示撒布量为0.4～0.6、0.3～0.4、0.1～0.3 kg/m2时,其对夜间可视性的影响及玻璃珠撒布实际效果。

图5 玻璃珠撒布量对标线光度性能的影响

玻璃珠撒布量不宜过多,如图5(a)所示。①过多的玻璃珠易导致玻璃珠堆积,其光线在玻璃珠内部反射次数过多,折射出来的光变少,反而会降低其逆反射性能;②过多的玻璃珠会导致涂料与玻璃珠黏附不牢固,玻璃珠在行车荷载作用下易脱落;③多余玻璃珠无法起到逆反射作用,易造成浪费。玻璃珠撒布量不宜过少,如图5(c)所示。玻璃珠撒布量过少,标线的逆反射效果达不到规范要求,验收不合格,标线夜间视认效果差,标线难以发挥引导、警示功能,对驾驶人员的安全易造成隐患。

工后初始检测结果及工后6个月检测结果对比见表5。由表5可知,撒布量为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数衰减率分别为22%～26%、0%～8%、25%～28%。因此,当玻璃珠的撒布量为0.3～0.4 kg/m2时,能获得较好的初始反光性和长效反光性。

表5 工后初始与工后6个月不同玻璃珠撒布量的逆反射亮度系数

2.4 施工温度

施工过程中,施工温度对材料的固化性能有较大影响。施工温度过低,涂料固化慢,玻璃珠易嵌入过深;施工温度过高,涂料固化过快,表面结皮,玻璃珠嵌入过浅。温度应当在合适范围内,再予以施工,才能保证标线质量。

在现场施工时,施工温度包括气温和路表温度,气温以及路表温度浮动较大,经历图6所示的气温以及路表温度、施工温度对标线涂料及玻璃珠固化有较大影响。如图6(a)所示,当气温低于8 ℃、路表温度低于10 ℃时,涂料固化慢,黏度低,玻璃珠由于自身重力在涂料中下落,导致玻璃珠嵌入深度过深;如图6(b)所示,当气温在8～28 ℃、路表温度低于50 ℃时,玻璃珠固化时间合适,玻璃珠的沉降深度可控;如图6(c)所示,当气温高于30 ℃、路表温度高于60 ℃时,涂料表面快速成膜,玻璃珠浮在涂料表面,嵌入较浅;当气温为6 ℃、路表温度为10～12 ℃、持续小雨时,涂料表面未固化,水珠浮在标线表面,如图6(d)所示。待雨后,标线表面的水珠蒸发,标线表面则形成坑洞,如图6(e)所示,导致标线外观不满足要求,需重新施划。由此可知,施工首要条件为无降雨,其次,其合适的施工温度应当为气温8～28 ℃、路表温度低于50 ℃。

图6 不同温度及环境条件施工,玻璃珠嵌入深度情况

2.5 施工速度

兴畲高速采用手推式划线机进行标线施划,实际施划过程中,由于划线机本身重量,以及划线过程中涉及加料等操作,则实际施工速度可控范围为2～3.5 km/h。

在满足施工温度的条件下,实际施工速度为3.2～3.5 km/h时,涂料喷涂过快,涂料层过薄,厚度不满足要求,玻璃珠撒布量过少,并且易导致玻璃珠嵌入过浅。实际施工速度为2～2.8 km/h时,涂料喷涂过慢,涂料层过厚,玻璃珠撒布易过多,并且玻璃珠易嵌入过深。当施工速度控制在3 km/h左右时,涂料层厚度、玻璃珠撒布量及嵌入深度可达到要求。

3 施工质量检测及评价

根据《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》(JTG F80/1-2017)[12],对标线的关键指标--厚度和逆反射亮度系数进行测量和评定。

3.1 厚度

采用标线厚度测量仪对标线进行厚度检测,测试方法为1 km取3处,每处测6个点,以右侧边缘线为检测对象,对测得结果进行数据分析。新施划喷涂型标线平均厚度为0.744 mm,在设计范围0.6～0.8 mm以内,旧标线喷涂型标线平均厚度为1.110 mm。测试路段的厚度整体较为平均。工后6个月,新路面喷涂型标线表面的玻璃珠有部分脱落,结合现场表观情况可知,标线在6个月内的厚度损失均为大粒径玻璃珠部分脱落所致,涂料本身并未被磨耗。

3.2 逆反射亮度系数

采用国产JAR-R18标线逆反射测量仪对标线进行逆反射亮度系数检测,均为干燥状态下检测,测试方法为1 km取3处,每处测9个点,以右侧边缘线为检测对象,对测得结果进行数据分析。新施划喷涂型标线平均逆反射亮度系数为411.6 mcd/m2/lx,旧标线喷涂型标线平均逆反射亮度系数为529.7 mcd/m2/lx,测试路段的逆反射亮度系数整体分布范围为380～550 mcd/m2/lx。工后6个月,大粒径玻璃珠在车辆冲击下部分脱落后,小粒径玻璃珠开始发挥反光作用,逆反射亮度系数在6个月内维持不变或稍有下降。

3.3 视认效果

对长效反光标线工后初始情况及工后6个月的视认情况进行检测分析,如图7所示,白天与夜间效果对比,旧热熔标线与长效反光标线对比可以看出,长效反光标线初始效果良好,工后6个月效果佳,仍能保持高亮逆反射性能。

图7 长效反光标线与旧标线效果对比

4 结论

依托兴畲高速,对长效反光标线的施工关键技术进行研究,得到如下结论。

1)长效反光标线用涂料厚度为0.6～0.8 mm,玻璃珠粒径为0.3～1.4 mm,粒径分布为0.6～0.85 mm占比30%～33%,0.3～0.6 mm占比为50%～58%,玻璃珠的撒布量应控制在0.3～0.4 kg/m2,嵌入深度为玻璃珠粒径的50%～67%时,标线逆反射亮度系数可控制在400 mcd/m2/lx以上,工后6个月仍能达到380 mcd/m2/lx,可得到较好的反光效果。

2)标线施工的首要条件为晴朗无雨,其次施工温度气温范围应在8～28 ℃,路表温度应低于50 ℃、施工速度控制在3 km/h,可满足标线厚度及逆反射亮度系数要求,确保路面标线视认效果和耐久性。