高性能熱熔雨夜標(biāo)線的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

■陳明友

（寧德沙埕灣跨海高速公路有限責(zé)任公司，寧德 352000）

目前，國(guó)內(nèi)標(biāo)線涂料以熱熔涂料為主，超過(guò)市場(chǎng)份額的95%。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)熱熔涂料品質(zhì)良莠不齊，低價(jià)中標(biāo)和轉(zhuǎn)包環(huán)節(jié)過(guò)多，導(dǎo)致熱熔涂料在耐磨性和亮度持久性等方面性能下降。 2018 年央視“3·15” 晚會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)部分區(qū)域的道路交通標(biāo)線質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了報(bào)道，暴露了我國(guó)道路交通標(biāo)線質(zhì)量控制各環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題。 據(jù)相關(guān)報(bào)道，我國(guó)道路交通標(biāo)線普遍存在夜間視認(rèn)性水平低的問(wèn)題，這與標(biāo)線涂料的組成和標(biāo)線的應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)。

在下雨的夜晚，司機(jī)往往看不到車道線，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的標(biāo)線只具備干燥條件下的反光，在潮濕和連續(xù)降雨條件下不具備反光性能，這造成嚴(yán)重安全隱患。 熱熔雨夜標(biāo)線是一種不僅干燥條件反光，而且在潮濕和連續(xù)降雨條件下同樣具備反光效果的新型標(biāo)線。美國(guó)聯(lián)邦公路局FHWA 的研究表明[1]，在高等級(jí)公路上使用雨夜標(biāo)線，可以有效降低交通事故14%～25%。 國(guó)內(nèi)也有相關(guān)研究報(bào)道[2-4]，雨夜標(biāo)線，又稱為全天候雨夜標(biāo)線，能夠提高道路通行效率和安全性，降低交通事故率。 正常使用的標(biāo)線應(yīng)該滿足全天候可視認(rèn)性的技術(shù)要求，也就是具備干燥、潮濕和連續(xù)降雨條件下的逆反射功能。

福建省位于我國(guó)東南沿海區(qū)域， 屬于典型的亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，雨量充沛，年平均降雨量為1 400～2 000 mm， 是中國(guó)雨量最豐富的省份之一。研究開(kāi)發(fā)高性能熱熔雨夜標(biāo)線對(duì)于提高道路安全性意義重大。 本研究通過(guò)涂料配方試驗(yàn)開(kāi)發(fā)制備高性能熱熔涂料，搭配高折射率微晶陶瓷雨夜珠和玻璃珠，制備高性能熱熔雨夜標(biāo)線，并在G76 廈蓉高速漳州段開(kāi)展試驗(yàn)性對(duì)比應(yīng)用研究。

1 高性能熱熔涂料的開(kāi)發(fā)

熱熔型標(biāo)線涂料，是以石油樹(shù)脂或天然樹(shù)脂等為粘結(jié)劑，常溫下固體比例超過(guò)95%，加熱熔化為流動(dòng)狀態(tài)的液體，通常施工方式為刮涂工藝，面撒逆反射元素，如雨夜珠和玻璃珠等，具有干燥時(shí)間短，對(duì)路面附著力好，耐車輪摩擦等特點(diǎn)。

本部分主要開(kāi)展熱熔涂料的配方研究，通過(guò)添加不同比例的樹(shù)脂、 玻璃珠和鈦白粉等關(guān)鍵材料，研究配方與性能的關(guān)系，開(kāi)發(fā)出高性能的熱熔標(biāo)線涂料配方組成。

1.1 原材料配比及測(cè)試

本研究選擇市面上的熱熔涂料的原材料，具體見(jiàn)表1。

表1 熱熔涂料所需原材料

本研究根據(jù)圖1，共配制了18 組樣品，每組樣品總數(shù)為5 kg， 圖2 中數(shù)字為對(duì)應(yīng)的重量百分比。制備過(guò)程：選擇10 L 的不銹鋼容器，添加對(duì)應(yīng)的原材料，添加順序?yàn)椋翰Ａе?、無(wú)機(jī)填料、石油樹(shù)脂、鈦白粉、EVA 和DOP 等添加劑，混合攪拌均勻。

圖1 配方開(kāi)發(fā)流程

本研究根據(jù)JT/T280-2004 《路面標(biāo)線涂料》路面標(biāo)線涂料對(duì)熱熔涂料的技術(shù)要求， 對(duì)18 組樣品開(kāi)展以下5 個(gè)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)：（1）環(huán)球軟化點(diǎn)；（2）不粘胎干燥時(shí)間；（3）耐磨性；（4）流動(dòng)度；（5）抗壓強(qiáng)度。檢測(cè)時(shí)，將5 kg 的樣品充分熔化均勻，加熱溫度控制在180℃左右，如果熔化過(guò)程中物料較稠，可以提高加熱溫度至190℃～200℃， 最高溫度不宜超過(guò)200℃。

1.2 配比與性能分析

從表2 可知，隨著C5 石油樹(shù)脂含量的增大，熱熔涂料的軟化點(diǎn)逐漸減小，石油樹(shù)脂在熱熔涂料中起到粘結(jié)劑的作用， 提高C5 含量可以提高涂料的內(nèi)聚力和粘結(jié)力， 同時(shí)具有軟化熱熔涂料的作用。從表3 可知，內(nèi)混玻璃珠和鈦白粉含量的變化對(duì)于熱熔涂料的軟化點(diǎn)、抗壓強(qiáng)度、耐磨性等物理性能的影響不顯著。 據(jù)報(bào)道[5]，鈦白粉的含量可以提高白色涂料的反射率，影響標(biāo)線在白天和夜間的可視性效果。 尤其在夜間，逆反射效率較高的涂料有效地反射汽車車燈光源，增強(qiáng)夜間可視性。 鈦白粉對(duì)于光線在標(biāo)線表面的傳遞過(guò)程中起到了鏡面反射的作用。 內(nèi)混玻璃珠有助于提高長(zhǎng)期反光效果且對(duì)熱熔涂料起到物理填充作用。DOP 和白油是應(yīng)用較多的增塑劑品種，DOP 的極性酯基能夠與涂料樹(shù)脂極性基團(tuán)彼此互溶， 從而使熱熔樹(shù)脂大分子間作用力減弱，塑性增強(qiáng)，提高材料的高溫流動(dòng)性和成膜性。從對(duì)比來(lái)看，DOP 在本研究的配方體系中的增塑效果優(yōu)于白油。聚合物樹(shù)脂和添加劑，作為熱熔樹(shù)脂的相容劑，提高配方基體的相容性和高溫流動(dòng)性能。

表2 熱熔涂料性能匯總一

表3 熱熔涂料性能匯總二

在全天候熱熔雨夜標(biāo)線中，熱熔涂料作為玻璃珠和雨夜珠等逆反射材料的基體，對(duì)于路面標(biāo)線逆反射性能的持久性和耐候性具有重要的影響。 為了使雨夜珠充分發(fā)揮雨夜高亮逆反射性能，提升應(yīng)用持久性，本研究對(duì)熱熔涂料材料的技術(shù)指標(biāo)規(guī)定如下：軟化點(diǎn)不低于104℃，抗壓強(qiáng)度不低于15 MPa，耐磨性不高于20 mg，玻璃珠含量不低于25%（該技術(shù)指標(biāo)與將要頒布的JT/T280-2004 《路面標(biāo)線涂料》 新標(biāo)準(zhǔn)相一致）， 其他指標(biāo)應(yīng)參考滿足JT/T280-2004《路面標(biāo)線涂料》的要求見(jiàn)表4。 刮涂標(biāo)線厚度為（2.0±0.2）mm，面撒材料的沉降率應(yīng)達(dá)到50%～60%。

表4 高性能熱熔涂料性能要求

2 熱熔涂料適用性研究及試驗(yàn)路

為了進(jìn)一步驗(yàn)證高性能熱熔涂料配方的適用性， 本研究于2020 年1 月8 日在省內(nèi)已通車運(yùn)營(yíng)高速公路某路段K38-K35 施劃試驗(yàn)段，開(kāi)展高性能熱熔雨夜標(biāo)線試驗(yàn)路的適用性研究。 試驗(yàn)段包括如下3 種方案：三級(jí)高亮熱熔標(biāo)線、普通熱熔雨夜標(biāo)線、3M 熱熔雨夜標(biāo)線。 3 種熱熔標(biāo)線說(shuō)明見(jiàn)表5，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置見(jiàn)圖2，該路段車流量AADT 約為25 000 pcu/d，其中貨車比例為20%。 現(xiàn)場(chǎng)施工后的標(biāo)線見(jiàn)圖3。

表5 熱熔雨夜標(biāo)線試驗(yàn)段分布圖

圖2 試驗(yàn)方案布置和現(xiàn)場(chǎng)圖

圖3 現(xiàn)場(chǎng)施工后標(biāo)線表面圖片

3 全天候逆反射性能的測(cè)試方法

在國(guó)內(nèi)標(biāo)線全天候逆反射性能測(cè)試方法尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，本研究參考ASTM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[6-8]，制定了如下方法，分別測(cè)試干燥狀態(tài)、連續(xù)降雨和潮濕狀態(tài)的逆反射亮度系數(shù)，測(cè)試流程介紹如下。

3.1 設(shè)備校準(zhǔn)

用設(shè)備自帶的校準(zhǔn)快校準(zhǔn)逆反射亮度系數(shù)測(cè)試儀（LTL-Mark II， 丹麥,Delta）,校準(zhǔn)完成后,安裝儀器附帶的軌道, 調(diào)整儀器測(cè)試模式為外部光源模式。用塑料管快接頭連接水箱和雨箱,打開(kāi)水箱的電源開(kāi)關(guān)，用3 個(gè)方盒(10 cm×10 cm) 收集4 分鐘內(nèi)的降雨量，如果降雨量在91～112 mL，降雨量滿足50 mm/h 的要求。

3.2 逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)流程

3.2.1 干燥狀態(tài)

把逆反射亮度系數(shù)測(cè)試儀置于待測(cè)區(qū)域, 確保標(biāo)線表面干燥和平整，測(cè)試干燥狀態(tài)的數(shù)據(jù),并將其記錄為RL-干燥。 如果標(biāo)線有污染，需要對(duì)標(biāo)線表面進(jìn)行清洗，清洗干凈后，待標(biāo)線表面水分自然晾干或用常溫鼓風(fēng)機(jī)將標(biāo)線表面水分吹干，方可進(jìn)行下一步測(cè)試。

3.2.2 連續(xù)降雨

降雨箱置于逆反射亮度系數(shù)測(cè)試儀的光線孔的前側(cè),確保兩個(gè)孔洞在同一水平面上。再次測(cè)試干燥狀態(tài)數(shù)據(jù)，確保兩個(gè)孔洞已經(jīng)正確安裝。 打開(kāi)水箱電源開(kāi)關(guān)，每隔15 s 測(cè)試一次數(shù)據(jù)，直到連續(xù)4 個(gè)數(shù)據(jù)變化比例不高于5%時(shí),認(rèn)為連續(xù)降雨測(cè)試已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 取最后四次數(shù)據(jù)的平均值為連續(xù)降雨的數(shù)據(jù),記錄為RL-連續(xù)降雨。

3.2.3 潮濕狀態(tài)

關(guān)閉水箱電源開(kāi)關(guān)，繼續(xù)每隔15 s 收集數(shù)據(jù)，跟蹤連續(xù)降雨后RL 性能的變化，模擬潮濕狀態(tài)下的數(shù)據(jù)(ASTM E2177)，記錄電源關(guān)閉45 s 后的數(shù)據(jù)為RL-潮濕。

4 結(jié)果與討論

道路標(biāo)線的性能與材料特性和應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)。 虛線的性能變化是由于車輛的碾壓磨損和材料老化兩因素共同作用，并且不同車道的虛線所經(jīng)歷的車輛類型和車流量也有所差異；車道邊線的性能變化，尤其是左邊線，主要是考慮材料老化所致。本研究在208 d 內(nèi)收集了4 次該試驗(yàn)段虛線和邊線的性能數(shù)據(jù)，由于現(xiàn)場(chǎng)限制，未收集到4 次左邊線的數(shù)據(jù)，虛線和右邊線的數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 干燥、潮濕、連續(xù)降雨條件下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)（單位:mcd·m-2·lx-1)

在施工完畢6 d 后，三級(jí)高亮熱熔反光標(biāo)線具有微弱的潮濕和連續(xù)降雨條件下的逆反射性能，這與標(biāo)線施劃初期，標(biāo)線表面有機(jī)小分子遷移造成的疏水界面有關(guān)，標(biāo)線表面的疏水性能使面撒玻璃珠裸露于水面而提供微弱逆反射性能。 從76 d 的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，三級(jí)高亮熱熔反光標(biāo)線的潮濕狀態(tài)和連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的反光的性能會(huì)快速消失。

施工完畢76 d 后， 在少有車輛碾壓和磨損的右邊線位置，普通熱熔雨夜標(biāo)線的連續(xù)降雨逆反射性能平均值降低至40 左右， 這與表面材料性能的老化直接相關(guān)。 3M 熱熔雨夜標(biāo)線的連續(xù)降雨逆反射性能平均值約為普通熱熔雨夜標(biāo)線的3 倍。 圖3展示了普通雨夜珠和3M 雨夜珠在76 d 后的右邊線上的耐候性能。

圖3 普通雨夜珠和3M 雨夜珠的耐候性能對(duì)比

施工完畢208 d 后，在少有車輛碾壓和磨損的右邊線位置，3M 熱熔雨夜標(biāo)線的全天候逆反射性能是普通熱熔雨夜標(biāo)線的約2.5～5 倍， 連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)的逆反射性能約為112 mcd·m-2·lx-1。在車輛碾壓和磨損的虛線位置，3M 熱熔雨夜標(biāo)線的全天候逆反射性能分別是普通熱熔雨夜標(biāo)線的1.5～2 倍，連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)的逆反射性能約為40 mcd·m-2·lx-1。

5 結(jié)論

熱熔涂料的性能與組成直接相關(guān)，石油樹(shù)脂作為粘結(jié)劑可以提高熱熔涂料的內(nèi)聚力和粘結(jié)力，鈦白粉和內(nèi)混玻璃珠對(duì)于涂料的物理性能影響不顯著，會(huì)影響涂料反射率和長(zhǎng)期光學(xué)性能。 本研究選擇軟化點(diǎn)、抗壓強(qiáng)度、耐磨性等指標(biāo)，開(kāi)發(fā)了高性能熱熔涂料，并采用刮涂的施工方式。

本研究開(kāi)展高性能熱熔雨夜標(biāo)線試驗(yàn)路的適用性研究，跟蹤對(duì)比三級(jí)高亮熱熔標(biāo)線、普通熱熔雨夜標(biāo)線、3M 熱熔雨夜標(biāo)線三種方案在邊線和虛線上的全天候逆反射性能。 同時(shí)，基于國(guó)外研究和標(biāo)準(zhǔn)， 設(shè)計(jì)出一種全天候逆反射性能的測(cè)試方法，分別測(cè)試熱熔雨夜標(biāo)線在干燥狀態(tài)、連續(xù)降雨和潮濕狀態(tài)的逆反射亮度系數(shù)。

三級(jí)高亮熱熔反光標(biāo)線，所具備的潮濕和連續(xù)降雨條件下的逆反射性能來(lái)源于標(biāo)線表面的疏水涂層和裸露于水面的玻璃珠。 對(duì)于熱熔雨夜標(biāo)線，施工完畢208 d 后，在右邊線位置，3M 熱熔雨夜標(biāo)線的全天候逆反射性能是普通熱熔雨夜標(biāo)線的約2.5～5 倍。 在車輛碾壓和磨損的第一虛線位置，3M熱熔雨夜標(biāo)線也存在性能衰減。

由于車流量等應(yīng)用環(huán)境的不同，道路標(biāo)線對(duì)應(yīng)的性能衰減會(huì)有所差異，建議后續(xù)探索道路標(biāo)線設(shè)計(jì)應(yīng)用的精細(xì)化和多樣化，在車道邊線等位置采用高性能熱熔雨夜邊線，在車道虛線位置可以探索開(kāi)發(fā)耐磨耐候的標(biāo)線解決方案。