高速公路標線、波形梁鋼護欄部分性能衰減研究

鐘世興，張英杰，楊友震

（1.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031；2.濟南華魯中交公路設計有限公司，山東 濟南 250101）

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，高速公路車流量逐步增大，交通安全設施對引導道路行車安全、促進交通暢行起到了重要作用。道路交通標線和波形梁鋼護欄作為交通安全設施的主要組成部分，在凸顯其重要作用的同時，也暴露出其存在耐久性較差等問題。

隨著高速公路交通車流量增多，標線的反光性能經(jīng)受著嚴峻考驗，車輛磨耗等因素使其反光逆反射系數(shù)衰減過快、持久性較差，經(jīng)常在缺陷責任期內(nèi)就下降到不合格水平。波形梁鋼護欄鍍鋅浸塑涂層在長期自然環(huán)境下易出現(xiàn)層間分離、撕裂、脫落等現(xiàn)象，降低了金屬構件的防腐性能，同時增大了工程養(yǎng)護成本。

1 交通標線反光逆反射性能

目前道路交通標線質(zhì)量逐步引起相關工程建設及管養(yǎng)部門的重視[1]。反光逆反射系數(shù)作為交通標線關鍵技術指標，受標線涂料內(nèi)在質(zhì)量影響較小，主要取決于標線玻璃珠質(zhì)量和數(shù)量[2]，標線玻璃珠根據(jù)粒徑又分為面撒玻璃珠和預混玻璃珠，近年來突出的主要問題為原材料質(zhì)量與施工工藝的差異間接導致后期逆反射系數(shù)衰減較快、持久性能較差等方面。

1.1 標線面撒玻璃珠

1.1.1 面撒玻璃珠含量和組成

根據(jù)《道路交通標線質(zhì)量要求和檢測方法》（GB/T 16311—2005）中面撒玻璃珠撒布量要求為300 ～400 g/m2，某高速公路養(yǎng)護部門針對標線耐久性問題制定標線施工質(zhì)量專項提升改進方案，其中對熱熔型標線面撒高標準玻璃珠規(guī)定：面撒高標準玻璃珠由美標3＃玻璃珠（0.85 ～1.7 mm 的粒徑分配）和常規(guī)國標1＃玻璃珠（0.85 mm 以下粒徑分配）兩種型號組成。玻璃珠含量要求為不低于700 g/m2（撒布量各占350 g/m2左右），并采用雙撒工藝，其特點是粒徑分布范圍更廣，更多的大粒徑玻璃珠可留置于標線涂料表面，與沉降到標線內(nèi)部的小粒徑玻璃珠形成更多的分層銜接，可達到較高的初始逆反射系數(shù)并持續(xù)時間較長[2]，同時，提升玻璃珠成圓率標線逆反射效果得到明顯提升，逆反射系數(shù)可滿足熱熔型Ⅲ級（≥350 mcd·m-2·lx-1）標準要求，該高標準玻璃珠組成及粒徑分布指標參數(shù)見表1。

表1 面撒高標準玻璃珠組成及粒徑分布參數(shù)

1.1.2 涂料高溫施劃與撒布玻璃珠的同步性

熱熔標線涂料加熱溫度一般控制在180 ～220 ℃范圍內(nèi)，在嚴格控制溫度的條件下，涂料施劃與玻璃珠撒布需同步進行，同時，要注意季節(jié)、氣候和路表溫度對涂料成型狀態(tài)的影響。加熱溫度過高，涂料熔融狀態(tài)較大，大多數(shù)面撒玻璃珠嵌入標線內(nèi)部深度過大甚至到達標線底部，造成玻璃珠無法發(fā)揮反光作用；加熱溫度過低或路表溫度過低，涂料形成冷膜速度過快，面撒玻璃珠無法有效滲入涂料內(nèi)部一定深度，造成玻璃珠大量堆積在標線表面、無法保證后期耐久性。面撒玻璃珠嵌入標線涂層厚度（上部）的55%～65%，可趨近于最佳反光效果，且能保證反光長期耐久性[2-3]。

1.2 標線預混玻璃珠

前期原材料質(zhì)量把控嚴格程度直接影響標線后期性能，近年來標線涂料內(nèi)部預混玻璃珠含量受到各質(zhì)量監(jiān)督部門和相關養(yǎng)護部門的高度重視，與面撒玻璃珠（1＃珠）相比，預混玻璃珠（2＃珠）粒徑相對較小，主要承擔面撒玻璃珠經(jīng)過一段時間的磨損消耗后，保證后續(xù)反光性能的持續(xù)性，所以要確保原材料內(nèi)部預混玻璃珠含量符合要求，才能延緩標線逆反射性能的衰減速度和減小養(yǎng)護頻率與成本，延長使用周期。

高標準玻璃珠在面撒玻璃珠由美標3＃珠和國標1＃珠兩種型號組成的條件下，預混玻璃珠的含量由常規(guī)的18%～25%提升至≥30%，其施工后的初始逆反射系數(shù)和通車1～2 a后的逆反射系數(shù)對比見表2。

表2 熱熔型Ⅲ級持續(xù)反光標線逆反射系數(shù)對比

由表2 數(shù)據(jù)可見，標線逆反射系數(shù)分別下降26.8%和51.9%，其反光性能耐久性表現(xiàn)較好，滿足設計使用要求。

2 波形梁鋼護欄防腐涂層性能

目前鍍鋅涂層和鍍鋅浸塑復合涂層是高速公路波形梁鋼護欄較為常見的防腐形式，鍍鋅浸塑復合涂層因具有良好的外觀質(zhì)量和防腐性能而被廣泛使用。但目前該涂層在生產(chǎn)工藝流程等方面的差異導致附著力和后期耐久性能方面存在不足。

2.1 護欄鋼板基材影響

經(jīng)長期檢測觀察發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)波形護欄鍍鋅浸塑復合涂層在高速公路建設初期外觀質(zhì)量較好。通車運行一段時間后，在暴曬、鹽霧以及高低溫轉變復雜的自然環(huán)境條件下，該涂層會出現(xiàn)起泡、層間剝離、脫落等現(xiàn)象，而此類病害的出現(xiàn)位置部分起源于波形梁板的邊角位置。病害原因：（1）波形梁板構件邊緣位置處于附著性能的薄弱點，微觀上可認為浸塑涂層在構件邊緣進行角度為180°的曲線彎折，不利于該涂層后期抗疲勞、老化以及耐候性。（2）邊角位置鋼材易存在未經(jīng)打磨徹底、形狀尖銳的直角、棱邊、毛刺突起、鍍鋅滴瘤等非圓滑線形，可導致浸塑層厚度薄厚不均。（3）在成品裝卸過程中極易造成該位置涂層的碰撞損壞，化學腐蝕性破壞通常以此為起點產(chǎn)生，深度方向逐漸穿透至鋼板基體表面[4-5]，斷面方向擴展至波形梁板波峰波谷位置。某高速波形護欄鍍鋅浸塑復合涂層邊角破壞形式及相關涂層厚度，見表3。

表3 波形護欄復合涂層邊角破壞形式及相關數(shù)據(jù)

2.2 涂層附著力的變化影響

高速公路波形護欄鍍鋅浸塑復合涂層最常見的破壞現(xiàn)象為兩涂層間的附著性能變差，導致兩涂層間分離后較薄的鍍鋅層極易受到鹽霧、潮濕等環(huán)境因素的影響，產(chǎn)生粉末狀銹蝕產(chǎn)物“白銹”，降低了涂層的防腐效果。對波形護欄鍍鋅浸塑復合涂層進行建成初期和通車運行5 a 后的層間附著力對比測試，試驗依據(jù)規(guī)范《色漆和清漆拉開法附著力試驗》（GB/T 5210—2006）[8]中的有關方法進行。試驗方案：在高速公路建成初期隨機選取三片外觀質(zhì)量正常良好的波形梁板，在每片波形梁板兩端頭和中間共三個斷面位置分別選取兩個測試點，進行鍍鋅層與浸塑層間的附著力測試；通車運行5 a 后，在相同的位置附近，再次進行涂層層間附著力測試，測試儀器采用附著力檢測儀（美國DeFelsko PosiTest AT-M），對比試驗結果見表4。

表4 波形護欄鍍鋅層與浸塑涂層附著力測試

試驗表明：波形護欄鍍鋅浸塑復合涂層在通車一段時間后，受自然環(huán)境影響，其層間附著力減小，且減小幅度與測試點面光取向有關。（1）溫度影響。在夏季高溫季節(jié)，陽光暴曬條件下波形梁板表面溫度可達到50 ℃以上，而在寒冷冬季波形梁板表面溫度又可降至-10 ℃以下，不同的溫度條件致使鋼板基材與塑性涂層之間的延展和收縮變形產(chǎn)生差異，間接導致層間橫向應力的產(chǎn)生；同時，浸塑涂層在高溫條件下的柔軟性與低溫條件下的脆硬性隨季節(jié)多次交替變化后，其疲勞老化現(xiàn)象就會隨之產(chǎn)生，進而形成起泡、層間脫離等現(xiàn)象。（2）層間界面處理問題。波形護欄鋼板基材經(jīng)過鍍鋅工藝后，在浸塑工藝之前需要對鍍鋅層進行表面清潔和磷化處理等，包括灰塵、液體等雜質(zhì)在浸塑高溫固化形成的過程中易產(chǎn)生氣孔影響附著力，同時未經(jīng)磷化處理也會降低浸塑層的附著性能[4,6]。

3 結語

（1）通過對標線玻璃珠組份構成和數(shù)量進行優(yōu)化調(diào)整，并重視面撒玻璃珠與預混玻璃珠由外而內(nèi)、由上至下的銜接分布質(zhì)量，可有效提高標線初始逆反射系數(shù)和反光性能持久性。（2）復雜自然環(huán)境影響下，波形護欄鍍鋅與浸塑層間應力的產(chǎn)生、浸塑層疲勞老化可降低防腐涂層的附著性，同時，生產(chǎn)過程中層間處理工藝質(zhì)量對后期耐久性影響較大。（3）日益增長的交通車流量對高速公路交通安全設施提出了更高的質(zhì)量要求，標線、波形護欄等交通設施不僅要滿足工程交工驗收的初步標準要求，更要注重后期的耐久性，施工工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化、材料細節(jié)處理的謹慎把控是提升質(zhì)量的先決條件。