環(huán)保耐久高辨識(shí)性標(biāo)線材料的開(kāi)發(fā)研究

賽志毅

（山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

目前推廣應(yīng)用的各類道路交通標(biāo)線材料，雖然耐久性可以得到保障，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染。因此，開(kāi)發(fā)環(huán)保耐久高辨識(shí)性標(biāo)線，減少標(biāo)線材料對(duì)環(huán)境破壞，提高標(biāo)線耐久性和可辨識(shí)性十分必要[1]。

1 環(huán)保耐久高辨識(shí)性標(biāo)線材料

標(biāo)線材料的中發(fā)揮主要作用的是樹(shù)脂材料、玻璃珠和顏料。本研究對(duì)樹(shù)脂材料、玻璃珠和顏料對(duì)標(biāo)線逆反射性能的影響進(jìn)行分析，確定環(huán)保耐久高辨識(shí)性標(biāo)線的材料類型。

1.1 樹(shù)脂

選擇理想預(yù)聚體樹(shù)脂是決定雙組分標(biāo)線涂料品質(zhì)的關(guān)鍵，本研究采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。PMMA以聚甲基丙烯酸甲酯預(yù)聚物為主要樹(shù)脂的標(biāo)線材料，屬于冷涂型路面標(biāo)線材料，整個(gè)施工過(guò)程中無(wú)須加熱，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放，具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)[2]。

通過(guò)對(duì)我國(guó)東南沿海地區(qū)高速公路應(yīng)用情況的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，PMMA雙組分標(biāo)線逆反射系數(shù)在通車2年后基本可以達(dá)到100 mcd·lx-1·m-2，而路面標(biāo)線涂料本身并沒(méi)有明顯破壞[3]。

1.2 玻璃珠

路面標(biāo)線通過(guò)玻璃珠內(nèi)的反射和折射等光學(xué)原理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)照射光線的定向返回，玻璃珠的主要功能就是提供集中的反射光線。玻璃珠的成圓率、折射率、粒徑、級(jí)配等性能參數(shù)均影響標(biāo)線的反光性能。1.2.1 玻璃珠的成圓率

玻璃珠的成圓率直接影響標(biāo)線的回歸反射能力，成圓率越高，標(biāo)線反光效果越好。本研究分析了撒布量500 g/m2，粒徑850μm不同成圓率玻璃珠標(biāo)線的逆反射系數(shù)變化，玻璃珠成圓率對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響如表1所示。

表1 玻璃珠成圓率對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，隨著成圓率增大，逆反射系數(shù)增大，成圓率達(dá)到80%出現(xiàn)拐點(diǎn)，與規(guī)范吻合，即成圓率應(yīng)控制在80%以上。

1.2.2 玻璃珠的折射率

玻璃珠的折射率不同，標(biāo)線的逆反射系數(shù)也不同。在夜間甚至雨夜環(huán)境下，玻璃珠仍可以提供回歸反射光線，提高逆反射系數(shù)，給駕駛員提醒，避免交通事故發(fā)生。

本研究通過(guò)分析相同撒布量不同折射率玻璃珠的標(biāo)線逆反射系數(shù)，確定選用的玻璃珠折射率指標(biāo)。不同折射率玻璃珠對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響如表2所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，要求路面標(biāo)線涂料玻璃珠的折射率n≥1.7，在n=1.9時(shí)反光性能最佳。

表2 不同折射率玻璃珠對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響

1.2.3 玻璃珠的粒徑

為保證道路標(biāo)線涂料內(nèi)混玻璃珠的黏結(jié)性能和反光持續(xù)性，玻璃珠的粒徑必須具有一定的級(jí)配，才可保證標(biāo)線的最佳反光性能。

現(xiàn)行規(guī)范《路面標(biāo)線用玻璃珠》（GB/T 24722—2009）中規(guī)定路面標(biāo)線用玻璃珠的標(biāo)準(zhǔn)篩孔徑為106μm、150μm、212μm、300μm、600μm、850μm，與國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異，如美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)玻璃珠粒徑可達(dá)到2350μm。

本研究選擇300μm、600μm、850μm、1400μm、1700μm玻璃珠粒徑，檢測(cè)相同嵌入深度不同粒徑玻璃珠對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響（表3）。

表3 相同嵌入深度不同粒徑玻璃珠對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，隨著玻璃珠粒徑增加，逆反射系數(shù)數(shù)值也增加。為了提高路面標(biāo)線的反光性能，可適當(dāng)增長(zhǎng)玻璃珠的粒徑。但過(guò)分增大玻璃珠粒徑，容易導(dǎo)致在涂料內(nèi)的嵌入過(guò)淺，反而降低標(biāo)線逆反射系數(shù)。

目前國(guó)內(nèi)雙組分標(biāo)線厚度大部分在0.8~1.5 mm，在此范圍內(nèi)盡量選擇大粒徑的玻璃珠。同時(shí)參考美標(biāo)型號(hào)，選擇300~850μm和850~1400μm的玻璃珠混合使用。

1.2.4 玻璃珠的級(jí)配

試驗(yàn)將300~850μm與850~1400μm的玻璃珠按照不同的比例分別面撒于標(biāo)線涂料上，嵌入程度基本相當(dāng)，面撒量均為550 g/m2，不同粒徑玻璃珠的比例對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響如表4所示。

表4 不同粒徑玻璃珠的比例對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，不同粒徑玻璃珠的比例對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響較大，在300~850μm和850~1400μm的玻璃珠質(zhì)量比為3:4時(shí)，標(biāo)線的逆反射效果最佳。

1.2.5 玻璃珠的撒布量

標(biāo)線施工中玻璃珠的撒布量應(yīng)適度。本研究分別按照400 g/m2、450 g/m2、500 g/m2、550 g/m2和600 g/m2的面撒玻璃珠用量進(jìn)行標(biāo)線逆反射系數(shù)的檢測(cè)，面撒玻璃珠用量對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響如表5所示。

表5 面撒玻璃珠用量對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響

由表5可知，增加面撒玻璃珠用量對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的提升效果明顯，在面撒玻璃珠用量達(dá)到500 g/m2后標(biāo)線逆反射系數(shù)變化不大，面撒玻璃珠用量在500 g/m2出現(xiàn)拐點(diǎn)。因?yàn)槊嫒霾Ａе檫^(guò)多，其與標(biāo)線涂料的黏結(jié)性也較差，容易掉落而失去作用，另外，玻璃珠過(guò)多，互相之間過(guò)于緊密，部分玻璃珠之間會(huì)干擾光線逆反射。因此，玻璃珠的面撒量應(yīng)控制在500~550 g/m2。

1.2.6 玻璃珠的嵌入程度

根據(jù)反光標(biāo)線的原理，玻璃珠在標(biāo)線涂膜中的嵌入程度會(huì)影響標(biāo)線的可視性和逆反射系數(shù)。通過(guò)調(diào)整固化劑用量改變玻璃珠的嵌入程度，測(cè)試回歸反射強(qiáng)度，玻璃珠嵌入程度對(duì)標(biāo)線回歸反射強(qiáng)度的影響如表6所示。

表6 玻璃珠嵌入程度對(duì)標(biāo)線回歸反射強(qiáng)度的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)玻璃珠嵌入程度在40%～50%時(shí)，回歸反射程度較差；玻璃珠嵌入程度在60%左右時(shí)，回歸反射的效果最佳；玻璃珠嵌入程度在60%～80%時(shí)，回歸反射程度下降；當(dāng)玻璃珠嵌入程度為55%～65%時(shí)，可以形成最佳的回歸反射。

1.3 顏料選擇及摻量

本研究選用金紅石型鈦白粉作為白色顏料，通過(guò)測(cè)定標(biāo)線涂層的色度性能，測(cè)出的亮度因數(shù)大小來(lái)確定鈦白粉的合適用量。

鈦白粉摻量對(duì)亮度因數(shù)的影響如表7所示。

表7 鈦白粉摻量對(duì)亮度因數(shù)的影響

配方中的鈦白粉用量為8%時(shí)就接近《交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)路面標(biāo)線涂料》（JT/T 280—2004）規(guī)定的白色標(biāo)線涂層亮度因數(shù)≥0.75的要求，鈦白粉用量達(dá)到9%以上即可滿足規(guī)范要求。

標(biāo)線的逆反射系數(shù)主要與玻璃珠有關(guān)，但顏料本身也具有一定的逆反射功能，而顏料對(duì)光線的逆反射與鈦白粉的摻量有關(guān)。因此，研究不同鈦白粉摻量對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響（表8）。

表8 不同鈦白粉摻量對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響

當(dāng)鈦白粉摻量達(dá)到10%時(shí)，標(biāo)線逆反射系數(shù)隨鈦白粉摻量增加其變化趨于平緩。這個(gè)趨勢(shì)與鈦白粉對(duì)涂膜的光反射比的影響趨勢(shì)是相同的，這是因?yàn)殁伆追蹞搅窟_(dá)到一定值時(shí)，涂料光反射比隨鈦白粉摻量的增加改變不明顯造成。因此，只有當(dāng)涂膜的光反射較高時(shí)，在微珠與涂膜的界面上才能更有效地反射透過(guò)玻璃珠的光線，進(jìn)而增大逆反射系數(shù)數(shù)值。

綜上所述，為了使環(huán)保耐久高辨識(shí)性標(biāo)線具有優(yōu)異的標(biāo)識(shí)性和反光性，將鈦白粉摻量定為10%。

2 環(huán)保耐久高辨識(shí)標(biāo)線與MMA雙組分標(biāo)線的性能對(duì)比

本文對(duì)比了環(huán)保耐久高辨識(shí)標(biāo)線與MMA雙組分標(biāo)線的產(chǎn)品質(zhì)量和標(biāo)線工程質(zhì)量，主要包括《道路交通標(biāo)線的質(zhì)量要求和檢測(cè)方法》（GB/T 16311—2005）和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF 80/1—2017）兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定。具體性能檢測(cè)結(jié)果如表9所示。

表9 環(huán)保耐久高辨識(shí)性標(biāo)線與MMA雙組分標(biāo)線的性能檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果可知，環(huán)保耐久高辨識(shí)標(biāo)線涂料滿足規(guī)范的要求，與MMA雙組分標(biāo)線相比，耐磨性提高了27.6%，預(yù)混玻璃珠含量提高了47.6%，初始逆反射系數(shù)達(dá)到了Ⅳ級(jí)，比MMA雙組分標(biāo)線提高了33.7%。耐磨性是反映標(biāo)線耐久性的指標(biāo)之一，而逆反射系數(shù)反映標(biāo)線的辨識(shí)效果，因此，本研究開(kāi)發(fā)的標(biāo)線涂料較目前的MMA雙組分標(biāo)線進(jìn)一步提升了耐久性和辨識(shí)性。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)環(huán)保耐久高辨識(shí)標(biāo)線的開(kāi)發(fā)研究，確定了環(huán)保耐久高辨識(shí)標(biāo)線涂料的配方，并得到了以下結(jié)論。

（1）樹(shù)脂材料選用PMMA聚甲基丙烯酸甲酯，提高環(huán)保效果。

（2）顏料采用金紅石型鈦白粉，通過(guò)試驗(yàn)研究確定摻量為10%。

（3）玻璃珠是影響標(biāo)線逆反射系數(shù)指標(biāo)的最重要的因素，通過(guò)試驗(yàn)研究了玻璃珠的成圓率、折射率、粒徑、級(jí)配、撒布量、嵌入程度對(duì)標(biāo)線逆反射系數(shù)的影響，確定了玻璃珠的技術(shù)指標(biāo)，包括玻璃珠成圓率控制在80%以上，玻璃珠折射率不小于1.7，玻璃珠粒徑級(jí)配為300~850μm玻璃珠和850~1400μm玻璃珠的質(zhì)量比為3:4，玻璃珠面撒量控制在500~550 g/m2，玻璃珠嵌入程度為55%～65%。

（4）與MMA雙組分標(biāo)線涂料的性能指標(biāo)做了對(duì)比檢測(cè)，環(huán)保耐久高辨識(shí)標(biāo)線的耐磨性提高了27.6%，預(yù)混玻璃珠含量提高了47.6%，初始逆反射系數(shù)達(dá)到了Ⅳ級(jí)，比MMA雙組分標(biāo)線提高了33.7%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范中的要求。