耐久型熱熔反光標線開發(fā)及工程應(yīng)用研究

鄧慶忠，金躍飛，魏愷波，沈彪

（浙江交通資源投資集團有限公司瀝青科技分公司，浙江杭州 310020）

隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，道路交通量日益增加，道路出行不僅要求舒適、美觀、經(jīng)濟，同時對道路交通安全也提出了更高的要求[1-2]。道路交通標線因具有逆反射功能而發(fā)光，能夠引導(dǎo)車輛通行，確保行車安全，是保障道路交通安全必不可少的技術(shù)設(shè)施之一，因而被應(yīng)用于各等級路面[3-5]。

根據(jù)道路標線自身特點的不同，可以分為4 大類，即熱熔型標線、雙組份標線、水性標線、溶劑型標線[6-8]。熱熔反光標線因具有制備工藝簡單、施工容易、可快速開放交通等特點而在中國得到廣泛應(yīng)用；但熱熔反光標線在使用過程中仍存在耐久性差、粘結(jié)性低、重載交通作用下標線逆反射亮度系數(shù)衰減明顯等問題[9-11]。如何提升熱熔反光標線的耐久性已成為行業(yè)領(lǐng)域的熱點和難點。通過研究石油樹脂、鈦白粉、碳酸鈣、石英砂等對標線涂料的影響，確定熱熔反光標線耐久性提升的方案，通過工程應(yīng)用研究驗證實際路用效果。

1 原材料

1.1 石油樹脂

石油樹脂是熱熔反光標線的重要組成部分，主要起到了粘合劑的作用，能將玻璃珠、填料等其他材料黏合成一個整體，是提升熱熔路面標線涂料耐久性的關(guān)鍵材料。采用的石油樹脂為市售產(chǎn)品，性能指標如表1 所示。

表1 石油樹脂性能指標

1.2 鈦白粉

鈦白粉是熱熔反光標線中的顏料，使標線呈現(xiàn)為白色，為光線的逆反射創(chuàng)造條件；本文中采用的鈦白粉為市售產(chǎn)品，性能指標如表2 所示。

表2 鈦白粉性能指標

1.3 填料

熱熔反光標線中采用的填料主要是碳酸鈣、石英砂等，對標線的色度性能、機械強度、耐磨性和強度均有影響，且填料粒徑會影響標線的流動性及沉降；本文中采用的碳酸鈣、石英砂為市售產(chǎn)品，性能指標如表3、表4 所示。

表3 碳酸鈣性能指標

表4 石英砂性能指標

2 技術(shù)指標及試驗方法

根據(jù)JT/T 280—2022《路面標線涂料》的技術(shù)要求，采用密度、亮度因數(shù)、軟化點、耐磨性、抗壓強度、流動度、加熱穩(wěn)定性等指標表征標線涂料的性能；為了有針對性地研究標線中材料對耐久性的影響，本文主要采用密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度等評價指標表征標線的路用性能。

2.1 密度

通過涂料試樣的制備，將它熔融后，注入尺寸為20 mm×20 mm×20 mm 的模腔中，冷卻至室溫，用稍加熱的刮刀削掉端頭表面突出的部分，用100 號砂紙將各面磨平，放置24 h 后用游標卡尺測量（精確至0.1 mm），作為試塊備用；標線涂料的密度D技術(shù)要求為1.8≤D≤2.3 g/cm3。

2.2 亮度因數(shù)

將融入試樣注入尺寸為60 mm×60 mm×5 mm 的模腔中，使它流平，冷卻至室溫，取出作為試片，涂面向上放置24 h，然后在涂面上任取3 點，用D65 光源45/0 色度計測定其色品坐標和亮度因數(shù)；標線涂料的亮度因數(shù)不小于0.8。

2.3 耐磨性

在直徑100 mm 的圓玻璃上制作試樣，中間并保留約直徑6 mm 的圓孔，將樣本置于漆膜耐磨儀下進行磨耗。測量前后質(zhì)量差，標線涂料的耐磨性不大于60 mg。

2.4 抗壓強度

將熱熔反光標線涂料熔融到200 ℃，注入模型（尺寸為20 mm×20 mm×20 mm）中，冷卻至室溫，制成立方體試塊，在標準條件下放置24 h，用萬能材料試驗機測試其23 ℃的抗壓強度；標線涂料23 ℃的抗壓強度不小于12 MPa。

3 結(jié)果與討論

3.1 石油樹脂對熱熔反光標線性能的影響

為了研究石油樹脂對熱熔反光標線性能的影響，在其他因素不變的條件下，通過設(shè)定石油樹脂質(zhì)量分數(shù)為13%、15%、17%、19%、21%，研究熱熔反光標線密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度的變化規(guī)律，試驗結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同C5 石油樹脂質(zhì)量分數(shù)下密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度曲線

由圖1（a）可知，熱熔反光標線涂料的密度隨石油樹脂質(zhì)量分數(shù)的升高而降低，為了使熱熔反光標線的密度在1.8～2.3 g/cm3之間，應(yīng)控制石油樹脂的質(zhì)量分數(shù)，通過延長趨勢線可知，石油樹脂的質(zhì)量分數(shù)宜在9%～22%之間；由圖1（b）—圖1（d）可知，在試驗考察范圍內(nèi)，石油樹脂質(zhì)量分數(shù)變化對熱熔反光標線涂料的亮度因數(shù)、耐磨性及抗壓強度無顯著影響，且均滿足JT/T 280—2022《路面標線涂料》中的技術(shù)要求。

在JT/T 280—2022《路面標線涂料》的技術(shù)要求中，總有機物質(zhì)量分數(shù)應(yīng)不小于19%，熱熔反光標線中其他有機物的質(zhì)量分數(shù)在3%～4%，因而石油樹脂的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)不小于15%。綜上所述，石油樹脂的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)在15%～22%。

3.2 鈦白粉對熱熔反光標線性能的影響

為了研究鈦白粉對熱熔反光標線性能的影響，在其他因素不變的條件下，通過設(shè)定鈦白粉質(zhì)量分數(shù)為4%、6%、8%、10%、12%，研究熱熔反光標線密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度的變化規(guī)律，試驗結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同鈦白粉質(zhì)量分數(shù)下密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度曲線

由圖2（a）、圖2（c）、圖2（d）可知，隨著鈦白粉質(zhì)量分數(shù)的增加，熱熔反觀標線的密度、耐磨性、抗壓強度等無明顯的變化規(guī)律，在試驗考察范圍內(nèi)均滿足JT/T 280—2022《路面標線涂料》的技術(shù)要求。

由圖2（b）可知，在試驗考察范圍內(nèi)，隨著鈦白粉質(zhì)量分數(shù)的增加，熱熔反光標線涂料的亮度因數(shù)會逐漸增加，說明鈦白粉有利于增強熱熔反光標線的白度。

3.3 碳酸鈣對熱熔反光標線性能的影響

為了研究碳酸鈣對熱熔反光標線性能的影響，在其他因素不變的條件下，通過設(shè)定碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)為28%、30%、32%、34%、36%，研究熱熔反光標線密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度的變化規(guī)律，試驗結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)下密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度曲線

由圖3（a）、圖3（b）、圖3（d）可知，在試驗考察范圍內(nèi)，隨著碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)的變化，熱熔反光標線涂料的密度、亮度因數(shù)、抗壓強度無明顯變化，且均滿足JT/T 280—2022《路面標線涂料》的技術(shù)要求。

由圖3（c）可知，隨著碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)的增加，磨耗質(zhì)量呈先上升后下降趨勢，主要原因在于碳酸鈣本身具有較好的耐磨性，若未在標線涂料體系內(nèi)形成骨架結(jié)構(gòu)，有可能增大標線涂料的損耗。因此隨著碳酸鈣的增加，熱熔標線涂料的損耗質(zhì)量先上升后下降。

3.4 石英砂對熱熔反光標線性能的影響

為了研究石英砂對熱熔反光標線性能的影響，在其他因素不變的條件下，通過設(shè)定石英砂質(zhì)量分數(shù)為12%、14%、16%、18%、20%，研究熱熔反光標線密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度的變化規(guī)律，試驗結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同石英砂質(zhì)量分數(shù)下密度、亮度因數(shù)、耐磨性、抗壓強度曲線

由圖4（a）、圖4（c）、圖4（d）可知，在試驗考察范圍內(nèi)，熱熔反光標線涂料的密度、耐磨性、抗壓強度無明顯變化，且均滿足JT/T 280—2022《路面標線涂料》的技術(shù)要求。

由圖4（b）可知，隨著石英砂質(zhì)量分數(shù)的增加，亮度因數(shù)呈小幅下降趨勢，主要原因在于石英砂的白度低，質(zhì)量分數(shù)越高，對熱熔反光標線的亮度因數(shù)有負面影響。

3.5 耐久性熱熔反光標線開發(fā)

根據(jù)JT/T 280—2022《路面標線涂料》的技術(shù)要求，在平衡各性能指標的前提下，開發(fā)的耐久型熱熔反光標線的原材料的比例為：石油樹脂占比17%、鈦白粉占比8%、碳酸鈣占比28%、石英砂占比14%、內(nèi)混玻璃珠占比30%、其他有機物占比3%，該耐久型熱熔反光標線的性能指標如表5 所示。

表5 耐久型熱熔反光標線性能指標

由表5 可知，耐久型熱熔反光標線的各項性能指標均滿足JT/T 280—2022《路面標線涂料》中的技術(shù)要求。

3.6 熱熔反光標線工程應(yīng)用研究

為了驗證耐久型熱熔反光標線的實際工程應(yīng)用效果，在浙江省內(nèi)某高速上鋪筑了試驗段，并跟蹤觀測了1 個月、4 個月、6 個月和12 個月后標線的逆反光亮度系數(shù)的變化規(guī)律，如圖5 所示。

圖5 熱熔反光標線逆反光亮度系數(shù)衰變規(guī)律

由圖5 可知，耐久型熱熔反光標線的逆反光亮度系數(shù)隨著時間的增加會逐漸降低；與市售熱熔反光標線的對比可知，在同等條件下，耐久型熱熔反光標線鋪筑12個月后的逆反光亮度系數(shù)比市售的熱熔反光標線鋪筑6 個月的逆反光亮度系數(shù)大，說明通過原材料的優(yōu)化，能顯著提升熱熔反光標線的耐久性。

4 結(jié)論

通過熱熔反光標線性能變化規(guī)律可知：隨著石油樹脂質(zhì)量分數(shù)的增加，熱熔反光標線的密度會逐漸降低；隨著鈦白粉質(zhì)量分數(shù)的增加，熱熔反光標線涂料的亮度因數(shù)會逐漸增加，說明鈦白粉有利于改善涂料的白度；在試驗考察范圍內(nèi)，隨著石英砂質(zhì)量分數(shù)的增加，亮度因數(shù)會逐漸降低，說明石英砂對熱熔反光標線的白度有負面作用；通過工程應(yīng)用研究可知，通過優(yōu)化原材料組成，能有效改善熱熔反光標線的耐久性。