1 概 述
随着经济活动的日趋频繁,交通阻塞日益严重,道路交通事故逐年增加,成为亟待解决的社会问题,道路交通标线是以规定的线条、箭头、文字、立面标记、突起路标或其他导向装置,划于路面或其他设施上,用以管制和引导交通的设施。它将道路的种种固定基础情报传达给车辆和行人,特别是对驾驶员尤为重要。交通标线主要划设于道路表面,经受日晒雨淋,风雪冰冻,遭受车辆的冲击磨耗,因此对其性能有严格的要求。首先要求干燥时间短,操作简单,以减少交通干扰;其次要求反射能力强,色彩鲜明,反光度强,使白天、夜晚都有良好的能见度;第三,具有抗滑性和耐磨性,以保证行车安全和使用寿命。
我国一般道路上大部分无标线,而在有标线的道路上使用的涂料90 %是常温干溶剂型涂料,其使用寿命短(约半年左右) ,视觉确认感差。发达国家采用的涂料90 %为热塑性标线涂料。90 年代以来,我国首次在高速公路中使用了热塑性反光道路标线涂料涂覆道路标线,获得了十分好的效果。经过数年的研究探索,热塑性反光标线涂料已广泛应用在交通工程中。该涂料具有热可塑性,必须加热熔融使用,加入玻璃珠实现反光,称之为热塑性反光标线涂料、热熔型反光标线涂料或熔融型反光标线涂料等。
2 性能特点和适用范围
2. 1 性 能
2. 1. 1 速干性
标线涂覆热塑性涂料并撒布玻璃珠后,无论气温如何均应具有在短时间内(小于5 min) 速干性。一般热塑性涂料具有优良的速干性能,在寒冷季节干得快,在温暖季节干得慢。涂膜固化过快会因收缩而发生扭斜,表面流平性差,玻璃珠的固定质量也较差。涂膜固化慢时,不仅使撒布的玻璃珠下沉于涂料内而降低反光能力, 而且还会延缓开放交通时间, 降低通行能力。为此,通常是降低涂料在熔融状态时的温度,以缩短固化时间。
2. 1. 2 附着性及附着机理
标线涂膜与路面之间必须具有很强的附着力,不易剥落。与路面附着良好,涂膜不会因车辆碾压、侧滑与制动很快剥落;也不会因季节气温的变化,路面热胀冷缩而开裂、挠曲、剥离。将热塑性涂料加热到180～220 ℃(根据涂料中采用的树脂类型和配方选择合适温度) ,使涂料中的热塑性树脂熔融,涂料成熔融的流动状态,用划线机涂覆于路面,同时撒布玻璃珠,在常温下固化。涂料与沥青路面中的高分子材料有机结合。当涂覆于水泥混凝土路面时,涂料与路面是机械地啮合,所以附着力相对较弱,需要预先涂布过渡底漆,增强路面与涂料之间的结合力。
2. 1. 3 可视认性
无论白天夜晚涂料都应鲜明、均匀、清晰,有足够的视认距离。白天的视认性取决于涂料中颜料的优劣,这一点相对容易解决; 夜晚的可视认性,即反光性,首先主要取决于玻璃珠的撒布质量,玻璃珠撒布应均匀、适量,过多过少反光度都不好。其次,涂料涂覆时温度控制十分关键,温度过高,玻璃珠下沉,夜间反光不均匀,反光效果差;温度过低,玻璃珠附着不牢固,只能保证施工后的即时反光效果,而长久反光效果差。玻璃珠的粒径、成圆率、自身品质也是影响可视认性的重要因素。
2. 1. 4 耐久性
(1) 耐磨耗性。汽车的前进完全是靠车轮与路面产生的摩擦力,这种摩擦对标线的耐磨性有很高要求。我国路面情况较复杂,有硬损的路面,金属车轮的行走及道路表面的砂粒、渣土,都对路面标线的耐磨耗性有较高要求。对于耐磨耗性,我国的标准中要求在200 转/ 1kg减重≤50 mg ,而日本标准J IS 要求:100 转/ 1 kg 减重≤200 mg。当然,对于耐磨耗性的要求适度就行,只要在规定的时间期限内能保证其可视认性就行。
(2) 耐候性。热塑性涂料需具有优良的耐候性。
结合我国地域广阔、东潮西燥南热北寒的气候多样性和路面特点,可以调节涂料的各原料配比,既可适用于高、低纬度各地区,又可在不同季节施工使用。耐久性应与对标线使用时间的期望值相对应,如道路标线定为2 年涂覆一次,最佳的标线涂料就应该是在到2 年时间左右时,大部分剥落,或经过简单的清除,达到路面基本无痕迹,以避免旧线影响新划标线对车流的引导,或消耗大量工时进行清除。
热塑性反光道路标线涂料与常温干型标线涂料的对比如表1 所示。
2. 2 适用性
根据多年来的施工与应用总结出热塑性涂料适用范围如下:适用于车轮碾压多的中心线、车道分界线、边缘线及导流线;人行横道、交叉路口、停车场;夜晚无照明的公路;沥青路面效果最佳;不适宜用于石子路面、砖砌路面、临时路面及在半年以内拟进行罩面的路面。根据不同道路路面和交通流量的情况,涂料选择可参照表2。
注:C —常温干型;H —加热干型;M—热熔型
3 热塑性反光道路标线涂料的组成
热塑性反光道路标线涂料原料组成比例如下:
体质颜料及填料 47 %～66 %
合成树脂 15 %～20 %
玻璃珠 15 %～23 %
着色颜料 2 %～10 %
增塑剂及其他添加剂 2 %～5 %
3. 1 合成树脂
3. 1. 1 作 用
热塑性涂料中最主要的成分是热塑性树脂,其特点是具有速干性,这正是道路标线涂料所需要的。合成树脂可将着色颜料、体质颜料、反光材料等结合在一起,与路面附着,热熔粘合,熔融时使涂料具有适宜粘度,冷下来即自干成膜。
3. 1. 2 对热塑性树脂的要求
软化点:85～120 ℃;色相:颜色较浅;耐热性:在180～230 ℃无显著热劣化;耐候性:在野外露天放置无显著变黄、变脆现象。
3. 1. 3 合成树脂选用的种类
松香及其衍生物改性树脂(顺酐化松香酯等) ;石油树脂(脂肪族系、芳香族系等) ;聚酰胺树脂;聚酯树脂。
3. 1. 4 注意事项
我国地域广阔,根据不同地域选用相适应的树脂十分重要。实际生产操作中不只使用一种树脂,可以混用两种或两种以上的树脂,用来调节涂料的各种性能。在使用两种以上树脂时应采用能相容的树脂。
3. 2 增塑剂
3. 2. 1 作用
涂料中加入增塑剂使涂膜柔软,提高耐寒性,提高与路面的附着力,使熔融状态的涂料粘度适宜。
3. 2. 2 对增塑剂的要求
常温时是液体(也有一部分是固体) ,高温时挥发较少,稳定性要好;应无毒,味小,色浅;具有较好的耐热性、耐寒性;与热塑性树脂相容性好。
3. 2. 3 可选用的种类
邻苯二甲酸酯类;植物油(天然油) 、矿物油;植物油改性醇酸树脂(无溶剂型) ;环氧化油;液状合成橡胶。
3. 2. 4 注意事项
增塑剂过热(例如长期在230 ℃左右) 会引起劣化,应避免;增塑剂的质量不好,纯度不高,会导致涂料性能变差、结块,施工加热时产生呛人的烟雾。
3. 3 着色颜料
3. 3. 1 作用
标线涂料的颜色主要有白色和黄色两种,起着色遮盖作用。白色颜料是支配涂膜45°扩散反射率(白色度) 的重要成分。
3. 3. 2 对颜料的要求
耐高温;遮盖力强;色泽鲜明。
3. 3. 3 可选择的种类
白色颜料:二氧化钛、氧化锌、锌钡白等;黄色颜料:耐热铬黄、有机系黄色颜料、氧化铁、钛黄、镉钡黄等。
3. 3. 4 注意事项
目前各厂家主要采用的白色颜料是钛白粉。金红石型钛白粉抗老化、抗紫外线能力强,锐钛型钛白粉则差很多。所以热塑性道路标线涂料中必须使用金红石型钛白粉。黄色颜料的品种和用量不同会导致标线涂料颜色有所不同。日本工业标准中,黄色标线要使用指定的专门用作道路标线的黄色颜料。实际用作道路标线的黄色与样本的容许差,根据J IS Z8730 —1980 着色标示方法的规定,以色差E < 5 为好。当然在生产中还要根据各地用户的要求调节色调。
3. 4 体质颜料
3. 4. 1 作用
体质颜料作为涂料的填料加入其中,对涂膜的机械强度、耐磨性及色相均有影响,其粒径的大小决定涂料的流动性、沉降性,同时对表面加工也有影响。
3. 4. 2 选择要求
粒径不能过大或过细;化学性质稳定,不会改变涂料中其他材料的性质;耐热性好。
3. 4. 3 选用的种类
碳酸钙;滑石粉;硅石粉。
3. 5 反光材料
3. 5. 1 作用
热塑性反光道路标线涂料中的反光材料是玻璃珠。涂料中加入玻璃珠的主要目的在于提高夜间标线的识别性,提高标线的亮度,还可增强耐久性。
3. 5. 2 对玻璃珠的要求
无色透明球型,对光线具有折射、聚焦和定向反射的功能;成圆率不能太低;杂质要少。
3. 5. 3 玻璃珠的回归反射原理
涂料中预混或在涂膜表面撒布玻璃珠后,就会在玻璃球体底面形成反射层,射入玻璃珠的光线在其内折射,将光线反射到光源方向,玻璃珠的这种反射称为光的回归反射。汽车前照灯照射路面标线时,由于该光线回归反射到司机眼睛而提高了路面标线的视认性。标线中玻璃珠的反光原理见图1。
从图1 中可以看出,射到玻璃珠表面的光线,一部分由玻璃珠表面反射,大部分折射进入玻璃珠内到达底部,部分光线在底部通过界面反射掉,而大部分光线向光源方向返回,形成回归反射。
3. 5. 4 注意事项
制作玻璃珠的原料应是白色玻璃,而不应采用有色玻璃;玻璃珠易吸湿结块,要注意防潮;玻璃珠的含量有一定的比例(表3) 。
3. 5. 5 玻璃珠的质量要求
我国交通部行业标准JT/ T 280 —1995 与日本J ISR 3301 标准所规定的基本相同(表4) 。
4 热塑性反光道路标线的质量标准
4. 1 我国热塑性道路涂料的标准
我国热塑性道路涂料的技术指标见表5。
4. 2 标线的检查与评价
对标线的检查与评价应包括外观、剥落程度、可见性裂纹及磨损量等的评价,有关标线耐久性的评价,目前很不完善,应进一步研究,下面介绍一种综合评价(WR) 方法。
计算式:WR = 0. 3A + 0. 3D + 0. 4N
式中:A —外观评价(表6) ;
D —耐久性评价(表7) ;
N —夜间视认评价(表8) 。
我国对耐久性,其中包括耐磨耗性要求很高。道路标线的涂覆不是一劳永逸,在应该重新涂覆标线时,又要进行繁重的除线工作,造成浪费。对于标线涂膜的裂纹问题影响因素多,也是一个很难解决的问题。因涂料与沥青路面附着力很强,即使涂膜上产生裂纹,也不影响其规定的使用寿命,可视认性也可以保证,所以产生裂纹并不说明标线已经毁坏,该重划了。例如:京石高速公路北京段的标线1996 年11 月观察就有很多裂纹(不是新产生的裂纹) ,直到1998 年夏季重划时依然很难剥落,驾驶员反映视认性良好。在实际生产使用中,业主单位、监理单位等检查者通常十分看重标线的白度,认为越白越好,标线的白度能满足其功能就行。白天的可视认性是足可以满足的,标线白度达到一定值后再增加白度,对夜晚的可视认已经没有多大关系。
5 热塑性反光道路标线涂料的施工
手推式施工是常用的涂覆方法,国内热塑性标线99 %是用手推式施工的。施工时,涂料通过与路面接触的金属斗槽流向路面,金属槽口的间隙控制标线的厚度,随着斗槽车的前进,涂料经挤压流于路面上形成涂膜。
5. 1 熔融涂料
涂料的熔融对标线涂覆质量关系极大,因此须注意以下几点:
第一,温度粘度特性
常温下为固体或粉末状的熔融涂料,加热后使其成为流动状态,温度特性曲线因涂料的组成及配比变化而不同。涂料的熔融粘度应与涂覆机的施工特性相匹配,涂料有合适的粘度才能顺利流至路面。因此,使用适当温度将涂料加热至熔融状态,并在最佳粘度时涂覆是至关重要的。在此要严格控制施工温度。
第二,热劣化
涂料中的基料是热塑性的合成树脂,故当加热到200 ℃左右时其材质有劣化的趋势。材质劣化的主要原因是热分解、氧化及蒸发。当加热黄色涂料时,因黄色颜料的耐温性较差而可能变色。因此,熔融涂料要避免长时间的高温加热,最好使用适当温度、短时间的加热方法。停止施工时,要降温,进行涂覆时再升高温度。
第三,对热熔釜的要求
为保证涂料现场熔融马上涂覆,装在车上的热融釜必须具备以下条件: 热效率高,搅拌均匀; 使用安全,噪音小、操作和维修简便、经久耐用;自重轻,占地小。热熔釜的加热通常采用液化石油气、圆筒型搅拌槽。一般搅拌槽有2 个(1 个槽约装150～400 kg 涂料) ,也可供不同颜色的涂料熔融。
5. 2 划线机具
手推式划线机示于图2。划线部分是由涂料斗槽(向行进的反方向开槽) 与活门机构组合而成。涂料涂覆方式有拉涂式和推涂式两种,主要用人力操作。拉涂式斗槽划线车适于涂覆横向标线和斑马线,推涂式适用于涂覆道路纵向标线。一般情况下,根据标线的种类、道路条件、交通条件和作业量,选用不同规格的金属斗槽。将热融釜中熔融的涂料装入划线机贮罐内,划线机在涂覆过程中能保持合适的温度,且备有玻璃珠撒布器。划线后立即把玻璃珠均匀地撒布其上并固定于涂膜表面。玻璃珠的撒布量以0. 3～0. 5 kg/ m2 为标准。玻璃珠撒布是否均匀以及固着率的好坏,取决于划线机的性能和涂料的温度等因素。
5. 3 涂膜厚度
使用热熔型涂料在手推式划线机上进行路面标线施工,其涂膜厚度为1～2. 8 mm ,这个厚度范围可以通过槽口的大小来调节。一般标线的涂膜厚度为1. 5 mm 左右,以设计图为准。使用手式划线机控制路面标线的厚度,由于斗槽式开口是固定的,所以,在路面凸凹不平的情况下不可能得到厚度均一的涂膜。涂覆在凹凸不平的路面上的涂膜是平坦的,路面凹处的涂膜厚,凸处则薄。因此,路面比较粗糙或凸凹不平时,路面标线的涂膜厚度不均,相对涂料用量比路面平整时要多。人行横道线和停车线容易磨损,标线涂膜厚度可提高到2 mm。积雪地区的路面,由于汽车轮胎防滑链、带钉轮胎及扫雪作业的伤害,使路面出现凸凹不平现象,因此,与防滑路面一样在标线涂膜厚度设计上要适当增加涂料用量。特别是在积雪地区,最近已出现涂膜厚度达2. 5 mm 以上的路面标线。但涂膜过厚会影响其附着力,也会造成过多的裂纹。试用不同厚度的标线,其目的在于探求路面标线经冬季后是否能较好保持。
涂膜厚度可用下列方法计算:
设w 为熔融涂料的用量,d 为密度, s 为涂覆面积,涂膜理论厚度为t ,则:
5. 4 涂 覆
路面标线的各种图案线条要符合规定的尺寸,其宽度及涂膜厚度要匀称,直线、曲线要与线形协调,标线清晰流畅。现用道路的标线,必须在不妨碍交通的情况下迅速施工。对于新建道路,其路面标线一般是道路工程的最后工序。路面标线的施工进度以不影响开放交通为原则。