寒區(qū)水泥混凝土路面熱熔型標(biāo)線耐久性不足的原因分析

楊洪生

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

近年來我省公路建設(shè)快速發(fā)展，各等級公路建設(shè)里程迅速增加，其中二級及二級以下的路面主要采用水泥混凝土路面形式。通過實(shí)際竣工驗(yàn)收及養(yǎng)護(hù)管理發(fā)現(xiàn)，我省的水泥混凝土路面上熱熔標(biāo)線一般在一至三年內(nèi)大量脫落，普遍沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，基本上二年內(nèi)按標(biāo)準(zhǔn)必須重新進(jìn)行施劃，給本就緊張的養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)造成壓力。在寒區(qū)水泥混凝土路面熱熔標(biāo)線耐久性不足是一個(gè)普遍現(xiàn)象。所以，有必要分析標(biāo)線涂料施劃過程中存在的問題，以解決這一難題。

關(guān)于標(biāo)線的耐久性，在德國“道路標(biāo)線補(bǔ)充技術(shù)規(guī)程和規(guī)范(ZTV－M84)”中規(guī)定:“標(biāo)線必須與底面有較好的粘結(jié)性、耐老化性和耐鹽性及對預(yù)計(jì)的交通負(fù)荷有足夠的耐磨性”。

熱熔型道路標(biāo)線涂料是以天然樹脂或石油樹脂合成材料為成膜物質(zhì)，輔以填料、助劑、反光材料以及顏料組成。固體成分高達(dá)100%，其常溫下為粉塊狀物質(zhì)，加熱熔化為流動(dòng)狀態(tài)的液體，涂覆后冷卻為粘接在路面上的固體膜層。它具有干燥時(shí)間短，對路面附著力好，耐候性、耐久性好、對環(huán)境無污染等特點(diǎn)。

下面幾個(gè)因素對熱熔型標(biāo)線與底面的粘結(jié)性有決定性的影響(這里，底面指的是混凝土):

(1)界面結(jié)合劑(底涂劑)的類型及特性;

(2)標(biāo)線涂料的成膜物質(zhì)及特性;

(3)混凝土表面的預(yù)處理;

(4)施工工藝;

(5)其他:混凝土表面的潮濕程度;混凝土面層是否有養(yǎng)護(hù)劑;超重碾壓等。

上述幾種對水泥混凝土路面標(biāo)線與底面粘結(jié)有重要影響的因素是按影響力進(jìn)行排序的，其中最重要的影響因素就是界面結(jié)合劑。

1 無界面結(jié)合劑時(shí)涂層與底面粘結(jié)力顯著降低

熱熔標(biāo)線涂料的成膜物質(zhì)主要是C5 石油樹脂，它是脂族類(C5 alphatic)的一種，平均分子量1000 ～2500，屬大分子，在70 ～140 ℃熔融后呈流動(dòng)性液態(tài)。而水泥混凝土路面是一種堿性無機(jī)鹽與骨料共同形成的密實(shí)性非均勻混合物，其表面砂漿層水化物微孔直徑一般在50 nm ～10 μm 之間(不含氣泡類微孔)。由于熱熔標(biāo)線涂料中包含最細(xì)為400目(44 μm)的重質(zhì)硫酸鈣作為填料，這些填料包裹在樹脂周圍，很難滲入表層砂漿中的微孔，導(dǎo)致涂料與底面的粘結(jié)性不足。進(jìn)而導(dǎo)致標(biāo)線層的脫落。所以在沒有界面結(jié)合劑的情況下，標(biāo)線涂料融化后直接涂覆于混凝土表面，顯著降低了二者之間的粘結(jié)力。在工程上，主要表現(xiàn)在界面結(jié)合劑技術(shù)指標(biāo)不合格或涂刷量不足。

2 標(biāo)線涂料本身技術(shù)指標(biāo)不適合于水泥混凝土路面

材料在溫度上升1℃時(shí)的單位長度或單位體積的變化，分別稱之為線脹系數(shù)或體脹系數(shù)，統(tǒng)稱熱脹系數(shù);相對應(yīng)的，在溫度下降時(shí)，稱之為溫縮系數(shù)。水泥混凝土路面溫縮系數(shù):5 ～45 ×10－6。瀝青混凝土路面溫縮系數(shù):20 ～40 ×10－6。

標(biāo)線的脫落，也與標(biāo)線與基底的溫縮系數(shù)差異太大有關(guān)。由于相對于路面來說，標(biāo)線寬度較窄(10 ～20 cm)，厚度較薄(熱熔型1.2 ～2.2 mm)，在長度方向可以看作是一條線，另外標(biāo)線涂料主要成份為高分子化合物，對溫度非常敏感，熱脹系數(shù)及溫縮系數(shù)較大，也即在長度方向上的變形較大，這一點(diǎn)體現(xiàn)在瀝青路面標(biāo)線上經(jīng)常出現(xiàn)的間斷性裂縫(間距一般少于10 cm)。相比標(biāo)線來說，水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面的溫縮系數(shù)較小(比標(biāo)線低一個(gè)數(shù)量級)，在溫度變化時(shí)，在長度方向上產(chǎn)生的變形比標(biāo)線小得多，造成標(biāo)線涂料不能與基底產(chǎn)生協(xié)調(diào)變形，或無法抵抗二者結(jié)合面產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，即會出現(xiàn)二層剝離，表現(xiàn)為標(biāo)線脫落。

從理論上來說，如果不從根本上改變標(biāo)線涂料類型(如雙組份水性等)，采用碳族樹脂或松香類樹脂為主的熱熔型標(biāo)線涂料無法達(dá)到與水泥混凝土路面基底相近的溫縮系數(shù)。

由于寒區(qū)日氣溫變化較大，標(biāo)線隨氣溫變化產(chǎn)生的累積變形或疲勞變形也較大，所以對標(biāo)線材料的柔韌性要求非常高。普通標(biāo)線涂料重視強(qiáng)度及抗磨性，柔韌性不足，無法與基底同步變形，這也是標(biāo)線脫落的一個(gè)原因。

3 混凝土表面沒有處理到位

瀝青混凝土是的膠結(jié)料－瀝青與標(biāo)線涂料中常用的樹脂均為有機(jī)物，常用的C5 石油樹脂也是石油產(chǎn)品的一種，所以與瀝青的相容性較好，新建路面即使沒有使用界面結(jié)合劑也能牢固粘結(jié)。但水泥混凝土路面表層主要是由砂漿及水泥漿(石)形成的無機(jī)固化物，特別是新建路面表層還存在堿性活性水化物，這層水化物以浮漿的形式存在，而且隨著養(yǎng)護(hù)期的延長不斷形成，一般在養(yǎng)護(hù)21d 后不再發(fā)展，這層浮漿嚴(yán)重影響標(biāo)線的粘結(jié)，所以在施劃前一定要仔細(xì)進(jìn)行表層處理。

一般標(biāo)線作業(yè)區(qū)的處理采用人工鋼刷或機(jī)械滾刷二種形式，機(jī)械式效率高。清掃的效果以風(fēng)力滅火器吹凈后表層無浮漿為準(zhǔn)，一般使用清掃機(jī)后可將水泥混凝土路面表層清除0.1 ～0.3 mm。

如果沒有將混凝土表面處理好，表面存在的浮灰(漿)一方面影響界面結(jié)合劑的下滲，另一方面與界面結(jié)合劑混合為泥漿，在標(biāo)線層與基底間形成薄弱層，嚴(yán)重影響標(biāo)線涂料的粘結(jié)力。

4 其他方面

影響熱熔型標(biāo)線與底面的粘結(jié)性的因素還包括:施劃前路面是否使用過養(yǎng)護(hù)劑、基底的潮濕程度、完工后車輛的碾壓等。

基底如果存在游離水份，會防礙界面結(jié)合劑的下滲及揮發(fā)，延緩界面結(jié)合劑的成膜，如未完全干燥前進(jìn)行標(biāo)線施劃，還會導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生，在涂料成膜前即與基底未粘結(jié)成一體。

在我省，養(yǎng)護(hù)劑的使用并不多，但如果使用后，對標(biāo)線的施劃影響非常大。養(yǎng)護(hù)劑與界面結(jié)合劑的效果類似，都是在混凝土表面形成一層薄膜。一般養(yǎng)護(hù)劑最大下滲厚度為0.5 mm，這為標(biāo)線作業(yè)區(qū)的表面處理帶來難度。由于養(yǎng)護(hù)劑與界面結(jié)合劑的成膜物質(zhì)不同，二者不能良好結(jié)合，所以，標(biāo)線施劃前一定要將帶有養(yǎng)護(hù)劑的作業(yè)區(qū)清掃干凈，露出堅(jiān)實(shí)的基底。

標(biāo)線施劃后也承載車輛碾壓的功能。由于普通標(biāo)線注重強(qiáng)度及抗磨性，在強(qiáng)度方面均有較好的表現(xiàn)，但作為一個(gè)薄層材料，在堅(jiān)硬的基底上面承受大噸位車輛碾壓時(shí)，會在標(biāo)線底層形成受力集中區(qū)，直接將標(biāo)線層壓裂，這也是水泥路面標(biāo)線常見網(wǎng)裂的原因。由于裂縫的存在，雨(雪)水會沿裂縫滲入結(jié)合面，在凍融循環(huán)的破壞下導(dǎo)致涂層的脫落。

［1］唐永義，張仁瑜. 水泥混凝土路面標(biāo)線［J］. 中外公路，1991，(4):52 －56.

［2］趙嬌嬌，王久芬，張軍科，等. 道路標(biāo)線涂料的研究進(jìn)展［J］.上海涂料，2006，(9):12 －15.

［3］鄭家軍，薛曉東. 雙組分道路標(biāo)線材料及其應(yīng)用［J］. 山西交通科技，2005，(4):68 －69，78.

［4］鄭家軍，杜玲玲. 新型特殊功能道路標(biāo)線涂料的發(fā)展應(yīng)用［J］.中國涂料，2003，(3):45 －47.

［5］劉俊權(quán)，杜海，張帥. 增塑劑對標(biāo)線涂料軟化點(diǎn)和抗壓性能的影響［J］. 山西建筑，2010，(10):160 －162.

［6］葛喨，孫凌，張憲康. 新一代噴涂聚脲路面標(biāo)線涂料［J］. 涂料工業(yè)，2006，(3):36 －38.

［7］商亞鵬. 半剛性基層瀝青路面溫縮性能試驗(yàn)及溫度應(yīng)力分析［D］. 長安大學(xué)，2008.

［8］馬忠仁. 熱熔型道路標(biāo)線涂料的原材料選擇及質(zhì)量控制要點(diǎn)［J］. 遼寧交通科技，2012，(12):57 －58.