雙層涂層道路標(biāo)線的耐沾污性研究

王灝 林偉權(quán) 黃玉玲 凌國政

摘要：文章分析了道路交通標(biāo)線耐沾污性能的影響因素，研究了一種耐熱穩(wěn)定性好、涂層致密性高的雙層涂層抗污標(biāo)線，并采用SPSS軟件對標(biāo)線使用期間的耐沾污性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明，雙層涂層抗污標(biāo)線的抗污性能明顯優(yōu)于熱熔標(biāo)線和雙組份標(biāo)線，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：道路交通標(biāo)線;耐沾污性;SPSS軟件;試驗(yàn)

中圖分類號：U491.523 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.047

文章編號：1673-4874（2019）07-0158-06

0引言

施劃在路面的車道分界線、人行橫道線、停止線、文字和箭頭等交通標(biāo)線是道路交通管理最基本的交通安全設(shè)施之一，它的作用是為機(jī)動車駕駛者和行人提供指示、警告和禁止信息，從而達(dá)到管制和引導(dǎo)交通并提高交通安全性的目的。鮮艷、醒目的標(biāo)線可顯著降低交通事故，提高車輛通行效率，為此交通標(biāo)線應(yīng)具有鮮明的日間可視性和良好的夜間反光性能。

南寧市城市道路最近20年使用的標(biāo)線涂料主要是熱熔型標(biāo)線涂料，近年來亦在部分道路使用過雙組份標(biāo)線涂料。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)南寧市城市道路目前施劃的交通標(biāo)線存在抗污染性差、白度低、日間可視性差的問題，標(biāo)線的標(biāo)示和引導(dǎo)功能大大降低。在交通違章和交通事故判定中，標(biāo)線不清晰和看不到路面標(biāo)線的投訴日益增加，這不僅造成道路交通混亂、車輛通行效率降低和交通擁堵，同時(shí)也為道路交通事故攀升埋下隱患。

南寧市作為中國一東盟博覽會的永久舉辦地，其展示的不僅是南寧的形象，也是中國的形象。因此，為塑造城市形象，應(yīng)提高交通安全水平和城市交通管理水平。南寧市公安局交通警察支隊(duì)和南寧華之邦交通設(shè)施材料有限公司共同承擔(dān)了南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“城市道路交通安全抗污環(huán)保型標(biāo)線的研究和應(yīng)用”（合同編號20173160-8），開發(fā)和研究一種具有耐沾污性好、白天可視性強(qiáng)、夜間反光亮度高的新型道路標(biāo)線。

1道路標(biāo)線材料分類和性能

1.1道路交通標(biāo)線材料的種類

道路標(biāo)線材料可分為預(yù)成型標(biāo)線帶和標(biāo)線涂料。

1.1.1預(yù)成型標(biāo)線帶

采用聚合物、顏料和反光玻璃珠經(jīng)塑料成型加工制備。由于其成本高、施工機(jī)械化程度低、標(biāo)線清除難度大等原因，此類標(biāo)線主要用于文字、箭頭和圖形。

1.1.2標(biāo)線涂料

根據(jù)《路面標(biāo)線涂料》（JT/T280-2004）標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)線涂料分為溶劑型、熱熔型、雙組份、水性涂料四大類。

溶劑型涂料和水性涂料屬于短效涂料，用它們施劃的標(biāo)線涂層薄、使用壽命短，一般用于臨時(shí)標(biāo)線或在交通流量小的道路使用。

熱熔型涂料和雙組份涂料屬于長效標(biāo)線涂料，其夜間反光性好、使用壽命長，是目前高速公路、一級公路、二級公路和城市道路應(yīng)用最廣泛的標(biāo)線涂料。

1.2長效型涂料的性能

1.2.1熱熔型標(biāo)線涂料

熱熔型涂料由樹脂、顏料、填料和玻璃珠組成，施工時(shí)需將涂料加熱到180℃～220℃，涂料冷卻固化后形成標(biāo)線。由于涂料具有干燥快、使用壽命長、夜間反光效果好等優(yōu)異性能，它已成為我國使用時(shí)間最長、用量最大的標(biāo)線涂料。

1.2.2雙組份標(biāo)線涂料

該類型涂料是一種熱固性涂料，涂料中不含有機(jī)溶劑，可在常溫下通過化學(xué)反應(yīng)固化成型，施工無需使用液化氣加熱涂料，環(huán)保安全。涂層具有低溫柔韌性好、熱穩(wěn)定性高、耐候性好的特點(diǎn)，在寒冷地區(qū)使用，標(biāo)線不易開裂和脫落、使用壽命長，近年來用量逐年上升。

2道路標(biāo)線污染原因分析

交通標(biāo)線的污染源主要來自路面上的泥沙、浮塵、油污、路面的瀝青、汽車尾氣中的顆粒物以及汽車橡膠輪胎等混合物。以上污染物對標(biāo)線的污染可分為附著性污染和吸入性污染。附著性污染是指塵埃、油污等污染物附著在標(biāo)線表面產(chǎn)生的污染;吸入性污染是指附著在標(biāo)線表面的污染物進(jìn)入到涂層內(nèi)部形成的污染。附著性污染比吸入性污染在南寧現(xiàn)階段的城市發(fā)展進(jìn)程中更容易產(chǎn)生和常見，但吸入性污染比附著性污染對交通標(biāo)線各方面性能指數(shù)影響更大。

2.1附著性污染

附著性污染易發(fā)生在涂層黏性大、表面粗糙、孔隙率大的標(biāo)線上。

2.1.1涂料耐熱穩(wěn)定性差

熱熔涂料是一種熱塑性涂料，涂料中使用的石油樹脂或松香樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低。當(dāng)環(huán)境溫度大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，標(biāo)線形態(tài)由剛性的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，標(biāo)線涂層開始變軟，表面黏性增加，路面上的泥土、空氣中的塵埃、滴漏的油污等污染物極易粘附在標(biāo)線表面，部分污染物還會在車輪的碾壓下嵌入到涂層中，使標(biāo)線的污染程度增加。

2.1.2涂層表面粗糙、孔隙率大

為了提高標(biāo)線的使用壽命和夜間反光性能，熱熔涂料中添加了粗石英砂和玻璃微珠，用其施工的標(biāo)線表面粗糙、孔隙率大，污染物極易吸附在縫隙中。在一些污染嚴(yán)重、雨水少的城市，白色熱熔標(biāo)線的顏色甚至與瀝青路面相差無幾，標(biāo)線污染嚴(yán)重（見圖1）。

2.2吸入性污染

吸入性污染是一種比較頑固的污染。目前常用的熱熔涂料和雙組份涂料主要由樹脂、顏料、填料、玻璃珠和助劑組成，用其施劃的標(biāo)線涂膜致密性差，表面存在大量的微細(xì)孔隙，灰塵和極細(xì)小的廢氣顆粒物附著在涂層表面后，在毛細(xì)管效應(yīng)的作用下，隨著雨水的流動通過涂膜的孔隙侵入到涂膜中，當(dāng)水分蒸發(fā)后，灰塵、廢氣顆粒物等沉積在涂膜中，形成永久性污染。

附著性污染是一種臨時(shí)性的污染，當(dāng)受到雨水的沖刷后，附著的污染物脫離標(biāo)線表面，標(biāo)線污染程度減輕，可視性有所提高，但吸入性污染中污染物進(jìn)入到涂層后較難清除。

3雙層涂層道路標(biāo)線的材料選擇和性能

針對現(xiàn)有標(biāo)線涂料存在的耐熱穩(wěn)定性差、涂層表面粗糙、孔隙率大、涂膜致密性差等問題，目前研究出來的一種雙層涂層道路抗污標(biāo)線，由底層和面層組成，底層是雙組份涂料標(biāo)線，面層是抗污涂層，具有涂層致密性高、遇熱不變軟、不發(fā)粘的特點(diǎn)。

3.1抗污道路標(biāo)線用材料的選擇

3.1.1抗污標(biāo)線底層涂料選擇

南寧市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季時(shí)間長、溫度高，熱熔標(biāo)線變軟和發(fā)粘后，塵埃、油污等易粘附和嵌入涂層中，造成標(biāo)線污染。為了提高標(biāo)線的耐熱穩(wěn)定性，底層涂層采用丙烯酸雙組份涂料制備，該涂料由丙烯酸樹脂、顏料、填料、助劑等組成，不含有機(jī)溶劑，施工無需使用液化氣加熱，施工環(huán)保安全。涂料加入固化劑后通過化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)形成標(biāo)線。此涂層在高溫下不會變軟和發(fā)粘，解決了熱熔涂料存在的涂層遇熱變軟、表面黏性增加、易粘附灰塵等污染物的問題。填料選用了2000目的極細(xì)的重質(zhì)碳酸鈣，不添加石英砂等粗填料，制備的涂料表面細(xì)膩、流平性好、孔隙率低，改善了標(biāo)線表面粗糙、孑L隙率大的狀態(tài)。

3.1.2抗污標(biāo)線面層涂料選擇

采用細(xì)填料制備的丙烯酸雙組份涂料施劃的道路標(biāo)線，其涂層耐熱穩(wěn)定性提高，標(biāo)線在高溫環(huán)境中使用，涂層不會變軟和發(fā)粘，且標(biāo)線表面的孔隙率降低。與熱熔標(biāo)線比較，雙組份標(biāo)線的吸附性污染下降，標(biāo)線的可視性有一定程度的提高。但標(biāo)線涂膜表面仍存在大量的微細(xì)孔隙，由此引起的吸入性污染導(dǎo)致標(biāo)線的可視性能下降。本項(xiàng)目研究了一種熱固性丙烯酸樹脂清漆，施工時(shí)將其噴涂在雙組份標(biāo)線表面，該清漆可滲入到標(biāo)線涂層的微細(xì)空隙中，并在標(biāo)線表面形成一層致密性極高的漆膜，有效阻止灰塵、油污等污染物侵入標(biāo)線內(nèi)部，提高了標(biāo)線的耐沾污性能。

3.2抗污標(biāo)線的性能

雙層涂層抗污標(biāo)線采用雙組份劃線車施工，首先在路面上噴涂雙組份標(biāo)線涂料，待標(biāo)線干燥后，在其上噴涂一層熱固性丙烯酸樹脂清漆，標(biāo)線為雙層涂層構(gòu)造?？刮蹣?biāo)線、熱熔標(biāo)線和雙組份標(biāo)線的性能對照見表1。

由表1可知：

（1）熱熔型涂料干燥快，通常道路施工后3～5min即可通車，交通阻礙小，但標(biāo)線存在涂層遇熱變軟、涂膜表面粗糙、孔隙率大的缺點(diǎn)。

（2）雙組份涂料的耐磨性和白度比熱熔型涂料有所提高，用其施劃的標(biāo)線表面光滑細(xì)膩，涂層不會隨溫度的升高而變軟，表面硬度大，不易粘附污染物，但涂料干燥時(shí)間比熱熔型涂料久，施工時(shí)對道路交通有一定的影響。

（3）與雙組份涂料相比，抗污標(biāo)線涂料的涂層具有更好的耐磨性和更高的硬度。由于抗污標(biāo)線表面噴涂了一層清漆，涂膜致密性高，可減少道路上的灰塵、油污等對標(biāo)線的污染。

4道路應(yīng)用試驗(yàn)及效果分析

4.1試驗(yàn)地點(diǎn)和數(shù)據(jù)分析方法

4.1.1南寧市抗污標(biāo)線的試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)選取在南寧市青秀區(qū)東葛路延長線與濱湖路交叉路口的東進(jìn)口約1000 m長的路段。該條道路屬于城市交通主干道，道路為雙向六車道，橫斷面為兩幅路面，交通流量較大，且位于大型商業(yè)中心（萬達(dá)廣場）旁，其試驗(yàn)的效果較為理想。

4.1.2檢測和分析的方法

2015年，選用國內(nèi)常用的熱熔涂料、雙組份涂料和雙層涂層抗污標(biāo)線涂料開展標(biāo)線耐沾污性道路對比試驗(yàn)，跟蹤檢測標(biāo)線的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件對標(biāo)線的耐沾污性進(jìn)行分析。本項(xiàng)目采用表2中相關(guān)檢測設(shè)備對標(biāo)線的白度和逆反射系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

4.2交通標(biāo)線白度衰減性能分析

4.2.1實(shí)驗(yàn)路段標(biāo)線初始狀態(tài)分析

標(biāo)線施工完成后，我們分別對各種涂料標(biāo)線的白度和標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)進(jìn)行了檢測，結(jié)果列于表3。

涂料施工后，由于標(biāo)線表面撒布玻璃珠，標(biāo)線的白度有所下降，其中熱熔涂料經(jīng)高溫熔融后白度下降較多。各種標(biāo)線的逆反射亮度系數(shù)均>150 mcd·m-2·Ix-1，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2.2交通標(biāo)線白度衰減函數(shù)方程

標(biāo)線施工完成后，我們對以上各種標(biāo)線在不同天氣和環(huán)境條件下的白度進(jìn)行了連續(xù)的跟蹤觀察和檢測，獲得了不同標(biāo)線的白度性能數(shù)據(jù)，通過利用SPSS軟件擬合，得到各類型交通標(biāo)線白度衰減曲線方程，如表4所示。

通過SPSS軟件對上述觀測數(shù)值進(jìn)行函數(shù)擬合得到不同材質(zhì)標(biāo)線白度衰減曲線和函數(shù)。

4.2.2.1熱熔標(biāo)線白度衰減曲線（見圖2）

4.2.2.2城市抗污標(biāo)線白度衰減曲線（見圖3）

4.2.2.3雙組份涂料標(biāo)線白度衰減曲線（見圖4）

4.2.3交通標(biāo)線白度衰減對比（見圖5）

根據(jù)以上各型標(biāo)線白度衰減曲線和方程可得到如下結(jié)論：

（1）各型標(biāo)線的白度隨著時(shí)間的流逝，其白度呈現(xiàn)減函數(shù)特征，即隨著交通標(biāo)線施劃的時(shí)間越久其白度越低。

（2）從總體上看，雙組份標(biāo)線和抗污標(biāo)線的初始白度較為接近。熱熔標(biāo)線的初始白度略低。

（3）從曲線方程的估計(jì)來看，熱熔標(biāo)線利用冪函數(shù)擬合效果更好，而兩種雙組份類涂料標(biāo)線利用倒函數(shù)擬合效果更好。

（4）從采集的數(shù)據(jù)上看，在標(biāo)線施劃10 d左右兩種雙組份類標(biāo)線會穩(wěn)定在一定的水平，熱熔標(biāo)線則仍然下降。

（5）從函數(shù)的性能分析能發(fā)現(xiàn)：

①標(biāo)線白度的下降是一個(gè)持續(xù)的過程，并且熱熔標(biāo)線的白度降低的程度更快，兩種雙組份類涂料的標(biāo)線的白度在經(jīng)過下降后會保持在一個(gè)相對固定的水平。

②熱熔標(biāo)線的白度衰減過程是一個(gè)快速下降的過程，60 d后熱熔標(biāo)線的白度會下降到接近20度，并且隨著時(shí)間的延長其白度仍然會繼續(xù)下降。

③雙組份涂料的白度經(jīng)過下降后會穩(wěn)定在32度左右;抗污標(biāo)線其白度經(jīng)下降后會穩(wěn)定在40度左右。

我們對該路段的標(biāo)線跟蹤檢測了六個(gè)月，上述分析結(jié)果與道路標(biāo)線實(shí)際應(yīng)用情況基本吻合。在使用期間，抗污標(biāo)線的白度基本達(dá)到40度以上;雙組份標(biāo)線在使用的第一周白度下降快，污染嚴(yán)重，之后標(biāo)線的白度可維持在35度左右;熱熔標(biāo)線在連續(xù)長時(shí)間不下雨后其白度下降到12.3度，與瀝青路面的白度接近，標(biāo)示性和視認(rèn)性差（見圖5、圖6）。

5經(jīng)濟(jì)效益分析

雙層涂層抗污標(biāo)線涂料是一種耐磨性能極好的涂料，施工后標(biāo)線涂層厚度可達(dá)到1.0 mm，在城市道路可連續(xù)使用兩年。由于涂料與路面附著力強(qiáng)，二次施工無需清除舊線。以南寧市每年施劃道路標(biāo)線500 000 rrf計(jì)算，抗污標(biāo)線、熱熔標(biāo)線和雙組份標(biāo)線的年標(biāo)線施工費(fèi)用見表6。

由表6可知，雙組份標(biāo)線年施工費(fèi)用與熱熔標(biāo)線相當(dāng)，抗污標(biāo)線雖然單價(jià)高，但標(biāo)線使用時(shí)間長，平均年施工費(fèi)用比熱熔標(biāo)線和雙組份標(biāo)線低。在城市道路使用抗污標(biāo)線具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

6社會效益分析

首先抗污標(biāo)線涂料是一種環(huán)保安全的涂料，它不含有機(jī)溶劑，施工不需加熱。以南寧市每年使用2500 t熱熔涂料，抗污標(biāo)線涂料每平方米用量為熱熔型涂料的1/3計(jì)算，使用抗污標(biāo)線涂料僅南寧市每年即可節(jié)省資源1600多t，減少二氧化碳溫室氣體排放70多t。在能源緊缺、全球變暖的今天，使用環(huán)保、節(jié)能的新材料符合國家環(huán)保、低碳的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求。其次，抗污標(biāo)線涂料具有良好的耐沾污性能，解決了南寧市長期以來存在的道路標(biāo)線污染嚴(yán)重、白度低、日間可視性差的問題。潔白、整齊的標(biāo)線不僅起到減少交通堵塞、增加道路行車安全性的作用，同時(shí)還可美化城市道路、提高城市形象，具有顯著的社會效益。

7結(jié)語

（1）采用熱固性丙烯酸樹脂制備的雙層涂層抗污標(biāo)線涂料具有涂層硬度高、致密性好，標(biāo)線遇熱不變軟、不發(fā)粘，耐沾污性好的特點(diǎn)。

（2）標(biāo)線道路應(yīng)用效果表明：雙層涂層抗污標(biāo)線具有良好的抗污性能，在使用期間標(biāo)線的白度高、可視性好，其抗污性能明顯優(yōu)于目前常用的熱熔標(biāo)線和雙組份標(biāo)線。在南寧市區(qū)道路使用，標(biāo)線耐沾污性能改善顯著，具有推廣應(yīng)用的良好前景，并為未來的無人駕駛時(shí)代無人駕駛車輛識別道路標(biāo)線打下了良好的基礎(chǔ)。