道路交通熒光標(biāo)線材料研究及應(yīng)用

況振華 陳 誠 王 玲 楊 波

(1.文山州廣那高速公路投資建設(shè)開發(fā)有限公司，云南 文山 663300；2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400067； 3.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶 400067)

近年來，隨著道路交通行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們的安全意識逐漸提升，對道路交通安全、警示系統(tǒng)、道路標(biāo)線的夜間可視化等提出更高的要求，道路工作者對道路標(biāo)線特殊鋪裝材料展開更加深入的研究。一種既在夜間能夠?qū)︸{駛員起到安全警示，又能夠通過吸收光能自發(fā)光，節(jié)約照明電能的標(biāo)線材料成為了當(dāng)今交通安全研究熱點[1，2]。它具有優(yōu)良的力學(xué)性能以及抗疲勞性能，較目前基于逆反射原理的反光型路面標(biāo)線有著無法比擬的優(yōu)點，能夠解決現(xiàn)有反光標(biāo)線只能通過逆反射被動發(fā)光，辨識度不高，導(dǎo)向能力不強，夜間存在安全隱患的問題。而蓄能熒光標(biāo)線具有自發(fā)光特點，不依賴于車燈的照射，能夠在夜間為駕駛員提供更長距離的路面線形指引。在目前道路行業(yè)快速發(fā)展和對道路交通安全保障日益重視的大環(huán)境下，蓄能熒光標(biāo)線有著迫切的行業(yè)需求[3-7]。為此，本文將研究開發(fā)一種夜間余輝時間較長、可冷施工的自發(fā)光道路標(biāo)線材料，通過試驗研究與評價材料綜合性能，并通過路面設(shè)計試鋪進行評價。

1 熒光標(biāo)線材料

1)材料組成。自發(fā)光熒光標(biāo)線材料為反應(yīng)型高分子聚合物材料，由A，B雙組分組成，A組分由主環(huán)氧樹脂、功能性填料、相容劑及熒光材料組成；B組分為專用固化劑(G-1)。將雙組分按規(guī)定比例混合得到流動性較好且利于施工的標(biāo)線膠結(jié)料乳液。將熒光標(biāo)線材料均勻的噴涂在已處理的路面上，待固化后形成熒光標(biāo)線。

2)測試儀器。采用美國DeFelskoAT-A拉拔儀測試熒光標(biāo)線的粘結(jié)性能，采用萬能試驗機測試分散均勻性，柯尼卡美能達LS-110測定發(fā)光特性。紫外老化箱測定老化性能。

2 試驗結(jié)果與討論

為深入了解自熒光標(biāo)線的路用性能，根據(jù)已有試驗及原材料推薦廠家產(chǎn)品推存使用藍色熒光材料ZX-1，綠色熒光材料ZX-2，熒光粉在環(huán)氧中的摻量為50%，考察膠結(jié)料的粘結(jié)性能、耐磨性、抗滑性、老化性能和余輝時間等，并通過路面實際鋪設(shè)情況進行性能評價[5,6]。

2.1 粘結(jié)性能

層間脫落是市場上標(biāo)線漆存在的普遍現(xiàn)象，標(biāo)線與原路面抗拉能力不足，在荷載的反復(fù)作用下發(fā)生斷裂和起皮，斷裂被水浸泡后易引起粘結(jié)性能下降，大大縮短了標(biāo)線的使用壽命。因此，粘結(jié)性能也是熒光標(biāo)線材料的重要性能之一。

采用拉拔試驗，該方法較為簡單，試驗結(jié)果直觀且關(guān)聯(lián)性較好。根據(jù)JCT 975—2005道橋用防水涂料試驗方法，對普通標(biāo)線，ZX-1,ZX-2三種材料進行試驗，材料與水泥混凝土粘結(jié)強度試驗結(jié)果如表1所示。

表1 水泥混凝土粘結(jié)強度試驗測試結(jié)果

由表1可以看出，ZX-1,ZX-2的粘結(jié)強度相對于普通標(biāo)線有很大的提高，增幅達到了1倍以上，說明熒光標(biāo)線材料有效的提高了與基面的粘結(jié)力，環(huán)氧均勻分散在水泥基面上，形成相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，熒光材料的粘結(jié)性能較好。

2.2 均勻分散性

熒光標(biāo)線材料主要由環(huán)氧體系、熒光粉體系組成。熒光粉體系中主要成分是硫化鋅、硫化鍶和硫化鈣的粉末狀材料，在常溫下呈灰色粉末狀[2]。用熒光粉體系作為環(huán)氧體系的填充物，要使其充分混合粉末不沉底，對熒光材料進行改性。改性后得到分布均勻的材料，添加改性劑ZX-1,ZX-2將熒光材料在改性前后對比進行了拉伸強度與斷裂伸長率的實驗。實驗結(jié)果如表2所示。

表2 改性后試樣拉伸試驗數(shù)據(jù)

由表2可以看出，對熒光材料有無改性在拉伸強度與斷裂伸長率上有較大差別。未改性的熒光材料和瀝青路面收縮系數(shù)相差過大，可能導(dǎo)致鋪裝層開裂或?qū)娱g滑移。改性后熒光材料的性能有明顯提高，未改性的試樣拉伸強度小、斷裂伸長率低，材料硬而脆。試樣有明顯分相，團聚嚴(yán)重，因此導(dǎo)致其斷裂伸長率低，無韌性。而熒光材料通過改性后其結(jié)構(gòu)得到了很大的改善，分散相分布很均勻，體系的相容性很好。

2.3 發(fā)光特性

發(fā)光特性及發(fā)光時間是熒光材料最重要的性能。本文從輝度等發(fā)光特性對熒光材料發(fā)光性能進行研究及評價[3]。表3為熒光材料的輝度測試結(jié)果。

表3 熒光材料性能指標(biāo)測試結(jié)果

從表3可以看出，ZX-1,ZX-2兩類材料經(jīng)光照激發(fā)完成后，輝度均可達到4 600 mcd/m2以上，開始前5 min，輝度大幅度的降低，隨著時間的延長，輝度繼續(xù)降低。60 min時，輝度值為60 mcd/m2，480 min后輝度值仍大于4 mcd/m2，已有研究表明肉眼可見的輝度為0.38 mcd/m2，因此該類材料可滿足相關(guān)規(guī)范要求[4]，發(fā)光時間達到了6 h以上。

2.4 老化性能

熒光標(biāo)線鋪筑在室外，長期經(jīng)受暴曬與雨淋后會導(dǎo)致褪色及老化分解現(xiàn)象，本文針對以上問題，對熒光標(biāo)線材料進行紫外老化試驗。采用紫外老化箱進行48 h不間斷紫外老化，老化性能結(jié)果見表4。

表4 熒光材料紫外老化前后性能對比

從表4可知，熒光膠結(jié)材料各項性能在紫外線老化后有明顯降低，尤其是發(fā)光時間，縮短了接近一半。分析其原因，紫外光照的介入，自發(fā)光材料易分解，導(dǎo)致自發(fā)光材料儲能性能減弱，從而導(dǎo)致發(fā)光時間明顯降低。另外拉伸性能也有不同程度的降低，可能是紫外老化過程，導(dǎo)致鍵力較小的部位在拉伸條件下發(fā)生斷裂，性能衰減[5]。

3 路面試鋪

在云南文山州廣南縣對熒光標(biāo)線進行了路段試鋪。標(biāo)線試驗段長度100 m，寬15 cm，采用雙層標(biāo)線做法，下層為15 cm寬普通冷噴標(biāo)線，上層為8 cm寬熒光標(biāo)線。試驗段鋪筑完成，待標(biāo)線實干后，進行發(fā)光時間檢測。測試結(jié)果表明，材料養(yǎng)護12 h后，初步形成強度，達到開放交通的要求。在無任何燈光的夜間，熒光標(biāo)線的發(fā)光時間約為6 h。

試驗段完成15 d后，再次對標(biāo)線進行檢測，發(fā)現(xiàn)除路面表層污染外，路面完整度良好，無病害發(fā)生，試驗段整體效果良好。熒光路面鋪設(shè)實際效果見圖1。

4 結(jié)論

1)開發(fā)了一種新型道路標(biāo)線材料，可作為道路交通警示標(biāo)志，應(yīng)用于特殊路段，提升夜間行車安全效果，有利于公路運營安全前提下的節(jié)能目標(biāo)實現(xiàn)，從而推動公路節(jié)能減排工作的開展。2)反應(yīng)型高分子材料與自發(fā)光材料復(fù)合制備的熒光標(biāo)線材料，具有優(yōu)異的路用性能，熒光材料的粘結(jié)性能、老化性能及發(fā)光性能等均滿足規(guī)范要求，可適用于道路警示鋪裝。3)通過路面試鋪，證明了熒光標(biāo)線在無明顯光源干擾的情況下，可以發(fā)光6 h，但遇到車燈光源等條件限制時，熒光標(biāo)線無明顯效果。