內(nèi)嵌式預(yù)成型標(biāo)線帶應(yīng)用的可行性研究

劉 勇

(3M中國有限公司， 廣州 510000)

國內(nèi)目前的交通標(biāo)線絕大多數(shù)都是涂料型，無論是水性標(biāo)線、熱熔標(biāo)線還是雙組份標(biāo)線，都是在工廠生產(chǎn)出固體或液體形式的涂料本體，到施工現(xiàn)場后通過專用設(shè)備將涂料、反光珠同時涂覆到路面。涂料型標(biāo)線一直有2個自帶不足無法克服：一是需在現(xiàn)場二次加工成型，施工效果受現(xiàn)場環(huán)境影響大，天氣、地面溫度、施工人員的技術(shù)水平都會直接影響標(biāo)線質(zhì)量；二是反光珠是現(xiàn)場撒播在涂料表面，其在涂料中的沉降度難以把控，沉降不足易脫落，沉降過多則反光效果不理想。

預(yù)成型標(biāo)線帶是通過現(xiàn)代化工廠將反光單元、基體、粘結(jié)劑集合成一體，如圖1所示，經(jīng)過常規(guī)儲存運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，常溫條件下粘貼在路面上即可。這類產(chǎn)品革命性地解決了涂料型標(biāo)線固有的不足，不需現(xiàn)場用專業(yè)設(shè)備二次成型，反光珠也預(yù)先以最理想的方式同標(biāo)線本體粘結(jié)在一起。預(yù)成型標(biāo)線帶誕生于上世紀(jì)70年代，我國在2009年制定了預(yù)成型標(biāo)線帶的國家標(biāo)準(zhǔn)《道路預(yù)成型標(biāo)線帶》(GB/T 24717—2009)，但一直沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。李春玲[1]通過對德國某預(yù)成型標(biāo)線帶亮度系數(shù)、抗滑值在高速公路上的變化趨勢分析，以及與同期鋪設(shè)的熱熔標(biāo)線的比較，認(rèn)為預(yù)成型標(biāo)線的性能明顯好于熱熔標(biāo)線，且施工方便，但其對路面的要求較高。在舊路面上使用后其逆反射亮度系數(shù)下降得較快，且高成本使得其又不能大量使用。黃晚清等[2]通過對預(yù)成型標(biāo)線帶路面粘結(jié)性能的評價分析，認(rèn)為路基的構(gòu)造深度、路面溫度、濕度都會對標(biāo)線帶與路面的粘結(jié)強(qiáng)度造成一定影響，標(biāo)線帶的粘結(jié)性能隨路面構(gòu)造深度的增加而下降。因此，為了達(dá)到理想的粘結(jié)強(qiáng)度，必須用專業(yè)的打磨設(shè)備把路面刨出一個深度為2 mm的平滑溝槽，而目前國內(nèi)還缺乏既專業(yè)又高效的打磨設(shè)備，這也是影響預(yù)成型標(biāo)線帶推廣應(yīng)用的主要因素。

圖1 預(yù)成型標(biāo)線帶成品

預(yù)成型標(biāo)線帶的內(nèi)嵌工藝是一種新的施工思路，把標(biāo)線的施工和瀝青路面的攤鋪結(jié)合在一起，在瀝青攤鋪完成后，立即將標(biāo)線帶壓入瀝青內(nèi)，并確保標(biāo)線帶厚度的50%～60%埋入瀝青內(nèi)部，如圖2所示。待瀝青冷卻后，標(biāo)線與瀝青結(jié)合為一體，可馬上開放交通。

預(yù)成型標(biāo)線帶是否適合內(nèi)嵌式工藝，除了逆反射系數(shù)的光學(xué)性能外，自身材質(zhì)還必須具備以下技術(shù)性能和要求：1) 耐水性能：在23 ℃±2 ℃的水中浸泡24 h，表面無明顯的褪色、起皮、收縮、開裂等異常現(xiàn)象；2) 耐堿性能：在飽和Ca(OH)2溶液中浸泡24 h，表面無明顯的褪色、起皮、收縮、開裂等異常現(xiàn)象；3) 粘結(jié)性能： 按《道路預(yù)成型標(biāo)線帶》(GB/T 24717—2009)附錄A中的檢測方法檢測標(biāo)線帶背膠的粘結(jié)強(qiáng)度，要求測試溫度為24 ℃條件下，最小粘結(jié)力>30 N。

(a) 約40%～50%的標(biāo)線帶高于瀝青表面

(b) 約50%～60%的標(biāo)線帶埋入瀝青里面

1 預(yù)成型標(biāo)線帶內(nèi)嵌法工藝

1.1 放樣

瀝青罩面壓實工藝結(jié)束后，瀝青溫度逐漸下降至90 ℃左右，施工人員穿著耐高溫的工作鞋開始按圖紙設(shè)計的虛線或邊線進(jìn)行定位和標(biāo)記。

1.2 瀝青溫度檢測

用紅外測溫儀檢測放樣后瀝青表面溫度，確保溫度在50 ℃～70 ℃之間，溫度太高，標(biāo)線帶會變形，溫度太低，瀝青開始變硬，影響標(biāo)線帶的嵌入深度。

1.3 粘貼標(biāo)線帶

采用專用標(biāo)線帶貼敷設(shè)備或手工將標(biāo)線帶粘貼在指定位置。

1.4 標(biāo)線帶預(yù)壓

用配重為45 kg的手推車，在已粘貼好的標(biāo)線帶上輥壓1次，將標(biāo)線帶初步壓入瀝青內(nèi)，目的是為了固定標(biāo)線的位置，以免壓路機(jī)輥壓時出現(xiàn)移位。

1.5 標(biāo)線帶壓實

用鋼輥壓路機(jī)輥壓標(biāo)線帶，如果選用3 t的壓路機(jī)，鋼輥的長度應(yīng)不超過1 m，以保證有足夠的壓力壓在標(biāo)線帶上。

上述施工過程的實景圖片如圖3所示。

關(guān)鍵注意事項為：1) 在粘貼標(biāo)線帶前，要確認(rèn)瀝青表面沒有水分，同時用除塵設(shè)備去除瀝青表面的突起雜質(zhì)顆粒，確保標(biāo)線帶能平整地壓入瀝青內(nèi)；2) 施工期間要全程監(jiān)控瀝青表面溫度，確保瀝青溫度在低于50 ℃之前完成施工；3) 鋼輥壓路機(jī)進(jìn)行輥壓時，要將壓路機(jī)的灑水量調(diào)至最小，避免水滲入標(biāo)線帶里，影響標(biāo)線帶和瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度；4) 在第1遍的輥壓中，壓路機(jī)的速度控制在5 km/h以內(nèi)，輥壓的方向要保持一致，可連續(xù)來回輥壓3遍。

(a) 放樣

(b) 瀝青溫度檢測

(c) 粘貼標(biāo)線帶

(d) 標(biāo)線帶預(yù)壓

(e) 標(biāo)線帶壓實

2 內(nèi)嵌式工藝與涂料型標(biāo)線施工的比較

2.1 施工速度更快更高效

《公路交通安全設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3671—2021)[3]規(guī)定,新鋪瀝青路面的交通標(biāo)線施工，可在路面施工完成7 d后開始。新建瀝青路面因瀝青材料中含有未揮發(fā)的化學(xué)成分，易造成對標(biāo)線的污染并有可能影響標(biāo)線與路面的牢固粘結(jié)，因此必須靜置7 d才能保證后期標(biāo)線的施工質(zhì)量。如果加上涂料型標(biāo)線的施劃時間3 d(施劃時間與道路寬度和長度相關(guān)，這里假定其為3 d)，該路段的通車時間要延遲10 d或更長。新路段延遲通車意味著其他相鄰車道或道路要多承擔(dān)10 d的交通量。內(nèi)嵌法進(jìn)行標(biāo)線帶的施工，則不需要等待瀝青材料中化學(xué)成分的揮發(fā)，瀝青攤鋪同時進(jìn)行，相比涂料型標(biāo)線，施工時間幾乎為0 d，至少可提前10 d實現(xiàn)道路通車。

2.2 現(xiàn)場施工質(zhì)量高且可控

涂料型標(biāo)線產(chǎn)品屬于半成品，在施工現(xiàn)場需要使用專用的設(shè)備進(jìn)行再次加工并施劃。涂料通常要經(jīng)歷1～2次的形態(tài)變化，由固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)再轉(zhuǎn)為固態(tài)，最終施劃到路面的標(biāo)線經(jīng)常會出現(xiàn)以下不良情況：1) 厚度不符；2) 線型不直；3) 邊緣出現(xiàn)毛邊；4) 表面氣泡多；5) 表面缺料；6) 面撒反光珠缺失等。為避免這些情況的出現(xiàn)，要求操作人員對設(shè)備的操控有足夠熟練及豐富的現(xiàn)場施工經(jīng)驗，能根據(jù)實際路面狀況、氣候、涂料流動性等及時調(diào)整設(shè)備參數(shù)，而現(xiàn)場工人的流動性大，涂料現(xiàn)場施工質(zhì)量往往不可控。

標(biāo)線帶現(xiàn)場施工簡單，施工人員只需把標(biāo)線帶對齊放樣的基準(zhǔn)線進(jìn)行粘貼即可，即使沒有任何施工經(jīng)驗的人員，只要進(jìn)行簡單的現(xiàn)場培訓(xùn)，就能快速掌握施工方法。因此，標(biāo)線施工人員也不會因為人員流動而導(dǎo)致施工質(zhì)量下降。

2.3 更環(huán)保

傳統(tǒng)涂料型標(biāo)線包含熱熔、雙組份、冷漆等材料，通過物理凝固或化學(xué)反應(yīng)，從施工時液體狀態(tài)成型為道路表面固體狀態(tài)。涂料在生產(chǎn)和施工過程中，均會產(chǎn)生大量的煙氣、固體顆粒物、化學(xué)溶劑等VOC的排放物，尤其是在城鎮(zhèn)鬧市區(qū)、重點(diǎn)水源保護(hù)區(qū)、人口密集區(qū)等施工時，影響面會更廣、更嚴(yán)重。2017年，《歐盟綠色公共采購標(biāo)準(zhǔn)》[4]正式公布了道路標(biāo)線材料內(nèi)的環(huán)保技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定產(chǎn)品中包含揮發(fā)性有機(jī)化合物最高含量不得超過150 g/L，產(chǎn)品中不使用特定排除的溶劑等。

TiO2是標(biāo)線涂料里非常重要的一個組份，對于提高標(biāo)線的白度、光澤度、遮蓋力、耐候性具有極佳效果，目前還沒有合適的替代品。歐盟委員會在2020年正式公布了將TiO2歸入第2類吸入性致癌物，并從2021年9月9日起實施。在這次的采購標(biāo)準(zhǔn)中針對TiO2的含量做出了限制，對于1 kg/m2以下的涂料(相對應(yīng)于噴涂工藝)，TiO2的最高用量為10%；對于1 kg/m2以上的涂料(相對應(yīng)于刮涂工藝)，TiO2的最高用量為14%。

預(yù)成型標(biāo)線帶產(chǎn)品是已經(jīng)在工廠內(nèi)制作成型的卷材，現(xiàn)場施工采用內(nèi)嵌式工藝，也不需要使用底涂劑，過程中沒有任何的VOC排放，對公眾環(huán)境及操作人員的健康沒有危害。在這一點(diǎn)上，預(yù)成型標(biāo)線帶的優(yōu)勢非常明顯，更環(huán)保更健康。

2.4 標(biāo)線逆反射系數(shù)與耐久性

標(biāo)線逆反射系數(shù)的耐久性是體現(xiàn)標(biāo)線耐久性的一項重要指標(biāo)，國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《道路交通標(biāo)線質(zhì)量要求和檢測方法》(GB/T 16311—2009)[5]中規(guī)定：正常使用期間，反光標(biāo)線的逆反射系數(shù)應(yīng)滿足夜間識認(rèn)要求，白色反光標(biāo)線的逆反射系數(shù)不低于80 mcd/m2/lx，黃色反光標(biāo)線的逆反射系數(shù)不低于50 mcd/m2/lx。若當(dāng)標(biāo)線的逆反射系數(shù)低于上述規(guī)定值時，標(biāo)線已不能滿足夜間識認(rèn)要求，需重新施劃標(biāo)線。從標(biāo)線施劃完成至標(biāo)線的逆反射系數(shù)值低于80 mcd/m2/lx(白色)的這段時間，就是標(biāo)線的耐久性。

標(biāo)線逆反射系數(shù)的耐久性由2個因素決定：一是標(biāo)線的初始逆反射系數(shù)，理論上初始的逆反射系數(shù)越高，其衰減到規(guī)定最低值所需時間越長；二是標(biāo)線材料及工藝的耐磨性，若材料自身有很強(qiáng)的耐磨性，則可降低反光單元的脫落率，延緩逆反射系數(shù)的衰減時間。下面對比涂料型標(biāo)線和內(nèi)嵌式標(biāo)線帶的耐久性。

1) 預(yù)成型標(biāo)線帶和涂料型標(biāo)線的初始逆反射系數(shù)對比

涂料型標(biāo)線的初始逆反射系數(shù)通過面撒反光玻璃珠實現(xiàn)，在施劃標(biāo)線涂料后，趁著涂料還未固化，通過撒播器將玻璃珠撒在標(biāo)線表面。這種方式存在影響逆反射系數(shù)的因素，主要有：(1) 若涂料流動性太大，很多玻璃珠會沉入涂料內(nèi)，無法提供反光效果。(2) 若涂料流動性太小，玻璃珠沉降深度不夠，則玻璃珠和涂料的粘結(jié)面太小，使得粘結(jié)強(qiáng)度不足，致使玻璃珠極易脫落。(3) 若撒入涂料表面的玻璃珠量過大，玻璃珠密集地擠在一起，會相互干擾各自的反射光線，逆反射系數(shù)反而會下降。

預(yù)成型標(biāo)線帶里面的反光珠是在工廠通過設(shè)備精確布撒，玻璃珠的數(shù)量和間距都能控制，最大化發(fā)揮反光珠效果，因此預(yù)成型標(biāo)線帶的初始逆反射系數(shù)普遍都高于涂料型標(biāo)線?！兜缆奉A(yù)成型標(biāo)線帶》(GB/T 24717—2009)[6]是國內(nèi)專門針對預(yù)成型標(biāo)線帶產(chǎn)品制定的標(biāo)準(zhǔn)，其中針對長效型標(biāo)線帶規(guī)定了2個反光級別，初始逆反射系數(shù)分別為500 mcd/m2/lx(白色Ⅰ級)和250 mcd/m2/lx(白色Ⅱ級)；而另一份以涂料型標(biāo)線為主要對象的國家標(biāo)準(zhǔn)《新劃路面標(biāo)線初始逆反射亮度系數(shù)及測試方法》(GB/T 21383—2008)[7]中對白色標(biāo)線的最低初始逆反射系數(shù)只有150 mcd/m2/lx。

2) 預(yù)成型標(biāo)線帶和涂料型標(biāo)線的耐久性對比

預(yù)成型標(biāo)線帶在國內(nèi)應(yīng)用時間較短，其耐久性的使用報告較少，而國外在這方面的研究和應(yīng)用較多。1994年，James Migletz等[8]啟動了公路標(biāo)線材料的耐久性研究項目，對幾種常見標(biāo)線材料的壽命進(jìn)行了評估，結(jié)果見表1。

表1 路面標(biāo)線材料的壽命評估結(jié)果

美國弗吉尼亞州交通部研究院在2001年公布的一份公路標(biāo)線效益評估報告[9]中，對常用的耐久性標(biāo)線的使用壽命進(jìn)行了評估，結(jié)果見表2。

表2 耐久性標(biāo)線的使用壽命評估

2019年，美國賓夕法尼亞州公路委員會發(fā)布了1份《公路標(biāo)線評估報告》[10]，其中公布了對內(nèi)嵌式標(biāo)線帶和雙組份環(huán)氧型涂料標(biāo)線的耐久性評估結(jié)果。項目研究始于2012年，在48個不同的路段和位置進(jìn)行了對比試驗，試驗的線型包括邊實線、車道分界線以及中央分割線，標(biāo)線顏色包括白色和黃色。歷經(jīng)7年的跟蹤測試，得出的結(jié)論是無論是逆反射系數(shù)還是外觀完整性，內(nèi)嵌式的標(biāo)線帶是耐久性最好的產(chǎn)品，同時也對內(nèi)嵌式標(biāo)線帶和環(huán)氧型涂料標(biāo)線的壽命進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果見表3。

表3 內(nèi)嵌式標(biāo)線帶與雙組份環(huán)氧標(biāo)線的使用壽命評估

從以上3份研究報告可以看出， 近20年來，預(yù)成型標(biāo)線帶隨著生產(chǎn)工藝和施工工藝的快速發(fā)展，耐久性也隨之快速提高。在20年前，表1中預(yù)成型標(biāo)線帶與熱熔標(biāo)線、雙組份標(biāo)線的耐久性差異不大，目前，表3表明內(nèi)嵌式標(biāo)線帶的壽命已是雙組份標(biāo)線的1.5～2倍。

3 國內(nèi)應(yīng)用實踐

2020年7月，廣州市對市區(qū)主干道環(huán)市東路進(jìn)行了路面品質(zhì)提升。在該項目中，廣州市交警對內(nèi)嵌式標(biāo)線帶進(jìn)行了試驗，試驗路段長度約200 m，線型包括車道分界線、右邊實線以及中央分隔線，標(biāo)線顏色包括白色和黃色2種。預(yù)成型標(biāo)線帶選用3M 380 AW耐久型標(biāo)線帶，施工工藝完全遵照上述工藝過程。

項目實施1年后，廣州市交警對標(biāo)線的外觀完整率、 嵌入程度、逆反射系數(shù)進(jìn)行了跟蹤檢測，檢測結(jié)果顯示標(biāo)線帶的完整率為100%，沒有任何的脫落和破損；標(biāo)線帶嵌入瀝青部分的比例由初始的50%擴(kuò)大到了70%；逆反射系數(shù)的保留值不僅遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)，還是同期同路段施工雙組份標(biāo)線的2～4倍，具體檢測數(shù)值見表4。

表4 廣州環(huán)市東路標(biāo)線逆反射系數(shù)試驗數(shù)據(jù) mcd/m2/lx

4 結(jié)論

本文對內(nèi)嵌式預(yù)成型標(biāo)線帶的應(yīng)用可行性進(jìn)行了研究，并得出與行業(yè)中主流的涂料型標(biāo)線進(jìn)行了對比分析，得出如下結(jié)論：

1) 內(nèi)嵌式預(yù)成型標(biāo)線帶的應(yīng)用在國內(nèi)完全可行，尤其是在公路和城市重點(diǎn)路段路面翻新工程中的應(yīng)用更有優(yōu)勢。

2) 從綜合成本分析，雖然標(biāo)線帶材料成本較高，但標(biāo)線帶施工能與瀝青路面攤鋪同期完工，節(jié)省了額外路面標(biāo)線的施劃時間，縮短了因新瀝青靜置而增加的交通擁堵時間，綜合效益顯著。

3) 從道路安全分析，標(biāo)線帶的初始逆反射系數(shù)遠(yuǎn)高于涂料型標(biāo)線，提高了夜間駕駛者的可視距離，提升了夜間行車安全。

4) 從環(huán)保和職業(yè)健康分析，標(biāo)線帶施工過程中無VOC排放，減少了對沿線居民生活環(huán)境的污染。

5) 從材料耐久性分析，標(biāo)線帶具有超長耐久性，幾乎與瀝青路面同等壽命，在瀝青路面壽命周期中，避免了中途多次的重復(fù)施劃。