道路預成形標線帶路面粘結性能的評價分析*

黃晚清 游 宏 陸 陽

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院1) 成都 610017) (西南交通大學土木工程學院2) 成都 610031)

道路預成形標線帶路面粘結性能的評價分析*

黃晚清1)游 宏1)陸 陽2)

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院1)成都 610017) (西南交通大學土木工程學院2)成都 610031)

以三種道路預成型標線帶的剝離試驗，研究路面類型、構造深度、濕度和溫度對標線帶粘結性能的影響.測試發現，標線帶的粘結性能隨路面構造深度的增加而下降，粘結于瀝青路面的降幅相對較?。辉谙嗤瑯嬙焐疃认?，標線帶與瀝青路面的粘結性大于與水泥混凝土路面的粘結性；標線帶使用過程中具有優良的封水作用，但在施工過程中的路面潮濕會嚴重降低其粘結性能；測試數據同時表明，標線帶與兩類路面的粘結性均顯示出較強的溫度敏感性.由此認為，預成形標線帶的剝離試驗，應充分考慮路面材料、構造深度及試驗溫度，以對標線帶粘結性能做出符合實際的評價.

預成形標線帶；剝離試驗；粘結性；路面類型；路表特性；溫濕度

0 引 言

道路標志線是確保道路交通安全運行的重要工程設施之一，設置合理、性能優良的道路標線對提高運輸能力的貢獻率可達30%以上[1].傳統的交通標線采用高分子涂料，受氣候環境、路表構造、交通狀況及標線材質等影響，標線易出現開裂、脫落、熱穩定性差等病害[2-4].為提升改善道路標線的使用性能，在已有熱熔標線涂料中摻入適量舊陶瓷提高其高溫穩定性和抗磨耗性[5]，并進一步從微觀角度研究摻入舊陶瓷標線材料結構形態特征，分析微觀結構形態與路用性能的相關性[6].近年來，道路預成形標線帶已得到越來越多的應用.道路預成形標線帶由上至下，一般可視為三層組合層狀結構，即玻璃微珠層、胎基層及粘接層，其中，玻璃微珠層中的玻璃微珠通過粘接劑粘接在胎基層上，為標線帶提供反光，同時可增加標線帶的粗糙度，提高路面抗滑性；胎基層需滿足強度及耐久性要求，并根據需求定制顏色；粘接層為標線帶與路面聯結的關鍵構造層，應顧及復雜的行車及自然環境條件下與路面協調工作的需求.

預成型標線帶的粘接層通常采用壓敏膠作為粘接劑，使用時只需在標線帶表面施加一定壓力即可使其粘接于路面，并且標線帶的清除一般不會在路面留下明顯痕跡.現代道路預成形標線帶主要使用橡膠型壓敏膠和樹脂型壓敏膠，其中橡膠型生產大多采用熱熔型涂覆工藝，樹脂型一般采用溶劑或水性涂覆工藝.合成橡膠型壓敏膠因其價格較低工藝簡單使用更多，壓敏膠研發正向著多種材料合成的方向發展，如文獻[7]使用順丁膠、氯丁膠、丁苯膠等合成的標線帶用橡膠類壓敏膠，粘接力較傳統的壓敏膠提高近一倍；文獻[8]則在標線帶各結構層原材中摻加鐵氧體磁性材料，增強了壓敏膠與胎基層的粘結力.

壓敏膠技術為預成型標線帶的工程應用提供了更多的選擇，但對其粘結性能評價的方法，目前仍有待進一步的完善.本文以已批量化生產的三個標線帶為樣本，采用室內試驗手段，通過對壓敏膠與不同類型和使用現狀路面之間粘結性能的探討，分析影響剝離試驗結果的主要因素，為預成型標線帶粘結性指標的合理評價提供參考.

1 試驗方案

標線帶作為一個整體膠結于路面時，其破壞基本形式有兩類，即與路表結合處的界面破壞和發生在標線帶內部的內聚力破壞.路面上，純粹的界面破壞或內聚力破壞較為少見，更常見的破壞是界面破壞和內聚力破壞的組合.因此，在現有的產品技術標準得以保證的前提下，更應重視標線帶與實際路面的粘結性能.鑒于此，課題組采用本地區常見的剛、柔性路面為被膠接基面，針對典型工況測試標線帶的粘結性.試驗中，剛性路面采用水泥混凝土，成型時，表面先按傳統方法抹面，終凝且標準養護后結合人工刻槽和粗砂紙打磨表面方法，進行基面糙化的二次處理，制得“0構造深度”(不進行糙化處理)、以及構造深度分別為1 mm和2 mm的水泥混凝土板.柔性路面采用瀝青混凝土，通過集料用量調整和打磨修整，按要求成型與水泥混凝土相同的“0構造深度”(利用車轍板背面)以及構造深度分別為1 mm和2 mm的試件(車轍板正面).由于本試驗目的是為定性比較提供相關數據，構造深度由鋪砂法估測，并根據測量值對基面進行修正直至滿足要求.

試驗采用的預成形標線帶由國內三廠商提供，基本指標見表1，其中，背膠厚度為刮除胎基層后的測量值.由于不涉及反光性能測試，試驗所用三種標帶正面均為光面(未嵌入玻璃微珠).為保證試樣試驗結果具有可比性，從整卷標線帶成品料中裁剪取樣，裁剪試樣長200 mm，寬25 mm.裁剪后的標線帶需保持潔凈.

表1 試驗用預成形標線帶基本指標

粘貼形標線帶前，先清潔測試板表面，去除表面松動細料以及各種雜質灰層，烘干備用；接著將裁剪標線帶的背膠保護膜撕下125 mm長度，平行粘貼在測試板表面(不得施加壓力)，并用重2 kg的鋼輪(鋼輪直徑80 mm、輪寬45 mm)沿著標線帶長度方向以300 mm/min的速度均勻滾動碾壓一遍，使長125 mm無背膠保護膜的標線帶粘接在測試板表面.剩余的長75 mm的標線帶，連同背膠保護膜翻折180°后，用鋼絲和鋼釘制成的夾具固定，然后連接于試驗機，見圖1.

圖1 180°剝離強度試驗圖

導致標線帶從基面剝離的力并非作用在整個膠接面上，而是集中在接頭端部的一個非常狹窄的區域，故剝離力通常稱之為線應力.為表述標線帶抗剝離能力，文獻[9]規定采用180°剝離強度試驗，按規定速率測試剝離標線帶所需力的大小.影響剝離試驗精度的關鍵是：試驗中，受拉伸標線帶與基面試件保持在同一平面，在此基礎上，利用電氣伺服瀝青混合料試驗機，按文獻[9]規定的300 mm/min剝離速度，在控制溫度環境下測試，并由電腦記錄并保存拉伸剝離力隨位移變化的適時數據.

試驗由計算機自動采集數據，但由于剝離力一般隨標線帶拉伸長度呈波動變化(見圖2)，需通過拉伸力-位移曲線圖的均值化處理定義剝離力的量值.為簡化問題，本試驗數據采用等高線法進行處理，即在拉伸力-位移曲線圖上以一定頻率峰值測點的均值代表剝離力大小.根據試驗機的伺服性能和文獻[10]，試驗數據分析時采用的基本數據為：標線帶從基面剝離25 mm時開始，至全部剝離時段內所記錄的拉伸力.

圖2 拉伸力-位移典型曲線及剝離力估算示意圖

2 試驗結果分析

2.1 基面和構造深度的影響

路面類型不同(如水泥混凝土或瀝青混凝土)其表面構造不一，即使同一類型路面，因其混合料、級配、施工工藝及石料不同，其表面構造也會有較大差異，因此，有必要研究構造深度對標線帶粘結性能的影響.

不同構造深度下，膠結于水泥混凝土基面和瀝青混凝土基面上三種標線帶剝離力的測試值分別標示于圖3，其中試驗溫度控制在(10±1) ℃.從標線帶類型看，無論哪種基面及構造深度，標線帶2的剝離力總體最大(僅基面為水泥混凝土構造深度為2 mm時，略小于標線帶3)、標線帶3次之、標線帶1最小.從與路面的粘結性能看，標線帶2最優.比較兩種基面類型，無論哪種標線帶及構造深度，同條件下與瀝青混凝土間的抗剝離力始終較水泥混凝土基面的抗剝離力大.

圖3 膠結于不同基面的標線帶剝離力測試值

無論是水泥混凝土基面還是瀝青混凝土基面，隨著構造深度的增大，三種標線帶的剝離力均呈減小趨勢.以水泥混凝土為膠結基面，當表面構造深度為1 mm時，剝離力平均減幅為16.6%；當構造深度為2 mm時，剝離力平均減幅為40.3%.采用瀝青混凝土基面時，標線帶抗剝離力隨構造深度的減幅相對較小，當表面構造深度為1 mm時，剝離力平均減幅為8.1%，約為水泥混凝土基面減幅的49%；當構造深度為2 mm時，剝離力平均減幅為25.6%，約為水泥混凝土基面減幅的64%.

抗剝離力隨構造深度減小很可能源于壓敏膠與被膠結基面接觸有效面積減小的緣故：在構造深度達到一定值后，由于壓敏膠不可能完全充填基面表面的構造空間，故與基面之間形成部分脫空，吸附作用減弱，宏觀表現出粘結性能的降低.可見，即使在相同工作環境下，同一標線帶產品也可能因路面表面構造差異使用年限長短不一，致其使粘結性能的明顯差異.另外，與瀝青混凝土間的粘結力相對較大、與瀝青混凝土粘結時抗剝離力隨構造深度減幅相對較小的可能原因是壓敏膠與瀝青同屬高分子材料，其基面更容易吸附膠粘劑分子，宏觀標現出更大的抗剝離力和相對較小的減幅.

圖4 標線帶剝離力隨構造深度的減幅

2.2 與標準基面的對比

需要指出的是，現行標準關于預成型標線帶的粘結性測試未考慮路面類型的不同，統一將鋼板作為被膠結基面.為了與傳統試驗方法對比，現以不銹鋼板為被膠結基面，采用前述同樣的標線帶試樣及膠黏成型方法，測得三種標線帶的剝離力分別為68，95和85 N.標線帶剝離后，鋼板表面幾乎無壓敏膠殘留痕跡，也就是說，鋼板基面上的標線帶破壞屬純界面破壞.對比水泥、瀝青混凝土基面上的剝離形式，在標線帶上可觀察到較為明顯的水泥和瀝青的殘留物，表明其破壞是界面和被膠結材料內聚力破壞的組合，而壓敏膠內聚力強度較高，足以抵抗剝離力引起的膠粘劑分子結構破壞.

圖5 相對于鋼板基面，水泥、瀝青混凝土基面不同構造深度下的標線帶剝離力

以鋼板基面上的標線帶剝離力測試值為基準，可以在現行標準的框架內，評價標線帶與實際路面的粘結性.在“0構造深度”的水泥混凝土基面上，三種標線帶的抗剝離力較之鋼板基面上的標線帶提高了7%～8%，而在“0構造深度”瀝青混凝土基面上，標線帶的抗剝離力更是提高了20%～27%,見圖5.進一步，采用構造深度為2 mm的基面，試驗得：粘結于水泥混凝土表面標線帶的抗剝離力均值較鋼板基面上抗剝離力均值降低36%，而同樣構造深度下，粘結于瀝青混凝土的標線帶抗剝離力僅比粘結于鋼板的標線帶抗剝離力(均值)減小約1%.壓敏膠與瀝青同屬高分子材料，基面更容易吸附膠粘劑分子，因此不難解釋為什么標線帶粘結性能對水泥混凝土的表面特征更為敏感.由此可以進一步推論，以鋼板為基面的預成型標線帶粘結性測試，雖能對不同標線帶粘結性的評判提供對比數據，但應用于路面時，根據路面材料及現時使用狀況不同進行有針對性的測試，才能對標線帶的粘結性做出更切合實際的評定.

2.3 濕度的影響

路面標線帶暴露于自然環境下工作，考察持續降雨以及高、低溫等環境因素對其粘結性能的影響有著特殊的意義.為此，與前述基本粘結性能試驗對照，對同樣方法成形的構造深度1.0 mm的水泥、瀝青混凝土板試件，在剝離試驗前進行2，4和6 h的純凈水浸泡，然后采用同樣控制方法剝離標線帶.與干燥試件的測試數據比較，發現：無論是水泥混凝土基面還是瀝青混凝土基面，浸水歷時長短對標線帶剝離力幾乎無任何影響，而且試驗完成后的測試板表面粘接區域也無可見浸水痕跡，表明標線帶服役工作過程中對降水有良好的封閉作用.

反之，若在粘貼標線帶之前，即使在基面板表面噴灑少量水，也會導致標線帶抗剝離力的顯著下降.例如本試驗采用蘸水毛刷在基面板表面刷一遍后粘貼標線帶，則對于水泥混凝土基面上的三種標線帶，其抗剝離力降低約60%～70%，而濕潤瀝青混凝土基面上標線帶的抗剝離力更是降到了干燥狀態下的10%以下.水的存在顯著阻礙了壓敏膠與基面間的吸附與粘結，標線帶的施工必須在適宜的天氣條件下進行，禁止在雨天及路面潮濕條件下施工標線帶.

2.4 溫度的影響

為考察溫度對預成形標線帶粘結性能的影響，采用表面構造深度均為1.0 mm的水泥、瀝青混凝土板作為基面，在室溫下粘貼標線帶后，分別在-10，10，24，46和60 ℃溫度下保溫1 h，然后立即拉伸剝離標線帶.由試驗得到的三種標線帶剝離力，見圖6.無論是水泥混凝土基面還是瀝青混凝土基面，中溫下標線帶的抗剝離力較大，而在低、高溫下，標線帶的粘結性能都有明顯降低，其中，60 ℃時標線帶1在兩類基面上的抗剝離力均較24 ℃時減小20%以上，即使是對溫度相對不敏感的標線帶3，60 ℃時的抗剝離力也比24 ℃時降低了7%(水泥混凝土基面)和9%(瀝青混凝土基面).還需指出的是，60 ℃高溫下，剝離后的標線帶背部較為潔凈而在對應的測試板上則觀察到了壓敏膠殘留物，即剝離主要為界面破壞與膠黏劑內聚力破壞共存的混合破壞.目前道路用預成形標線帶種類數以百計，考慮到粘結性對溫度敏感程度的不同，具體應用時，當在對道路所在地環境特征綜合分析基礎上選用.

圖6 不同溫度下膠結于不同基面的標線帶剝離力

3 結 論

1) 道路預成形標線帶粘結性與路面類型有關，相同構造深度下，膠接于瀝青混凝土基面3種標線帶的抗剝離力均相對水泥混凝土基面的大，主要源于壓敏膠與瀝青分子間存在相互吸附作用.

2) 對水泥混凝土和瀝青混凝土基面，隨著構造深度的增大，三種標線帶的抗剝離力均呈減小趨勢，主要源于構造深度增加，標線帶與基面間脫空增多，有效粘結面積及吸附減弱.相對于水泥混凝土基面，標線帶與瀝青混凝土基面間的抗剝離力隨構造深度減小的幅值相對較小.

3) 由于路面類型及表面構造與現行測試標準基面即鋼板的差異，導致現行標準測試結果和標線帶與實際路面間的粘結力有較大差異，現行測試結果僅能對不同標線帶進行對比評價.

4) 所測試的3種標線帶在使用過程中均具有優良的封水效果，但標線帶施工過程中，路面潮濕會嚴重降低標線帶的抗剝離力，故其施工必須在適宜的天氣條件下進行，確保路面處于干燥狀態.

5) 兩種基面下，3種標線帶中溫下的抗剝離力最大，低、高溫下的抗剝離力均降低，另外，標線帶與路面的粘結性對溫度的敏感性隨標線帶壓敏膠種類和路面材料的不同有較明顯的變化.

綜上，道路預成形標線帶的拉伸剝離試驗，宜針對剛、柔性兩類路面類型和路表構造特征，綜合道路所在地溫度變化區間，以更準確地反映標線帶與粘結性相關的使用性能狀況.

[1]曲凱.道路涂料及其應用[M].沈陽：東北大學出版社,1993.

[2]尹海佳.高速公路熱熔標線常見問題及應對措施[J].公路,2006(8):316-318.

[3]王發洲,張運華,閻國剛,等.高強頁巖陶粒瀝青混合料的研究與應用[J].武漢理工大學學報,2008,30(9):9-12.

[4]初秀明,嚴新平,毛喆.道路標志自動分類方法[J].交通運輸工程學報,2006,6(4):91-95.

[5]李波,徐歐明,韓森.路表紋理的分形特征及在抗滑性預估中的應用[J].武漢理工大學學報,2009,31(19):102-104.

[6]徐安花.摻廢舊陶瓷顆粒的道路標線涂料技術性能[J].武漢理工大學學報,2014,36(6):54-57.

[7]陸和生，劉澤倫，劉志遠.一種道路交通標線帶用壓敏膠及其制備方法:200510037498.X[P].2007-04-04.

[8]趙英.新型道路交通標線帶:03252931.7[P].2004-09-29.

[9]中國國家標準化管理委員會.道路預成形標線帶:GB/T 24717—2009[S].北京：中國標準出版社，2010.

[10]蘇文英，白媛媛，吳凡.道路預成形標線帶檢測技術[J].公路交通科技,2005,22(10)：129-131.

On the Assessment of Adhesive Properties of Preformed Pavement Marking Tape

HUANG Wanqing1)YOU Hong1)LU Yang2)

(SichuanCommunicationsSurveyingandDesignInstitute,Chengdu610017,China)1)(SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)2)

Peeling off tests are performed to study the influence of pavement type, texture depth (TD), humidity and temperature on the adhesive properties of preformed pavement marking tapes (PPMTs) produced by three different manufactories. It is found that the adhesion of the PPMTs decreases with the increase of TD of the pavement surfaces, and the decreasing amplitude of adhesion of the PPMTs to the asphaltic pavement is relatively small; when TDs are of the same order, the adhesion of the PPMTs to the asphaltic pavement is higher than that to the Portland Cement Concrete pavement; the PPMTs all show excellent waterproof performance in use, but the adhesion of the PPMTs to wet road severely reduce. It also shows that the adhesions of the PPMTs are sensitive to testing temperatures. It was therefore suggested that testing conditions of pavement materials as well as pavement TD and testing temperatures should be specified for peeling off tests in order to ensure the proper assessment to the adhesive properties of the PPMT.

preformed pavement marking tape; peeling off test; adhesion property; pavement types; surface property of the pavement; temperature and humidity

2017-06-07

*四川省交通科技項目資助(2015-4-1)

U491.523

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.04.013

黃晚清(1978—)：男，博士，高級工程師，主要研究領域為道路工程