雙層涂層道路標線的耐沾污性研究

王灝 林偉權 黃玉玲 凌國政

摘要：文章分析了道路交通標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線，并采用SPSS軟件對標線使用期間的耐沾污性能進行試驗分析。結果表明，雙層涂層抗污標線的抗污性能明顯優(yōu)于熱熔標線和雙組份標線，具有良好的推廣應用前景。

關鍵詞：道路交通標線;耐沾污性;SPSS軟件;試驗

中圖分類號：U491.523 文獻標識碼：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線是道路交通管理最基本的交通安全設施之一，它的作用是為機動車駕駛者和行人提供指示、警告和禁止信息，從而達到管制和引導交通并提高交通安全性的目的。鮮艷、醒目的標線可顯著降低交通事故，提高車輛通行效率，為此交通標線應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年使用的標線涂料主要是熱熔型標線涂料，近年來亦在部分道路使用過雙組份標線涂料。但在實際應用過程中，發(fā)現(xiàn)南寧市城市道路目前施劃的交通標線存在抗污染性差、白度低、日間可視性差的問題，標線的標示和引導功能大大降低。在交通違章和交通事故判定中，標線不清晰和看不到路面標線的投訴日益增加，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和南寧華之邦交通設施材料有限公司共同承擔了南寧市科學研究與技術開發(fā)計劃重點研發(fā)項目“城市道路交通安全抗污環(huán)保型標線的研究和應用”（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、夜間反光亮度高的新型道路標線。

1道路標線材料分類和性能

1.1道路交通標線材料的種類

道路標線材料可分為預成型標線帶和標線涂料。

1.1.1預成型標線帶

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、施工機械化程度低、標線清除難度大等原因，此類標線主要用于文字、箭頭和圖形。

1.1.2標線涂料

根據(jù)《路面標線涂料》（JT/T280-2004）標準，標線涂料分為溶劑型、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，用它們施劃的標線涂層薄、使用壽命短，一般用于臨時標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用最廣泛的標線涂料。

1.2長效型涂料的性能

1.2.1熱熔型標線涂料

熱熔型涂料由樹脂、顏料、填料和玻璃珠組成，施工時需將涂料加熱到180℃～220℃，涂料冷卻固化后形成標線。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間最長、用量最大的標線涂料。

1.2.2雙組份標線涂料

該類型涂料是一種熱固性涂料，涂料中不含有機溶劑，可在常溫下通過化學反應固化成型，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，在寒冷地區(qū)使用，標線不易開裂和脫落、使用壽命長，近年來用量逐年上升。

2道路標線污染原因分析

交通標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線表面產(chǎn)生的污染;吸入性污染是指附著在標線表面的污染物進入到涂層內(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變溫度低。當環(huán)境溫度大于玻璃化轉變溫度時，標線形態(tài)由剛性的玻璃態(tài)轉變?yōu)楦邚棏B(tài)，標線涂層開始變軟，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。在一些污染嚴重、雨水少的城市，白色熱熔標線的顏色甚至與瀝青路面相差無幾，標線污染嚴重（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，用其施劃的標線涂膜致密性差，表面存在大量的微細孔隙，灰塵和極細小的廢氣顆粒物附著在涂層表面后，在毛細管效應的作用下，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性的污染，當受到雨水的沖刷后，附著的污染物脫離標線表面，標線污染程度減輕，可視性有所提高，但吸入性污染中污染物進入到涂層后較難清除。

3雙層涂層道路標線的材料選擇和性能

針對現(xiàn)有標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線，由底層和面層組成，底層是雙組份涂料標線，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。

3.1抗污道路標線用材料的選擇

3.1.1抗污標線底層涂料選擇

南寧市屬于亞熱帶季風氣候，夏季時間長、溫度高，熱熔標線變軟和發(fā)粘后，塵埃、油污等易粘附和嵌入涂層中，造成標線污染。為了提高標線的耐熱穩(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交聯(lián)反應形成標線。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目的極細的重質碳酸鈣，不添加石英砂等粗填料，制備的涂料表面細膩、流平性好、孔隙率低，改善了標線表面粗糙、孑L隙率大的狀態(tài)。

3.1.2抗污標線面層涂料選擇

采用細填料制備的丙烯酸雙組份涂料施劃的道路標線，其涂層耐熱穩(wěn)定性提高，標線在高溫環(huán)境中使用，涂層不會變軟和發(fā)粘，且標線表面的孔隙率降低。與熱熔標線比較，雙組份標線的吸附性污染下降，標線的可視性有一定程度的提高。但標線涂膜表面仍存在大量的微細孔隙，由此引起的吸入性污染導致標線的可視性能下降。本項目研究了一種熱固性丙烯酸樹脂清漆，施工時將其噴涂在雙組份標線表面，該清漆可滲入到標線涂層的微細空隙中，并在標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線內(nèi)部，提高了標線的耐沾污性能。

3.2抗污標線的性能

雙層涂層抗污標線采用雙組份劃線車施工，首先在路面上噴涂雙組份標線涂料，待標線干燥后，在其上噴涂一層熱固性丙烯酸樹脂清漆，標線為雙層涂層構造。抗污標線、熱熔標線和雙組份標線的性能對照見表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，但標線存在涂層遇熱變軟、涂膜表面粗糙、孔隙率大的缺點。

（2）雙組份涂料的耐磨性和白度比熱熔型涂料有所提高，用其施劃的標線表面光滑細膩，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，但涂料干燥時間比熱熔型涂料久，施工時對道路交通有一定的影響。

（3）與雙組份涂料相比，抗污標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、油污等對標線的污染。

4道路應用試驗及效果分析

4.1試驗地點和數(shù)據(jù)分析方法

4.1.1南寧市抗污標線的試驗地點

試驗地點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（萬達廣場）旁，其試驗的效果較為理想。

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線涂料開展標線耐沾污性道路對比試驗，跟蹤檢測標線的相關試驗數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件對標線的耐沾污性進行分析。本項目采用表2中相關檢測設備對標線的白度和逆反射系數(shù)進行數(shù)據(jù)采集。

4.2交通標線白度衰減性能分析

4.2.1實驗路段標線初始狀態(tài)分析

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

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

4.2.2交通標線白度衰減函數(shù)方程

標線施工完成后，我們對以上各種標線在不同天氣和環(huán)境條件下的白度進行了連續(xù)的跟蹤觀察和檢測，獲得了不同標線的白度性能數(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)值進行函數(shù)擬合得到不同材質標線白度衰減曲線和函數(shù)。

4.2.2.1熱熔標線白度衰減曲線（見圖2）

4.2.2.2城市抗污標線白度衰減曲線（見圖3）

4.2.2.3雙組份涂料標線白度衰減曲線（見圖4）

4.2.3交通標線白度衰減對比（見圖5）

根據(jù)以上各型標線白度衰減曲線和方程可得到如下結論：

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

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

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

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

（5）從函數(shù)的性能分析能發(fā)現(xiàn)：

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

②熱熔標線的白度衰減過程是一個快速下降的過程，60 d后熱熔標線的白度會下降到接近20度，并且隨著時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。

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

5經(jīng)濟效益分析

雙層涂層抗污標線涂料是一種耐磨性能極好的涂料，施工后標線涂層厚度可達到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，二次施工無需清除舊線。以南寧市每年施劃道路標線500 000 rrf計算，抗污標線、熱熔標線和雙組份標線的年標線施工費用見表6。

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

6社會效益分析

首先抗污標線涂料是一種環(huán)保安全的涂料，它不含有機溶劑，施工不需加熱。以南寧市每年使用2500 t熱熔涂料，抗污標線涂料每平方米用量為熱熔型涂料的1/3計算，使用抗污標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線污染嚴重、白度低、日間可視性差的問題。潔白、整齊的標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結語

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

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