高性能熱熔雨夜標線的開發與應用

■陳明友

（寧德沙埕灣跨海高速公路有限責任公司，寧德 352000）

目前，國內標線涂料以熱熔涂料為主，超過市場份額的95%。 近年來，國內熱熔涂料品質良莠不齊，低價中標和轉包環節過多，導致熱熔涂料在耐磨性和亮度持久性等方面性能下降。 2018 年央視“3·15” 晚會對國內部分區域的道路交通標線質量問題進行了報道，暴露了我國道路交通標線質量控制各環節存在的問題。 據相關報道，我國道路交通標線普遍存在夜間視認性水平低的問題，這與標線涂料的組成和標線的應用環境密切相關。

在下雨的夜晚，司機往往看不到車道線，這是因為傳統的標線只具備干燥條件下的反光，在潮濕和連續降雨條件下不具備反光性能，這造成嚴重安全隱患。 熱熔雨夜標線是一種不僅干燥條件反光，而且在潮濕和連續降雨條件下同樣具備反光效果的新型標線。美國聯邦公路局FHWA 的研究表明[1]，在高等級公路上使用雨夜標線，可以有效降低交通事故14%～25%。 國內也有相關研究報道[2-4]，雨夜標線，又稱為全天候雨夜標線，能夠提高道路通行效率和安全性，降低交通事故率。 正常使用的標線應該滿足全天候可視認性的技術要求，也就是具備干燥、潮濕和連續降雨條件下的逆反射功能。

福建省位于我國東南沿海區域， 屬于典型的亞熱帶海洋季風氣候，雨量充沛，年平均降雨量為1 400～2 000 mm， 是中國雨量最豐富的省份之一。研究開發高性能熱熔雨夜標線對于提高道路安全性意義重大。 本研究通過涂料配方試驗開發制備高性能熱熔涂料，搭配高折射率微晶陶瓷雨夜珠和玻璃珠，制備高性能熱熔雨夜標線，并在G76 廈蓉高速漳州段開展試驗性對比應用研究。

1 高性能熱熔涂料的開發

熱熔型標線涂料，是以石油樹脂或天然樹脂等為粘結劑，常溫下固體比例超過95%，加熱熔化為流動狀態的液體，通常施工方式為刮涂工藝，面撒逆反射元素，如雨夜珠和玻璃珠等，具有干燥時間短，對路面附著力好，耐車輪摩擦等特點。

本部分主要開展熱熔涂料的配方研究，通過添加不同比例的樹脂、 玻璃珠和鈦白粉等關鍵材料，研究配方與性能的關系，開發出高性能的熱熔標線涂料配方組成。

1.1 原材料配比及測試

本研究選擇市面上的熱熔涂料的原材料，具體見表1。

表1 熱熔涂料所需原材料

本研究根據圖1，共配制了18 組樣品，每組樣品總數為5 kg， 圖2 中數字為對應的重量百分比。制備過程：選擇10 L 的不銹鋼容器，添加對應的原材料，添加順序為：玻璃珠、無機填料、石油樹脂、鈦白粉、EVA 和DOP 等添加劑，混合攪拌均勻。

圖1 配方開發流程

本研究根據JT/T280-2004 《路面標線涂料》路面標線涂料對熱熔涂料的技術要求， 對18 組樣品開展以下5 個技術指標檢測：（1）環球軟化點；（2）不粘胎干燥時間；（3）耐磨性；（4）流動度；（5）抗壓強度。檢測時，將5 kg 的樣品充分熔化均勻，加熱溫度控制在180℃左右，如果熔化過程中物料較稠，可以提高加熱溫度至190℃～200℃， 最高溫度不宜超過200℃。

1.2 配比與性能分析

從表2 可知，隨著C5 石油樹脂含量的增大，熱熔涂料的軟化點逐漸減小，石油樹脂在熱熔涂料中起到粘結劑的作用， 提高C5 含量可以提高涂料的內聚力和粘結力， 同時具有軟化熱熔涂料的作用。從表3 可知，內混玻璃珠和鈦白粉含量的變化對于熱熔涂料的軟化點、抗壓強度、耐磨性等物理性能的影響不顯著。 據報道[5]，鈦白粉的含量可以提高白色涂料的反射率，影響標線在白天和夜間的可視性效果。 尤其在夜間，逆反射效率較高的涂料有效地反射汽車車燈光源，增強夜間可視性。 鈦白粉對于光線在標線表面的傳遞過程中起到了鏡面反射的作用。 內混玻璃珠有助于提高長期反光效果且對熱熔涂料起到物理填充作用。DOP 和白油是應用較多的增塑劑品種，DOP 的極性酯基能夠與涂料樹脂極性基團彼此互溶， 從而使熱熔樹脂大分子間作用力減弱，塑性增強，提高材料的高溫流動性和成膜性。從對比來看，DOP 在本研究的配方體系中的增塑效果優于白油。聚合物樹脂和添加劑，作為熱熔樹脂的相容劑，提高配方基體的相容性和高溫流動性能。

表2 熱熔涂料性能匯總一

表3 熱熔涂料性能匯總二

在全天候熱熔雨夜標線中，熱熔涂料作為玻璃珠和雨夜珠等逆反射材料的基體，對于路面標線逆反射性能的持久性和耐候性具有重要的影響。 為了使雨夜珠充分發揮雨夜高亮逆反射性能，提升應用持久性，本研究對熱熔涂料材料的技術指標規定如下：軟化點不低于104℃，抗壓強度不低于15 MPa，耐磨性不高于20 mg，玻璃珠含量不低于25%（該技術指標與將要頒布的JT/T280-2004 《路面標線涂料》 新標準相一致）， 其他指標應參考滿足JT/T280-2004《路面標線涂料》的要求見表4。 刮涂標線厚度為（2.0±0.2）mm，面撒材料的沉降率應達到50%～60%。

表4 高性能熱熔涂料性能要求

2 熱熔涂料適用性研究及試驗路

為了進一步驗證高性能熱熔涂料配方的適用性， 本研究于2020 年1 月8 日在省內已通車運營高速公路某路段K38-K35 施劃試驗段，開展高性能熱熔雨夜標線試驗路的適用性研究。 試驗段包括如下3 種方案：三級高亮熱熔標線、普通熱熔雨夜標線、3M 熱熔雨夜標線。 3 種熱熔標線說明見表5，現場設置見圖2，該路段車流量AADT 約為25 000 pcu/d，其中貨車比例為20%。 現場施工后的標線見圖3。

表5 熱熔雨夜標線試驗段分布圖

圖2 試驗方案布置和現場圖

圖3 現場施工后標線表面圖片

3 全天候逆反射性能的測試方法

在國內標線全天候逆反射性能測試方法尚無標準，本研究參考ASTM 相關標準[6-8]，制定了如下方法，分別測試干燥狀態、連續降雨和潮濕狀態的逆反射亮度系數，測試流程介紹如下。

3.1 設備校準

用設備自帶的校準快校準逆反射亮度系數測試儀（LTL-Mark II， 丹麥,Delta）,校準完成后,安裝儀器附帶的軌道, 調整儀器測試模式為外部光源模式。用塑料管快接頭連接水箱和雨箱,打開水箱的電源開關，用3 個方盒(10 cm×10 cm) 收集4 分鐘內的降雨量，如果降雨量在91～112 mL，降雨量滿足50 mm/h 的要求。

3.2 逆反射亮度系數檢測流程

3.2.1 干燥狀態

把逆反射亮度系數測試儀置于待測區域, 確保標線表面干燥和平整，測試干燥狀態的數據,并將其記錄為RL-干燥。 如果標線有污染，需要對標線表面進行清洗，清洗干凈后，待標線表面水分自然晾干或用常溫鼓風機將標線表面水分吹干，方可進行下一步測試。

3.2.2 連續降雨

降雨箱置于逆反射亮度系數測試儀的光線孔的前側,確保兩個孔洞在同一水平面上。再次測試干燥狀態數據，確保兩個孔洞已經正確安裝。 打開水箱電源開關，每隔15 s 測試一次數據，直到連續4 個數據變化比例不高于5%時,認為連續降雨測試已達到穩定狀態。 取最后四次數據的平均值為連續降雨的數據,記錄為RL-連續降雨。

3.2.3 潮濕狀態

關閉水箱電源開關，繼續每隔15 s 收集數據，跟蹤連續降雨后RL 性能的變化，模擬潮濕狀態下的數據(ASTM E2177)，記錄電源關閉45 s 后的數據為RL-潮濕。

4 結果與討論

道路標線的性能與材料特性和應用環境密切相關。 虛線的性能變化是由于車輛的碾壓磨損和材料老化兩因素共同作用，并且不同車道的虛線所經歷的車輛類型和車流量也有所差異；車道邊線的性能變化，尤其是左邊線，主要是考慮材料老化所致。本研究在208 d 內收集了4 次該試驗段虛線和邊線的性能數據，由于現場限制，未收集到4 次左邊線的數據，虛線和右邊線的數據見表6。

表6 干燥、潮濕、連續降雨條件下標線逆反射亮度系數（單位:mcd·m-2·lx-1)

在施工完畢6 d 后，三級高亮熱熔反光標線具有微弱的潮濕和連續降雨條件下的逆反射性能，這與標線施劃初期，標線表面有機小分子遷移造成的疏水界面有關，標線表面的疏水性能使面撒玻璃珠裸露于水面而提供微弱逆反射性能。 從76 d 的數據發現，三級高亮熱熔反光標線的潮濕狀態和連續降雨狀態下的反光的性能會快速消失。

施工完畢76 d 后， 在少有車輛碾壓和磨損的右邊線位置，普通熱熔雨夜標線的連續降雨逆反射性能平均值降低至40 左右， 這與表面材料性能的老化直接相關。 3M 熱熔雨夜標線的連續降雨逆反射性能平均值約為普通熱熔雨夜標線的3 倍。 圖3展示了普通雨夜珠和3M 雨夜珠在76 d 后的右邊線上的耐候性能。

圖3 普通雨夜珠和3M 雨夜珠的耐候性能對比

施工完畢208 d 后，在少有車輛碾壓和磨損的右邊線位置，3M 熱熔雨夜標線的全天候逆反射性能是普通熱熔雨夜標線的約2.5～5 倍， 連續降雨狀態的逆反射性能約為112 mcd·m-2·lx-1。在車輛碾壓和磨損的虛線位置，3M 熱熔雨夜標線的全天候逆反射性能分別是普通熱熔雨夜標線的1.5～2 倍，連續降雨狀態的逆反射性能約為40 mcd·m-2·lx-1。

5 結論

熱熔涂料的性能與組成直接相關，石油樹脂作為粘結劑可以提高熱熔涂料的內聚力和粘結力，鈦白粉和內混玻璃珠對于涂料的物理性能影響不顯著，會影響涂料反射率和長期光學性能。 本研究選擇軟化點、抗壓強度、耐磨性等指標，開發了高性能熱熔涂料，并采用刮涂的施工方式。

本研究開展高性能熱熔雨夜標線試驗路的適用性研究，跟蹤對比三級高亮熱熔標線、普通熱熔雨夜標線、3M 熱熔雨夜標線三種方案在邊線和虛線上的全天候逆反射性能。 同時，基于國外研究和標準， 設計出一種全天候逆反射性能的測試方法，分別測試熱熔雨夜標線在干燥狀態、連續降雨和潮濕狀態的逆反射亮度系數。

三級高亮熱熔反光標線，所具備的潮濕和連續降雨條件下的逆反射性能來源于標線表面的疏水涂層和裸露于水面的玻璃珠。 對于熱熔雨夜標線，施工完畢208 d 后，在右邊線位置，3M 熱熔雨夜標線的全天候逆反射性能是普通熱熔雨夜標線的約2.5～5 倍。 在車輛碾壓和磨損的第一虛線位置，3M熱熔雨夜標線也存在性能衰減。

由于車流量等應用環境的不同，道路標線對應的性能衰減會有所差異，建議后續探索道路標線設計應用的精細化和多樣化，在車道邊線等位置采用高性能熱熔雨夜邊線，在車道虛線位置可以探索開發耐磨耐候的標線解決方案。