高性能公路彩色防滑標(biāo)線關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用

楊繼源

(山西交通養(yǎng)護集團有限公司,山西 太原 030006)

0 引 言

公路標(biāo)線的視認(rèn)性是其保障交通安全最重要的性質(zhì),標(biāo)線的長效耐久性決定了其服務(wù)質(zhì)量和服役壽命。然而,由于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對公路交通標(biāo)線產(chǎn)品質(zhì)量、建設(shè)施工和養(yǎng)護管理等各個環(huán)節(jié)規(guī)范值較低或存在疏漏,仍存在道路標(biāo)線視認(rèn)性低、施工質(zhì)量把控不嚴(yán)、標(biāo)線耐久性差、服役壽命低等問題。本研究將針對傳統(tǒng)道路標(biāo)線提升安全性與服役壽命的需求,開展高性能公路交通標(biāo)線的視認(rèn)性提升和長效耐久技術(shù)研究及應(yīng)用,開發(fā)一種逆反射系數(shù)高、視認(rèn)性好、長效耐久的道路標(biāo)線產(chǎn)品,2021年11月首次應(yīng)用于山西省并試驗成功,形成初步的理論研究方向,2022年繼續(xù)深入研究并大規(guī)模應(yīng)用于工程實體,從而提出高性能道路標(biāo)線材料的優(yōu)選與施工方法,目的是建立長效耐久高亮公路交通標(biāo)線路用性能評價體系,依托實體工程應(yīng)用,形成長效耐久型高性能公路交通標(biāo)線施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1 傳統(tǒng)的公路交通標(biāo)線與認(rèn)知缺陷分析

1.1 傳統(tǒng)的公路交通標(biāo)線

傳統(tǒng)的公路交通標(biāo)線以熱熔標(biāo)線為主,具有施工簡便、成本低、可快速開放交通等優(yōu)點,但是熱熔型標(biāo)線需要加熱至200 ℃以上,在施工過程中會釋放有害氣體,不僅浪費能源,而且溫度控制不好會導(dǎo)致面撒玻璃珠嵌入過大或過小,影響標(biāo)線的視認(rèn)性和耐久性,社會經(jīng)濟效益有限。此外,熱熔標(biāo)線的逆反射系數(shù)較低且在通行過程中衰減迅速,熱熔涂料的強度低,容易在冬季發(fā)生開裂,造成服役壽命縮短。

1.2 標(biāo)線認(rèn)知缺陷分析

在國內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范制定方面,當(dāng)前路面標(biāo)線施工使用的路面標(biāo)線熱熔反光型涂料遵循《路面標(biāo)線涂料》(JT/T 280—2004)標(biāo)準(zhǔn)要求,而2018年5月1日實施的《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1—2017)對交通標(biāo)線的要求進行了修訂,故如果仍采用2004版標(biāo)準(zhǔn)對熱熔反光型涂料進行產(chǎn)品控制已無法滿足評定標(biāo)準(zhǔn)要求,而《路面標(biāo)線用玻璃珠》(GB/T 24722—2009)中關(guān)于玻璃珠級配的規(guī)定未考慮標(biāo)線的持續(xù)反光問題與性能衰減,其合理性有待進一步商榷。公路交通反光標(biāo)線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求在超過7個行標(biāo)或規(guī)范中均有涉及,存在技術(shù)指標(biāo)分散、標(biāo)準(zhǔn)不協(xié)調(diào)、檢測方法不明確等問題。雖然許多學(xué)者做了大量的努力,但當(dāng)前的研究主要是技術(shù)經(jīng)驗的總結(jié),交通標(biāo)線壽命短、標(biāo)線過早剝落、不耐酸堿腐蝕、施工普遍復(fù)雜、養(yǎng)護困難等問題尚未得到有效解決。并且國內(nèi)外交通標(biāo)線材料產(chǎn)品參差不齊,有關(guān)交通標(biāo)線原材料質(zhì)量控制指標(biāo)和耐久性等交通標(biāo)線材料設(shè)計的研究鮮有報道。隨著公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展,但目前關(guān)于公路交通標(biāo)線建設(shè)與養(yǎng)護管理的研究仍較為匱乏,主要工作仍停留在較為主觀、簡單、粗放的層面,缺乏對交通標(biāo)線可視性形成、性能控制和衰變機理的深刻認(rèn)識,導(dǎo)致現(xiàn)有工作的科學(xué)性不夠、科技主導(dǎo)作用不強,尚未形成交通標(biāo)線質(zhì)量控制的長效機制。

2 主要研究內(nèi)容、創(chuàng)新點及關(guān)鍵技術(shù)問題

2.1 交通標(biāo)線涂料性能表征與質(zhì)量控制

綜合考慮環(huán)境與交通量的綜合影響,采用涂膜熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂、耐壓力老化、耐紫外線老化以及加速加載試驗對不同涂料進行色度、力學(xué)性能與耐久性性能進行評價,建立材料組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和標(biāo)線服役性能之間的關(guān)系,并根據(jù)氣候環(huán)境和交通等級推薦其質(zhì)量控制指標(biāo)。

2.2 交通標(biāo)線玻璃珠性能表征與質(zhì)量控制

探討玻璃珠的級配特征、成圓率和折射率等性能指標(biāo)以及撒布工藝和嵌入程度等施工指標(biāo)對標(biāo)線反光特征的影響機制,明確其關(guān)鍵影響因素,并提出合理控制范圍;提出面撒和內(nèi)混玻璃珠對逆反射亮度系數(shù)的關(guān)鍵影響指標(biāo),并推薦其控制范圍和方法。

2.3 交通標(biāo)線視認(rèn)性衰變機理與調(diào)控技術(shù)研究

探明交通標(biāo)線視認(rèn)性的物理內(nèi)涵,明確可視性衰變機理與關(guān)鍵影響因素,長效耐久型高性能公路交通標(biāo)線質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn);采用室內(nèi)模擬試驗考慮氣候與交通量綜合影響下交通標(biāo)線抗滑、抗裂和可視性的衰變規(guī)律,并探索其性能衰變機理,提出交通標(biāo)線耐磨、抗裂和耐候性評價方法與控制指標(biāo)。

2.4 創(chuàng)新點、關(guān)鍵技術(shù)問題

(1)創(chuàng)新點。

研究氣候條件、交通量、涂膜厚度和玻璃珠撒布量等參數(shù)對交通標(biāo)線可視性衰退的影響,建立交通標(biāo)線可視性衰變預(yù)估模型,預(yù)測未來的性能衰退狀態(tài)。

(2)關(guān)鍵技術(shù)問題。

探討標(biāo)線涂料原料組成與交通標(biāo)線各項性能指標(biāo)之間的聯(lián)系,并提出涂料質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù);制備逆反射系數(shù)600 mcd/m2/lx以上,逆反射系數(shù)衰減速率降低20%的高性能公路交通標(biāo)線;竣工驗收一年后交通標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)衰減速率相比普通標(biāo)線降低20%以上;交通標(biāo)線使用壽命提升30%以上。

探明玻璃珠逆反射性能關(guān)鍵影響因素,并推薦出面撒和內(nèi)混玻璃珠質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù);交通標(biāo)線視認(rèn)性衰變機理研究采用理論分析與模擬試驗相結(jié)合的方法,從原材料控制、耐久性提升、可視性的物理內(nèi)涵與衰變機理等方面入手,系統(tǒng)開展公路交通標(biāo)線視認(rèn)性控制及耐久性提升關(guān)鍵技術(shù)研究,大幅提升了交通標(biāo)線的安全水平,并降低養(yǎng)護維修成本。

3 主要技術(shù)優(yōu)勢、參數(shù)指標(biāo)及施工方法

3.1 八項主要技術(shù)優(yōu)勢

彩色防滑涂料,配以色彩豐富的顏料生產(chǎn)而成的涂料,施工時與骨料按照特定的施工工藝拌和攤鋪到路面上,形成3～7 mm薄層面的彩色防滑標(biāo)線。新型雙組份抗滑彩色標(biāo)線色澤鮮艷持久、不褪色、使用壽命長,可耐78 ℃的高溫和-22 ℃的低溫;不同顏色的標(biāo)線標(biāo)識提示駕駛者在規(guī)定路面(車道)上行駛、停靠,可避免不同車輛的混行停靠;超薄無振動型彩色防滑標(biāo)線可提高摩擦系數(shù),有效解決原有標(biāo)線光滑的問題;彩色防滑標(biāo)線在提高標(biāo)線性能和功能的同時,還可使服務(wù)區(qū)環(huán)境更加五彩斑斕,讓人耳目一新。更重要的是,彩色防滑標(biāo)線能緩解駕駛員在生理上的過度疲勞和汽車在使用上的極限狀態(tài)[1-3]。

(1)新視覺:色彩生動鮮艷,視認(rèn)性好,視覺提示效果好;妝點路面的同時美化并融入周邊環(huán)境。

(2)防濕滑:表面粘合防滑骨料,防滑性能好,顯著增加路面雨天防滑性能。

(3)強附著:活性丙烯酸樹脂可在路面上迅速潤濕且快速滲透到大量“毛細(xì)血管”中去,反應(yīng)聚合后形成大分子聚合物,在“毛細(xì)血管”中形成大量的“楔”,從而使得標(biāo)線對路面產(chǎn)生強大附著力。

(4)抗擠壓:標(biāo)線涂膜致密且不受溫度變化影響,在低、高溫環(huán)境下都具有較高機械強度。

(5)耐磨損:抗磨剝層的混合物包括高強度骨料、粘合劑、填充料。

(6)無裂紋:克服環(huán)氧型彩色防滑涂料的耐候性差、易開裂的問題。

(7)低VOC:無重金屬含量,通過了SGS等全球檢驗機構(gòu)檢驗。

(8)散水性好:無需調(diào)整街道設(shè)施,不影響排水,減少積水濺水(可減少40%的車輛剎車距離)。

3.2 主要參數(shù)指標(biāo)

不粘胎干結(jié)時間≤60 min;低溫抗裂-40 ℃三個循環(huán)后無裂紋;柔韌性≤1;抗滑擺值≥65 BPN;耐磨性≤10 mg,每1 mm厚度涂料消耗量1.5～1.8 kg/m2,以3 mm厚度彩色路面(地表溫度25 ℃)為例,材料消耗如下:骨料、涂料、固化劑分別為:2.5 kg/m2、4.5～5.4 kg/m2、0.05 kg/m2。以上為理論用量,實際用量依據(jù)路面的粗糙度適當(dāng)調(diào)整。

3.3 施工方法簡要分析

(1)三層式噴涂。

施工時人工攤鋪底涂層,撒上骨料,待有一定強度后,清掃干凈多余骨料后再使用涂料或樹脂罩一層面,適用于城市快速路、高等級公路、專用車道。

(2)兩層式噴涂。

施工時人工攤捕底涂層,撒上骨料,待有一定強度后清掃干凈多余的骨料,適用于各等級公路、城市道路、園區(qū)道路、人行天橋、車庫上下坡。

(3)混合式噴涂。

施工時將涂料與骨料均勻拌和,然后人工攤捕至路面,再用滾筒滾涂一遍,適用于各等級公路、城市道路、人行天橋、車庫上下坡、園區(qū)道路。

(4)單層式(可加砂)噴涂。

施工時將涂料采用人工或空氣輔助噴涂設(shè)備涂敷至路面即可,適用于專門美化道路或用作區(qū)域分隔地面。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

初始逆反射系數(shù)提升40%以上,逆反射亮度系數(shù)衰變速率降低約20%,服役壽命提升約30%,服役質(zhì)量提升約30%。其中,普通熱熔標(biāo)線1.5～2年重劃一次,本成果將服役壽命延長至3年,初期建設(shè)成本提升約20%,全壽命周期成本降低30%以上,預(yù)計標(biāo)線成本可降低約21元/m2;普通雙組份標(biāo)線服役壽命為3～4年,本成果將服役壽命延長至5～6年,初期建設(shè)成本提升約25%,全壽命周期成本降低20%以上,預(yù)計標(biāo)線成本可降低約25元/m2。

4.2 社會效益分析

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù),公路交通標(biāo)線的平均服役年限為2年左右,山西省高速公路每年的交通標(biāo)線建設(shè)工程量在300萬m2以上。并且隨著道路交通安全問題日趨嚴(yán)重,以及人們安全意識的逐步提升,亟需開展科學(xué)性、系統(tǒng)性的研究,大幅提升道路交通標(biāo)線的整體品質(zhì)。因此市場需求巨大,發(fā)展前景廣闊。

5 工程實例

為全面加快高速公路服務(wù)區(qū)的提檔升級,2021年11月23日,山西省長治市高速公路潞城服務(wù)區(qū)彩色防滑路面標(biāo)線標(biāo)識施工,這是山西省高速公路服務(wù)區(qū)提檔升級“六大工程”中設(shè)施完善及品質(zhì)提升工程的交通工程設(shè)施功能提升項目,長治潞城服務(wù)區(qū)是山西省首家采用彩色防滑路面標(biāo)線標(biāo)識的高速公路服務(wù)區(qū)。該項目累計完成鋪裝面積10 643 m2,采用雙組份涂料37.1 t、陶瓷顆粒用料53 t,罩面樹脂7.4 t,施劃大車位62個,其中大貨車位35個、大客車位14個、危化品車位6個、畜牧車位6個、超長車位1個;小車位77個,含無障礙車位4個,充電車位16個;人行橫道6組,含立體人行橫道4組。所有停車位全部采用雙組份彩色標(biāo)線鋪裝,路面標(biāo)線采用反光熱熔型道路標(biāo)線施劃,車輛分流引導(dǎo)由紅、黃、藍、綠四種顏色噴涂。目前,潞城服務(wù)區(qū)停車場環(huán)境優(yōu)美,車輛停放井然有序。小型車和大型車、客車和貨車的停車位十分醒目,提高了停車場的利用率,不僅滿足了司機與乘客在高速公路上的各種生理和心理需求,而且使之成為了高速公路上的一道亮麗的風(fēng)景線。

6 結(jié)束語

此項技術(shù)提高了山西省交通標(biāo)線的整體質(zhì)量和合格率,提高了山西省公路交通標(biāo)線的施工管理水平,提升交通標(biāo)線的視認(rèn)性和耐久性,大幅改善交通安全性,延長養(yǎng)護維修周期,降低綜合造價,具有重要的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益。科研團隊將繼續(xù)深入研究,圍繞交通標(biāo)線材料組成、制備工藝和質(zhì)量控制、施工機械配置、界面處治等因素對交通標(biāo)線材料施工質(zhì)量的影響,推薦出交通標(biāo)線合理施工工藝及控制參數(shù),提出長效耐久型高性能公路交通標(biāo)線施工技術(shù)指南,建立長效機制,實現(xiàn)公路交通標(biāo)線質(zhì)量的整體提升,大幅降低養(yǎng)護維修成本,并提高道路交通安全水平。