全天候雨夜道路反光標線材料研究進展

摘要：文章總結了國內外雨夜反光標線的類型及優缺點，歸納了國內外關于雨夜反光標線逆反射性能的技術指標，探討了雨夜反光標線逆反射性能的影響因素。結果表明：（1）目前有4種類型的標線符合雨夜反光標線理念，反光機理在于結構形式改變和材料優化設計；（2）國內外主要采用逆反射光度系數對標線夜間視認能力進行評價，并根據環境、標線顏色對評價指標進行劃分，但國內規范并未考慮路面顏色、車流量和視距等因素；（3）可從材料和結構兩方面入手提高雨線的逆反射性能，在材料方面可提高涂料白度和玻璃珠質量，在結構方面可設法增強玻璃珠與涂料的結合能力，并增大結構突起部分立面面積。建議在未來研究過程中重視施工設備和施工工藝相關研究。

關鍵詞：道路工程；標線；雨夜；玻璃微珠；逆反射系數

中圖分類號：U491.5+23 A 52 171 4

0 引言

道路交通標線作為重要的交通基礎設施，具有疏導、分散交通流的功能，在保證人車安全方面發揮著不可替代的作用［1］。道路標線在白天和夜間均應具有良好的視認性。白天的視認性是指漫反射條件下標線的亮度和白度，而夜間的視認性在于標線在車燈照射下的逆反射能力。在潮濕或連續降雨條件下，標線易被水膜覆蓋，導致標線模糊不清，這會給駕駛者帶來極大的安全隱患。據國際照明委員會（CIE）統計，夜間行車的事故發生率是白天的3倍［2］。因此，提高道路標線的全天候視認性對于道路交通安全十分重要。

一些研究人員針對性地提出了有效的解決辦法，即應用全天候雨夜道路反光標線（簡稱雨線）。雨線可以極大程度提升車輛行駛安全性、減少交通事故。隨著我國公路建設迎來高質量發展需求，雨線正逐漸替代原有標線類型成為道路標線的主要發展趨勢。基于此，本文從雨線材料研究進展、國內外雨線逆反射性能相關規范標準和雨線逆反射性能影響因素三方面進行綜述，以期為雨線材料的發展和推廣提供參考。

1 全天候雨夜道路反光標線材料研究進展

《道路交通標線質量要求和檢測方法》（GB/T 16311-2009）對雨夜標線做了規定，認為其應具備潮濕狀態下的逆反射性能，在雨夜具有良好的視認效果［3］。目前，國內外雨夜標線主要包括以下4類：振動標線、陶瓷珠雨夜道路標線、水性涂料反光標線和雙組分雨夜反光標線［4］。

1.1 振動標線

振動標線是20世紀90年代初由日本最先提出的概念，最初目的是降低雨天環境標線可視度下降帶來的安全隱患［5］。振動標線表面有突起部分，如圖1所示。當駕駛員偏離行駛軌跡壓到標線時，車身會產生振動并發出噪聲，從而在視覺、聽覺和觸覺多方面給予駕駛員警示。另外，振動標線的突起部分較高，降雨時突起部分裸露于雨水之上，保留部分逆反射功能。振動標線成本較低，安全效果好，是提高道路交通安全性的有效途徑，因此廣泛用于危險路段、禁止超車道、轉彎處等。但由于其規整的結構特點，司機經過彎道處時由于回歸反射的定向效果，光線無法返回司機視野內，最終導致標線反光作用失效。

圖1 振動標線雨夜逆反射示意圖

1.2 陶瓷珠雨夜道路標線

陶瓷珠雨夜道路標線是使用陶瓷珠替代傳統的普通玻璃微珠的一種新型標線形式，目前，在涂料中摻加反光增強作用的玻璃微珠已成為業內常用做法。玻璃微珠是利用回歸反射原理，當夜晚車輛光源照射微珠表面時，由于折射作用光路聚集在玻璃微珠焦點的特殊反射層上，反射光線沿與光源方向平行反射回司機視野，實現夜間視認目的［6］。由于陶瓷珠與普通玻璃微珠的反光原理不同，陶瓷珠雨夜道路標線可達到100 m以上的反光距離，保證駕駛員具有足夠的反應距離［7］。結合陶瓷珠與玻璃珠的優點，美國3M公司研發了一種折射率為2.4的新型玻璃微珠，具有比普通玻璃珠更大的折射率，因而可以增加覆蓋水膜時的反射光，但這種玻璃微珠同時具有明顯缺點，即只有在潮濕環境下才會反光，在干燥條件下不反光，施工時需要高、低折射率的玻璃微珠混合使用［8］。京臺高速公路改擴建德州至齊河段晏城立交匝道為我國首條長效雨夜標線段，其通過提高玻璃珠摻量，級配范圍從0.3～0.85 mm變為0.3～1.4 mm，并在面撒玻璃珠及預混玻璃珠中均摻加了折射率為1.7的陶瓷珠，保證標線在干燥、潮濕和連續降雨條件下具備較好的反光能力［9］。路面標線的玻璃微珠應保證50%的面積暴露在表面，以達到最佳反光能力。玻璃微珠埋入太深或太淺都會影響反光能力。此外，在雨夜條件下，玻璃微珠表面由于覆蓋水膜，入射光會在水膜發生鏡面反射，導致進入玻璃微珠的光線減少。

1.3 水性涂料反光標線

當前，以石油樹脂為主的熱熔涂料和以丙烯酸樹脂為主的溶劑型涂料仍然占據我國較大的市場份額，但由于成本高、對人體及環境有害的弊端，不符合環境友好理念，特別是2020年出臺的國家標準《路面標線材料有害物質限量》（JT/T 1326-2020），對道路標線材料揮發性有機化合物（VOC）和重金屬含量進行限量規定［10］。因而，無毒無污染的水性涂料成為雨線涂料理想的發展方向。另外，由于水性涂料和玻璃珠具有超強的粘結力，可以使用尺寸更大的玻璃珠，進而保證了道路標線的反光性和耐久性。我國水性標線涂料研究工作起步較晚，在使用后期暴露出耐候性差、易粘臟和干燥時間長等問題。隨著環保理念漸漸深入人心，我國開始重視、研發、推廣水性標線涂料。董立志等［11］選用快干純丙乳液混合氟碳乳液制備水性反光道路標線涂料，改善了涂膜的耐污性和耐候性，通過加入石英砂和納米二氧化硅，改善了耐磨性和抗壓強度。雍濤等［12］從提高水性涂料的快干性、耐久性和粘附性等性能出發，以水性丙烯酸乳液為基料制備水性道路標線涂料，滿足了國家標準《路面標線涂料》（JT/T 280-2004）［13］規定的各項要求，并根據玻璃微珠的尺寸控制涂膜厚度，從而實現道路標線夜間可見性。謝邦柱等［14］建議水性涂料除在快干性、粘附性、耐候性、耐久性等方面需要深入研究外，還需進一步提高水性標線涂料非清潔環境的施工性能。

全天候雨夜道路反光標線材料研究進展/韋旋馨

1.4 雙組分雨夜反光標線

雙組分雨夜反光標線（簡稱雙組分雨線）是基于高防滑、全方位及全天候反光性提出的一種標線概念。施工前需要施工人員將兩種不同組分按比例調配，經由化學聚合反應形成涂膜，但實際上組分可能為三種或三種以上［15］。這種標線一般為凸起點狀或不規則形狀，可以保證車輛光源任意角度入射時均可獲得理想的反光效果。另外，由于雙組分雨線的高度比熱熔反光標線高，降雨時可以保證較多面積暴露在雨水外，達到反光的效果。結構示意及反光原理見圖2。與連續平整標線比較，雙組分雨線單位面積承受了更大的車輛荷載，因此對標線的強度、抗沖擊性和粘附力提出了更高的要求。我國國家標準《路面標線涂料》（JT/T 280-2004）規定，1 000 g雙組分涂料在200轉磨耗后減重應＜40%。受到沖擊后除沖擊部位外應無明顯裂痕、皺紋及脫落［16-17］。我國早在20世紀70年代就開發以環氧型為涂料組分的雙組分雨線涂料，固化劑采用胺類物質［18］。發展至今，雙組分雨線涂料主要分為環氧型、聚氨酯型、聚脲型和丙烯酸酯型4類，其中活性丙烯酸樹脂以其快速的干結速率、良好的柔韌性、出色的粘附力、良好的耐候性和環保特性在國內道路標線得到了廣泛應用［19］。

圖2 雨夜環境雙組分雨線示意及回歸反射圖

2 雨夜道路反光標線的規范標準

無論是哪種標線形式，表征夜間視認能力的逆反射系數為國內外規范標準的重要評價指標。歐洲標準化組織CEN/TC226技術委員會在2003年對歐洲標準《道路標線材料道路標線性能》進行了部分修訂，執行標準代碼為EN 1436：1997/A1：2003。采用逆反射亮度系數對夜間無照明條件道路標線的光學性能進行評價，潮濕及降雨條件下逆反射系數見表1。除此以外，美國ASTM E2177也考慮了在潮濕環境道路標線的逆反射性能，其中白色反光標線逆反射亮度系數應≥200 mcd·m-2·lx-1，黃色反光標線的逆反射亮度系數應≥175 mcd·m-2·lx-1［20］。

借鑒歐美道路標線檢驗和施工驗收標準有關規定，我國標準《道路交通標線質量要求和檢測方法》（GB/T 16311-2009）規定白色反光標線逆反射亮度系數≥80 mcd·m-2·lx-1，黃色反光標線數值≥50 mcd·m-2·lx-1，建議雨線在雨夜需具備良好視認效果，但沒有給出具體的定量數值要求。行業標準《公路工程質量檢驗評定方法》（JTG F80/1-2017）增加了雨線逆反射亮度系數的限制，如表2所示。但相較EN 1436：1997/A1：2003，我國規范劃分逆反射系數等級并未考慮不同路面類型（瀝青路面或水泥混凝土路面）和不同使用需求。

綜上，國內外標準規范均采用逆反射亮度系數評價標線的反光能力，在測試時考慮了潮濕及降水條件、標線顏色對逆反射性能的影響。總體來看，美國ASTM E2177規范對逆反射反光系數的要求最高，歐洲標準1436：1997/A1：2003和我國標準JTG F80/1-2017要求相當，但我國標準未考慮路面類型和使用需求的差異，經驗性認為深色瀝青路面標線的視認能力要略優于淺色水泥混凝土路面標線，建議國內標準對兩種路面標線的逆反射亮度系數技術要求進行適當區分。

3 雨線逆反射性能提高方法

如前文所述，通過對國內外標準的比對，發現歐洲、美國和我國均對道路標線在潮濕以及連續降雨條件的逆反射亮度系數做出了等級要求。道路標線的逆反射亮度系數與交通事故發生率密切相關［21］。據統計，逆反射系數每提高10～100 mcd，交通事故發生概率會降低0.9%～8.6%［22］。因此，提高道路標線逆反射性能對于降低交通事故至關重要。

雨線的逆反射性能受結構、材料或二者共同影響。從材料角度來說：

（1）標線涂料自身性能顯著影響著標線的逆反射性能。研究表明，涂料的白度越高，車輛光源入射后損失越小，逆反射系數越高［23］。加入鈦白粉是提高涂料白度的有效途徑。王清華［24］比較不同鈦白粉含量的色譜坐標，發現摻量為10 phr時對涂料亮度因子具有很大的提升作用。在鈦白粉用量相同時，以甲基丙烯酸十六酯（HMA）為單體的合成樹脂比熱熔標線具有更加優異的白度。另外，更加細膩的填料也有利于增強白度，進而提高涂料逆反射能力［25］。

（2）涂料中摻入的反光增強材料尤其是玻璃微珠是標線逆反射能力的關鍵因素，這其中玻璃珠的折射率、粒徑、級配和折射率均顯著影響到標線的逆反射性能。祁曉靜等［25］探討了玻璃珠成圓率與反光能力的關系，認為車輛光源經成圓不理想的玻璃珠反射后光路會偏離駕駛員視線，建議玻璃珠的成圓率＞90%。同時，為了避免出現小玻璃珠被大玻璃珠遮擋的情況，玻璃珠的粒徑分布應盡量均勻，范圍在20～60目。另外，研究表明玻璃珠的折射率n越大，回歸反射的光路會趨于集中，回歸反射的效果越好［6］，但成本會顯著提高，因此，有必要選用高折射率玻璃珠時混摻低折射率玻璃珠使用。

結構方面，振動標線和雙組分雨線可以部分暴露在雨水外，依靠獨特結構保證反光性能。我國標準《道路交通標線質量要求和檢測方法》（GB/T 16311-2009）規定突起振動標線的突起部分高度為3～7 mm，若設置基線，基線厚度為1～2 mm［3］；雙組分涂料標線厚度范圍為0.4～2.5 mm。玻璃珠與涂料結合力越強，服役過程中不易脫落，則標線的反光壽命越久。在實際應用中，由于振動標線突起的結構，其表面裸露的玻璃微珠極易脫落，導致服役初期振動標線逆反射能力下降較快。薛曉東［26］分析認為施工因素顯著地影響著道路標線的反光效果。玻璃珠撒布較少時逆反射亮度較低，但撒布較多也會出現標線發暗現象，這是由于光線反復折射導致的。玻璃微珠的嵌入深度與反光能力具有一定關系，研究表明嵌入深度達自身粒徑的55%～67%時入射光線可以發生完全回歸。此外，采用兩次撒布工藝以提高玻璃珠用量也是提高標線反光能力的有效方法。徐翔等［27］總結了振動標線在寧杭高速公路的應用經驗，發現振動標線視認效果受突起部分立面面積影響，面積越大反光性能越好。相比之下，雙組分雨線的突起部分高度更小，但數量密集且分布均勻，因而在施工時還需配備專用的施工設備和熟練的操作人員。

4 結語

本文對雨線類型及其優缺點進行了總結，歸納了國內外現有標準規范的指標要求，探討了雨線逆反射性能的影響因素，主要結論如下：

（1）現階段有4種類型的標線符合雨夜反光標線的理念，反光機理在于結構形式改變和材料優化。在各種雨線中，水性涂料雨線以其與玻璃珠的結合能力好、綠色環保的特點具有優良的應用前景。

（2）針對雨線反光性能，國內外主要采用逆反射光度系數進行評價，并根據環境、標線顏色對評價指標進行了劃分，但我國標準并未考慮路面顏色、車流量、視距和公路自身復雜情況等因素，建議修訂時對反射亮度進行適當區分。

（3）為提高雨線的逆反射性能，可從材料和結構兩方面入手。從材料角度出發，提高涂料的白度和玻璃珠的質量是有效途徑；在結構方面，增強玻璃珠與涂料的結合能力、有效增大突起部分立面面積可以提升振動標線和雙組分標線的逆反射性能。

（4）材料和結構是未來雨線研究的主流方向，而目前關于雨線施工的研究較少，在未來研究過程中亟須補充對施工設備和施工工藝的研究。

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收稿日期：2022-11-30