全天候熱熔雨夜標線技術及施工質量控制分析

作者簡介：吳 萍（1990—），工程師，研究方向：道路與橋梁工程。

摘要：文章基于中型自動化標線施劃設備，研究了全天候雨夜標線施工時涂料溫度、涂料擠出泵壓、反光珠灌系統壓力、施工地表溫度與雨夜珠的沉降關系以及施劃車輛速度與雨夜珠面積度的關系，并采用“人、機、料、法、環、測”的5M1E質量控制方法進行施劃質量控制。所施劃的雨夜標線雨夜珠沉降率及面密度達到了產品應用技術要求，標線的干態、潮濕和連續降雨狀態逆反射系數滿足設計要求并通過了項目驗收。

關鍵詞：全天候；雨夜標線；沉降率；面密度

中圖分類號：U491.5⁺23A541845

0 引言

2017年，全國共接報告道路交通事故841.9萬起。其中，涉及人員傷亡的道路交通事故203 049起，造成63 772人死亡、209 654人受傷，直接財產損失12.1億元。其中高速公路事故8 405起，死亡人數5 747人，直接財產損失3.95億元^［1］。按晴天、陰天、雨天等天氣條件對高速公路事故進行分類，由于陰、雨、霧等天氣條件原因造成的交通事故率占比為32.9%，死亡人數占比為33.7%。另外，據國外相關交通安全機構研究表明，在全世界每年有125萬人由于交通事故而失去生命，70%由天氣導致的交通事故發生在潮濕路面，其中46%發生在雨天^［2］。因此，如何提高陰雨天氣標線的亮度，以便駕駛員不但在晴朗的天氣條件下可以清晰地看清楚標線，而且在陰雨潮濕的氣候條件下也能夠清晰地看清標線從而有效地分辨車道及行車方向避免或者減少交通事故的發生，顯得更加緊要。

2009年，美國3M公司推出了“全天候雨夜標線系統”^［3］。該標線不但在晴朗的條件下具備較高的逆反射系數，而且在路面潮濕和降雨條件下仍然具備很高的逆反射系數，徹底解決了傳統標線只在晴天下可見，而雨天條件下集體“失盲”的現象，提高了標線的全天候可視性，確保駕駛員在全天候條件下特別是在雨天夜間同樣具有高亮的示廓效果，幫助駕駛員在車燈的照明下清晰地看到道路的邊線、車道分界線，確保雨天行車道路交通安全。為了進一步滿足市場的需求，我國在2017年頒布的《公路工程質量檢驗評定標準第一冊 土建工程》（JTG F80/1-2017）中，將標線分為了非雨夜反光標線和雨夜反光標線，并明確規定了雨夜反光標線干燥、潮濕和連續降雨狀態下的最低逆反射系數要求^［4］。隨后，四川于2017-10-01起實施了《雨夜公路交通反光標線質量要求和檢測方法》（DB51/T2429-2017）；江西省于2018-01-01起實施了《雨夜道路交通反光標線質量要求和檢測方法》（DB36/T978-2017）^［5］。上述標準的發布及執行，大大促進了雨夜標線的應用和推廣。而如何施劃全天候熱熔雨夜標線，使得標線在干燥、潮濕和連續降雨狀態下的逆反射系數滿足設計標準的要求，同時標線的施劃速度和穩定性、可靠性都得到有效的保證則變成了必須攻克的難題之一。

1 全天候熱熔雨夜標線應用技術研究

1.1 雨夜標線的選材研究

熱熔標線通常由熱熔涂料及反光珠組成。反光珠作為反光元素，可以將車燈照射的光線有效地反射回駕駛員的眼睛，讓駕駛員有效地看清標線。熱熔涂料作為基體，將反光珠牢牢地粘接在其表面，確保標線具備長壽命的逆反射效果；同時，涂料與路面有效的粘接，避免涂料在使用過程中發生色變、開裂、掉塊、快速磨損等情況。

反光珠通常為普通玻璃珠、雨夜玻璃珠和雨夜陶瓷珠，其區別主要為反光元素的折射率不一樣。普通玻璃珠折射率為1.5%～1.6%；雨夜玻璃珠由微晶玻璃珠通過膠粘技術包裹在玻璃珠外面構成，微晶玻璃珠的折射率為1.7%～1.9%；雨夜陶瓷珠由微晶陶瓷珠包裹在橢圓形的有機材料外面構成，微晶陶瓷珠的折射率為1.9%～2.4%。折射率為1.5%～1.6%的普通玻璃珠主要以漫反射為主，在干燥條件下具備一定的逆反射光學性能，但在雨天或者潮濕天氣條件下，由于水膜的作用，其逆反色性能基本消失^［6］；折射率在1.7%～1.9%的微晶玻璃珠，通過表面涂鍍特殊的涂層，改善其流動性及疏水性能，使其在雨夜或者霧天等條件下具備一定的逆反射性能，從而使標線具備一定的反光效果^［7］；折射率在1.9%～2.4%的微晶陶瓷珠，其真正具備了全天候的逆反射效果^［8］。由于雨夜陶瓷珠獨特的光學結構，可以確保標線在晴天、雨夜和潮濕天氣條件下仍然具備較雨夜玻璃珠更為優異的逆反射系數，有效提高了駕駛員在全天候條件下標線的視認性，而且其耐磨性也優于雨夜玻璃珠^［9］。因此，首選具備折射率在1.9%～2.4%的3M雨夜陶瓷珠。

熱熔涂料由樹脂、鈦白粉以及無機填料組成。樹脂作為標線涂料的粘結劑，其含量多少對涂料的性能影響極大^［10］。在一定范圍內，樹脂含量的增加，可以提升標線內部的層間粘結強度以及標線對面撒反光珠及路面的粘接力，使面撒反光珠及標線不易脫落，整體提升標線的使用壽命；提高標線的整體抗壓強度，使標線可以承受更大的抗壓載荷，降低標線由于過載碾壓而產生斷裂、開裂等現象。此外，隨著樹脂含量的增加，標線的軟化點也會變低，其流動性也會得到提升，從而有效地改善標線的施工性能。然而，隨著樹脂含量的增加，標線的成本也會整體增加，同時標線的耐磨性也會受到一定程度的影響。鈦白粉作為涂料的調色劑，其含量的多少將會影響標線成膜后的顏色，包括色品坐標（x，y）及標亮度因子Y。在一定范圍內，隨著鈦白粉含量的增加，標線會變得更白，其與路面的對比度會更加明顯，標線也相對地顯得更加干凈；同時，提高了標線的整體抗壓強度和耐磨損性能^［11］，使得標線的使用更加持久。同樣的，隨著鈦白粉使用量的增加，標線的成本也會相應地變高。無機填料作為填充劑，其白度不但影響標線的顏色，而且對平衡涂料的整體價格起著至關重要的作用。經過實驗室的分析及實際路試后，最終推薦的標線涂料配方技術要求不能低于表1所示。

1.2 雨夜標線的應用研究

根據《交通安全設施施工圖設計說明》要求，施劃的雨夜標線雨夜珠播撒量應≥260 g/m²，玻璃珠播撒量≥600 g/m²。施劃后的雨夜標線在初始值狀態及正常使用狀態必須滿足干燥、潮濕和連續降雨狀態下的逆反射系數值。因標線的逆反射系數和面撒反光珠的沉降率以及反光珠的面密度密切相關。經驗表明，當雨夜珠的播撒量為260 g/m²，玻璃珠播撒量在600～700 g/m²時，將雨夜珠的沉降率控制在50%～60%，面密度控制在35～45顆/25.4 mm×25.4 mm，所施劃的雨夜標線無論是在干態、潮濕還是連續降雨狀態下的逆反射系數均可滿足設計要求。采用中型自動化標線施劃設備施劃標線時，其自動化程度高，對作業人員的經驗要求相對手推劃線車的要求低，施化速度更是手推車的3～5倍。但這也意味著對中型自動化施工設備施劃標線的穩定性和可靠性提出了更高的要求。為了實現采用中型自動化劃線設備施劃標線時的質量控制，在設備施劃前有必要探索設備標線施劃控制關鍵參數，特別是涂料溫度、涂料擠出泵壓、反光珠罐系統壓力、施工地表溫度與雨夜珠的沉降關系以及施劃車輛速度與雨夜珠面積度的關系。

1.2.1 涂料溫度與雨夜珠沉降關系

全天候熱熔雨夜標線技術及施工質量控制分析/吳 萍，李東毅，李 霞，劉業勝

由于涂料成分中含有樹脂，在對涂料進行加熱后，當溫度達到涂料的軟化點時，涂料將會從粉末狀融化成黏稠狀的液體；隨著溫度的繼續升高，黏稠狀的液體將會變成流動性非常好的液體；隨著溫度的進一步升高以及加熱時間的延長，涂料中的樹脂將會出現碳化現象，即所謂的燒糊或者過燒現象。在標線施劃時，為了確保雨夜珠順利地進入標線，涂料必須加熱到應具備一定的流動性，即必須具備一定的流動度且不發生碳化現象時才可用于標線的施劃。全天候雨夜標線涂料的出模溫度和流動度的關系如圖1所示。

從圖1可以看出，涂料的出模溫度越高（涂料溫度），涂料的流動度越小，涂料對應溫度的流動性越好，涂料的稠度越稀，越有利于雨夜珠的沉降。在確保涂料厚度為2 mm、玻璃珠罐壓力為1.2 bar，雨夜珠罐壓力為1.0 bar以及地表溫度為45 ℃不變時，雨夜珠沉降率和涂料溫度大致關系如圖2所示。為確保雨夜珠的沉降在50%～60%，涂料的出模溫度即涂料的料溫建議控制在205 ℃～210 ℃。

1.2.2 涂料厚度與雨夜珠沉降關系

標線的溫度較路面溫度高很多，當高溫度的液態標線涂料接觸到地面時，涂料的熱量即被相對冰冷的路面吸收，導致涂料快速冷卻，從而得到滿足一定技術指標的熱熔標線。通常，標線在3 min以內的表面邵氏硬度D將會達到45以上，滿足標線的不粘胎干燥要求。而此時的雨夜珠也已經被涂料牢牢粘住，不再會發生沉降。而實際施劃過程中，雨夜珠在熱熔涂料接觸路面5～10 s后就不再發生明顯的沉降現象，即前面的5～10 s內決定了雨夜珠的沉降率。而隨著標線的厚度變厚，標線總的熱能變多，雨夜珠在接觸標線后繼續往標線內下沉的時間延長，從而使得雨夜珠的沉降率變大。按照設計要求，雨夜標線的設計厚度（涂料及雨夜珠總厚度）為2～2.5 mm。在確保涂料料溫控制在205 ℃～210 ℃、玻璃珠罐壓力為1.2 bar，雨夜珠罐壓力為1.0 bar以及地表溫度為45 ℃不變時，雨夜珠沉降率和厚度大致關系如圖3所示。

手推熱熔劃線車改變標線厚度通常是通過改變料斗的前端吊掛點高低以及料斗后側垂直刮板的開口進行調節。但對于中型自動化標線施劃設備而言，標線厚度的調整則是通過調節噴槍的涂料擠出泵壓實現。涂料料溫控制在205 ℃～210 ℃時，涂料擠出泵壓和標線的厚度關系如圖4所示。綜合圖3和圖4分析，為了獲得雨夜珠50%～60%的沉降率，在保證設備其余設置參數不變的條件下，通過設置設備涂料的擠出相對泵壓值至46%～49%即可。

1.2.3 雨夜珠罐系統壓力與雨夜珠沉降關系

與傳統手推熱熔車雨夜珠的自由落體式播散方式不同，中型自動化劃線車的反光珠播散系統是通過壓力系統噴射播撒的。設備通過對反光珠罐增壓，然后通過系統高壓空氣將反光珠傳送至噴嘴并噴射出來。反光珠罐設置壓力越高，反光珠在噴嘴處的初始速度就越高，珠子具備的動量也就越大。根據動能守恒定理，反光珠在與熱熔基體接觸后，珠子對熱熔的沖擊越大，由此產生的珠子相對沉降率越大。在確保涂料料溫控制在205 ℃～210 ℃、雨夜標線的厚度為2～2.5 mm，以及地表溫度為45 ℃不變條件下，雨夜珠罐系統壓力和雨夜珠的沉降率關系如圖5所示。雨夜珠罐的系統壓力在1～1.3 bar時，雨夜珠的沉降率可以保持在50%～60%。

1.2.4 施工地表溫度與雨夜珠沉降關系

與熱熔涂料溫度及標線厚度對雨夜珠的沉降產生影響相類似，施工時地表溫度同樣會對雨夜珠的沉降造成影響。同樣熱熔溫度的條件下，隨著地表溫度的升高，熱熔接觸地面后冷卻的速度相對減慢，雨夜珠在接觸標線后繼續沉降的時間變長，從而使得雨夜珠的沉降率更大。在確保涂料料溫控制在205 ℃～210 ℃、雨夜標線的滿足設計要求、玻璃珠罐壓力為1.2 bar，雨夜珠罐壓力為1.0 bar條件下，不同地表溫度與雨夜珠的沉降率關系如圖6所示。由圖6可見，隨著地表溫度的升高，雨夜珠的沉降率越來越大。換言之，為了確保雨夜珠的沉降率維持在50%～60%，早上、中午、晚上施工熱熔標線需要加熱的熱熔溫度是不一樣的。通常是早上和晚上溫度低，需要的熱熔溫度相對較高；較為炎熱的中午所需的熱熔溫度就相對較低。經驗條件下，環境溫度變化10 ℃時，建議的熱熔溫度在5 ℃左右。

1.2.5 施劃車輛速度與雨夜珠面積度關系

采用壓力控制的雨夜珠播撒系統其雨夜珠的流量主要由雨夜珠罐的系統壓力決定，即罐內的系統壓力越大，播撒出來的雨夜珠流量越大，如圖7所示。在雨夜珠播散量及沉降率一定條件下，雨夜珠的面密度除了和雨夜珠的播撒流量有關，也與施劃車輛的行駛速度密切相關。若雨夜珠播撒量為260 g/m²，沉降率為50%～60%，則施劃車輛速度V和雨夜珠的流量G關系如下：

對于20 cm線寬的標線：

G1/（V×3.33）＝260；即：V＝G1/（260×3.33）（1）

對于15 cm線寬標線：

G1/（V×2.5）＝260；即：V＝G1/（260×2.5）（2）

通過式（1）～（2）可知，施劃車輛的速度V和雨夜珠的噴射流量G成正比關系。即施劃的速度越快，在確保面密度不變的條件下，系統需要提供的雨夜珠的流量越大。

2 全天候熱熔雨夜標線施工質量控制

中型自動化標線施劃設備，如Borum master 2000全自動熱熔車，其由車架、玻璃/陶瓷珠罐、熱熔箱體、玻璃/陶瓷珠槍、劃線頭、計算機控制系統、壓力控制系統、駕駛座椅等組成。該全自動劃線車完全實現了劃線的計算機控制，不但可實現傳統的實線、虛線，還可以實現振蕩線、樓梯線、塊狀線、點狀線等異形標線的施劃。與傳統的施工設備相比，具有劃線速度快、劃線質量高、勞動強度低、施工安全等優點。施劃標線關鍵控制參數包括施劃線型選擇、涂料溫度、涂料擠出泵壓、反光珠罐系統壓力、行車巡航速度等。得益于電腦自動化控制系統，包括料溫恒溫控制、涂料擠出壓力及反光珠罐系統壓力控制、定速巡航控制等，在同一環境溫度及相同類型標線條件下，相同的控制參數施劃出來的標線質量理論上是一致的。但在實際劃線中，由于環境溫度時刻在發生變化，施劃道路的路面狀況也不盡相同，施劃出來的標線質量包括標線逆反射系數還是存在一定的差異性。所以，就需要在實際標線施劃前充分了解設備的施劃標線控制參數與標線逆反射系數關系，即施劃后的標線面撒反光珠的沉降率及面密度滿足一定的產品應用技術要求，從而確保所有施劃標線的逆反射系數均高于設計值而又不偏離設計值很多。若施劃后標線的逆反射系數低于設計值，說明反光珠的沉降率太高，而且有很多面撒珠完全浸沒于標線內部從而導致反光珠的面密度值低于產品應用技術要求值；若施劃后標線的逆反射系數值高于設計值非常多，則表明反光珠的沉降率太低，反光珠的面密度也會高于要求值，那么標線的長期性能會受到一定的影響，主要表現為沉降率太低的反光珠在通車后相對更容易脫落，導致標線逆反射性能的快速衰減。

根據《交通安全設施施工圖設計說明》要求，施劃的雨夜標線雨夜珠播撒量應≥260 g/m²，玻璃珠播撒量應≥600 g/m²。施劃后的雨夜標線在初始值狀態及正常使用狀態必須滿足干燥、潮濕和連續降雨狀態下的逆反射系數值。

為了快速且保質保量完成本高速公路路段全天候熱熔雨夜標線施劃，采用中型自動化標線施劃設備取代傳統的手推熱熔劃線車。為了確保標線的使用壽命，特別是確保施劃后的標線逆反射系數值完全滿足設計要求中的初始及正常使用條件下干燥、潮濕和連續降雨狀態下的逆反射系數值，本項目采用表1中推薦的高品質熱熔，面撒雨夜反光珠采用3M雨夜陶瓷珠。反光珠的播撒量為雨夜珠260 g/m²，玻璃珠播撒量650 g/m²。施劃后的雨夜珠沉降率控制在50%～60%，面密度控制在35～45顆/25.4 mm×25.4 mm。為了更加嚴格地控制標線的施劃質量，項目中引進了5M1E即“人、機、料、法、環、測”質量控制方法。

在“人”方面，主要為標線施劃的工人，特別是熱熔加熱工人、劃線車操作工人、質量抽檢人員，均在標線施劃前進行相關的技術培訓，增加工人對于標線質量的認識，熟悉并靈活掌握標線施劃的質量控制方法。在“機”方面，使用的設備主要包括熱熔釜、中型自動標線劃線車，所使用的設備均要進行定期的維護和清理，特別是熱熔釜，以避免熱熔釜在燒料過程中產生不必要的雜質進入自動劃線車后導致劃線車噴嘴堵塞，進而影響標線的質量。在“料”方面，確保所使用的材料完全滿足推薦值，建議不定期進行隨機抽樣檢查。在“法”方面，規范工人的操作流程，確保設備施劃標線控制參數的輸入及車速控制等操作的一致性；同時在每天施劃前均要求將設備進行校對，特別是確保面撒反光珠的量滿足要求值并記錄存檔。在“環”方面，主要是施劃后標線逆反射系數的抽樣，要求必須使用合適的逆反射系數檢測儀用于標線逆反射檢測，確保所使用的標線檢測儀可以正確及科學地反映出標線的實際亮度。記錄抽樣的數據并進行存檔。在“測”方面，主要為路面的環境溫度，由于廣西的早晚溫差較大，因此要求每車料在施劃前，均需檢測路面溫度并根據實際的路面溫度適當調節熱熔料溫并做好記錄存檔。

結合雨夜標線應用技術研究成果及5M1E質量控制方法，順利完成該高速公路路段全天候雨夜標線施劃。抽樣檢測的標線逆反射系數見表2。抽樣結果表明，施劃后的標線逆反射系數滿足設計和規范要求并通過了項目的驗收。

3 結語

傳統的雨夜標線雖然在干燥狀態下具備一定的亮度，但在路面潮濕和下雨條件下面撒反光珠因為水膜覆蓋或者水浸沒而使標線不反光，導致駕駛員無法正確地辨識車道等信息從而造成交通事故的發生。全天候雨夜標線由于面撒反光珠特殊的結構，從根本上解決了上述問題，使得標線不僅在晴天條件下具備較高的逆反射系數，在路面潮濕或者下雨天仍然具備優異的亮度，能夠有效地幫助駕駛員在漆黑的夜間識別出車道信息，確保夜間的行車安全。

與傳統的手推熱熔劃線車施劃標線不同，本高速公路項目采用中型自動化標線施劃設備施劃全天候雨夜標線，采用3M雨夜陶瓷珠及特定涂料配方的熱熔涂料，并通過研究劃線設備施劃標線時的控制參數，包括涂料溫度、涂料擠出泵壓、反光珠罐系統壓力與雨夜珠的沉降率、施劃車輛速度與雨夜珠面積度的關系以及施工地表溫度與雨夜珠的沉降關系，確保了既定面撒反光珠重量的條件下所施劃出來的標線雨夜珠的沉降率滿足50%～60%，面密度滿足35～45顆/25.4 mm×25.4 mm。整個項目雨夜標線施劃采用“人、機、料、法、環、測”的5M1E質量控制方法進行施劃，所施劃的標線逆反射系數滿足設計和規范要求，并通過了項目驗收。

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