双层涂层道路标线的耐沾污性研究

王灏 林伟权 黄玉玲 凌国政

摘要：文章分析了道路交通标线耐沾污性能的影响因素，研究了一种耐热稳定性好、涂层致密性高的双层涂层抗污标线，并采用SPSS软件对标线使用期间的耐沾污性能进行试验分析。结果表明，双层涂层抗污标线的抗污性能明显优于热熔标线和双组份标线，具有良好的推广应用前景。

关键词：道路交通标线;耐沾污性;SPSS软件;试验

中图分类号：U491.523 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.047

文章编号：1673-4874（2019）07-0158-06

0引言

施劃在路面的车道分界线、人行横道线、停止线、文字和箭头等交通标线是道路交通管理最基本的交通安全设施之一，它的作用是为机动车驾驶者和行人提供指示、警告和禁止信息，从而达到管制和引导交通并提高交通安全性的目的。鲜艳、醒目的标线可显著降低交通事故，提高车辆通行效率，为此交通标线应具有鲜明的日间可视性和良好的夜间反光性能。

南宁市城市道路最近20年使用的标线涂料主要是热熔型标线涂料，近年来亦在部分道路使用过双组份标线涂料。但在实际应用过程中，发现南宁市城市道路目前施划的交通标线存在抗污染性差、白度低、日间可视性差的问题，标线的标示和引导功能大大降低。在交通违章和交通事故判定中，标线不清晰和看不到路面标线的投诉日益增加，这不仅造成道路交通混乱、车辆通行效率降低和交通拥堵，同时也为道路交通事故攀升埋下隐患。

南宁市作为中国一东盟博览会的永久举办地，其展示的不仅是南宁的形象，也是中国的形象。因此，为塑造城市形象，应提高交通安全水平和城市交通管理水平。南宁市公安局交通警察支队和南宁华之邦交通设施材料有限公司共同承担了南宁市科学研究与技术开发计划重点研发项目“城市道路交通安全抗污环保型标线的研究和应用”（合同编号20173160-8），开发和研究一种具有耐沾污性好、白天可视性强、夜间反光亮度高的新型道路标线。

1道路标线材料分类和性能

1.1道路交通标线材料的种类

道路标线材料可分为预成型标线带和标线涂料。

1.1.1预成型标线带

采用聚合物、颜料和反光玻璃珠经塑料成型加工制备。由于其成本高、施工机械化程度低、标线清除难度大等原因，此类标线主要用于文字、箭头和图形。

1.1.2标线涂料

根据《路面标线涂料》（JT/T280-2004）标准，标线涂料分为溶剂型、热熔型、双组份、水性涂料四大类。

溶剂型涂料和水性涂料属于短效涂料，用它们施划的标线涂层薄、使用寿命短，一般用于临时标线或在交通流量小的道路使用。

热熔型涂料和双组份涂料属于长效标线涂料，其夜间反光性好、使用寿命长，是目前高速公路、一级公路、二级公路和城市道路应用最广泛的标线涂料。

1.2长效型涂料的性能

1.2.1热熔型标线涂料

热熔型涂料由树脂、颜料、填料和玻璃珠组成，施工时需将涂料加热到180℃～220℃，涂料冷却固化后形成标线。由于涂料具有干燥快、使用寿命长、夜间反光效果好等优异性能，它已成为我国使用时间最长、用量最大的标线涂料。

1.2.2双组份标线涂料

该类型涂料是一种热固性涂料，涂料中不含有机溶剂，可在常温下通过化学反应固化成型，施工无需使用液化气加热涂料，环保安全。涂层具有低温柔韧性好、热稳定性高、耐候性好的特点，在寒冷地区使用，标线不易开裂和脱落、使用寿命长，近年来用量逐年上升。

2道路标线污染原因分析

交通标线的污染源主要来自路面上的泥沙、浮尘、油污、路面的沥青、汽车尾气中的颗粒物以及汽车橡胶轮胎等混合物。以上污染物对标线的污染可分为附着性污染和吸入性污染。附着性污染是指尘埃、油污等污染物附着在标线表面产生的污染;吸入性污染是指附着在标线表面的污染物进入到涂层内部形成的污染。附着性污染比吸入性污染在南宁现阶段的城市发展进程中更容易产生和常见，但吸入性污染比附着性污染对交通标线各方面性能指数影响更大。

2.1附着性污染

附着性污染易发生在涂层黏性大、表面粗糙、孔隙率大的标线上。

2.1.1涂料耐热稳定性差

热熔涂料是一种热塑性涂料，涂料中使用的石油树脂或松香树脂的玻璃化转变温度低。当环境温度大于玻璃化转变温度时，标线形态由刚性的玻璃态转变为高弹态，标线涂层开始变软，表面黏性增加，路面上的泥土、空气中的尘埃、滴漏的油污等污染物极易粘附在标线表面，部分污染物还会在车轮的碾压下嵌入到涂层中，使标线的污染程度增加。

2.1.2涂层表面粗糙、孔隙率大

为了提高标线的使用寿命和夜间反光性能，热熔涂料中添加了粗石英砂和玻璃微珠，用其施工的标线表面粗糙、孔隙率大，污染物极易吸附在缝隙中。在一些污染严重、雨水少的城市，白色热熔标线的颜色甚至与沥青路面相差无几，标线污染严重（见图1）。

2.2吸入性污染

吸入性污染是一种比较顽固的污染。目前常用的热熔涂料和双组份涂料主要由树脂、颜料、填料、玻璃珠和助剂组成，用其施划的标线涂膜致密性差，表面存在大量的微细孔隙，灰尘和极细小的废气颗粒物附着在涂层表面后，在毛细管效应的作用下，随着雨水的流动通过涂膜的孔隙侵入到涂膜中，当水分蒸发后，灰尘、废气颗粒物等沉积在涂膜中，形成永久性污染。

附着性污染是一种临时性的污染，当受到雨水的冲刷后，附着的污染物脱离标线表面，标线污染程度减轻，可视性有所提高，但吸入性污染中污染物进入到涂层后较难清除。

3双层涂层道路标线的材料选择和性能

针对现有标线涂料存在的耐热稳定性差、涂层表面粗糙、孔隙率大、涂膜致密性差等问题，目前研究出来的一种双层涂层道路抗污标线，由底层和面层组成，底层是双组份涂料标线，面层是抗污涂层，具有涂层致密性高、遇热不变软、不发粘的特点。

3.1抗污道路标线用材料的选择

3.1.1抗污标线底层涂料选择

南宁市属于亚热带季风气候，夏季时间长、温度高，热熔标线变软和发粘后，尘埃、油污等易粘附和嵌入涂层中，造成标线污染。为了提高标线的耐热稳定性，底层涂层采用丙烯酸双组份涂料制备，该涂料由丙烯酸树脂、颜料、填料、助剂等组成，不含有机溶剂，施工无需使用液化气加热，施工环保安全。涂料加入固化剂后通过化学交联反应形成标线。此涂层在高温下不会变软和发粘，解决了热熔涂料存在的涂层遇热变软、表面黏性增加、易粘附灰尘等污染物的问题。填料选用了2000目的极细的重质碳酸钙，不添加石英砂等粗填料，制备的涂料表面细腻、流平性好、孔隙率低，改善了标线表面粗糙、孑L隙率大的状态。

3.1.2抗污标线面层涂料选择

采用细填料制备的丙烯酸双组份涂料施划的道路标线，其涂层耐热稳定性提高，标线在高温环境中使用，涂层不会变软和发粘，且标线表面的孔隙率降低。与热熔标线比较，双组份标线的吸附性污染下降，标线的可视性有一定程度的提高。但标线涂膜表面仍存在大量的微细孔隙，由此引起的吸入性污染导致标线的可视性能下降。本项目研究了一种热固性丙烯酸树脂清漆，施工时将其喷涂在双组份标线表面，该清漆可渗入到标线涂层的微细空隙中，并在标线表面形成一层致密性极高的漆膜，有效阻止灰尘、油污等污染物侵入标线内部，提高了标线的耐沾污性能。

3.2抗污标线的性能

双层涂层抗污标线采用双组份划线车施工，首先在路面上喷涂双组份标线涂料，待标线干燥后，在其上喷涂一层热固性丙烯酸树脂清漆，标线为双层涂层构造。抗污标线、热熔标线和双组份标线的性能对照见表1。

由表1可知：

（1）热熔型涂料干燥快，通常道路施工后3～5min即可通车，交通阻碍小，但标线存在涂层遇热变软、涂膜表面粗糙、孔隙率大的缺点。

（2）双组份涂料的耐磨性和白度比热熔型涂料有所提高，用其施划的标线表面光滑细腻，涂层不会随温度的升高而变软，表面硬度大，不易粘附污染物，但涂料干燥时间比热熔型涂料久，施工时对道路交通有一定的影响。

（3）与双组份涂料相比，抗污标线涂料的涂层具有更好的耐磨性和更高的硬度。由于抗污标线表面喷涂了一层清漆，涂膜致密性高，可减少道路上的灰尘、油污等对标线的污染。

4道路应用试验及效果分析

4.1试验地点和数据分析方法

4.1.1南宁市抗污标线的试验地点

试验地点选取在南宁市青秀区东葛路延长线与滨湖路交叉路口的东进口约1000 m长的路段。该条道路属于城市交通主干道，道路为双向六车道，横断面为两幅路面，交通流量较大，且位于大型商业中心（万达广场）旁，其试验的效果较为理想。

4.1.2检测和分析的方法

2015年，选用国内常用的热熔涂料、双组份涂料和双层涂层抗污标线涂料开展标线耐沾污性道路对比试验，跟踪检测标线的相关试验数据，利用SPSS软件对标线的耐沾污性进行分析。本项目采用表2中相关检测设备对标线的白度和逆反射系数进行数据采集。

4.2交通标线白度衰减性能分析

4.2.1实验路段标线初始状态分析

标线施工完成后，我们分别对各种涂料标线的白度和标线逆反射亮度系数进行了检测，结果列于表3。

涂料施工后，由于标线表面撒布玻璃珠，标线的白度有所下降，其中热熔涂料经高温熔融后白度下降较多。各种标线的逆反射亮度系数均>150 mcd·m-2·Ix-1，达到国家标准要求。

4.2.2交通标线白度衰减函数方程

标线施工完成后，我们对以上各种标线在不同天气和环境条件下的白度进行了连续的跟踪观察和检测，获得了不同标线的白度性能数据，通过利用SPSS软件拟合，得到各类型交通标线白度衰减曲线方程，如表4所示。

通过SPSS软件对上述观测数值进行函数拟合得到不同材质标线白度衰减曲线和函数。

4.2.2.1热熔标线白度衰减曲线（见图2）

4.2.2.2城市抗污标线白度衰减曲线（见图3）

4.2.2.3双组份涂料标线白度衰减曲线（见图4）

4.2.3交通标线白度衰减对比（见图5）

根据以上各型标线白度衰减曲线和方程可得到如下结论：

（1）各型标线的白度随着时间的流逝，其白度呈现减函数特征，即随着交通标线施划的时间越久其白度越低。

（2）从总体上看，双组份标线和抗污标线的初始白度较为接近。热熔标线的初始白度略低。

（3）从曲线方程的估计来看，热熔标线利用幂函数拟合效果更好，而两种双组份类涂料标线利用倒函数拟合效果更好。

（4）从采集的数据上看，在标线施划10 d左右两种双组份类标线会稳定在一定的水平，热熔标线则仍然下降。

（5）从函数的性能分析能发现：

①标线白度的下降是一个持续的过程，并且热熔标线的白度降低的程度更快，两种双组份类涂料的标线的白度在经过下降后会保持在一个相对固定的水平。

②热熔标线的白度衰减过程是一个快速下降的过程，60 d后热熔标线的白度会下降到接近20度，并且随着时间的延长其白度仍然会继续下降。

③双组份涂料的白度经过下降后会稳定在32度左右;抗污标线其白度经下降后会稳定在40度左右。

我们对该路段的标线跟踪检测了六个月，上述分析结果与道路标线实际应用情况基本吻合。在使用期间，抗污标线的白度基本达到40度以上;双组份标线在使用的第一周白度下降快，污染严重，之后标线的白度可维持在35度左右;热熔标线在连续长时间不下雨后其白度下降到12.3度，與沥青路面的白度接近，标示性和视认性差（见图5、图6）。

5经济效益分析

双层涂层抗污标线涂料是一种耐磨性能极好的涂料，施工后标线涂层厚度可达到1.0 mm，在城市道路可连续使用两年。由于涂料与路面附着力强，二次施工无需清除旧线。以南宁市每年施划道路标线500 000 rrf计算，抗污标线、热熔标线和双组份标线的年标线施工费用见表6。

由表6可知，双组份标线年施工费用与热熔标线相当，抗污标线虽然单价高，但标线使用时间长，平均年施工费用比热熔标线和双组份标线低。在城市道路使用抗污标线具有良好的经济效益。

6社会效益分析

首先抗污标线涂料是一种环保安全的涂料，它不含有机溶剂，施工不需加热。以南宁市每年使用2500 t热熔涂料，抗污标线涂料每平方米用量为热熔型涂料的1/3计算，使用抗污标线涂料仅南宁市每年即可节省资源1600多t，减少二氧化碳温室气体排放70多t。在能源紧缺、全球变暖的今天，使用环保、节能的新材料符合国家环保、低碳的产业化发展要求。其次，抗污标线涂料具有良好的耐沾污性能，解决了南宁市长期以来存在的道路标线污染严重、白度低、日间可视性差的问题。洁白、整齐的标线不仅起到减少交通堵塞、增加道路行车安全性的作用，同时还可美化城市道路、提高城市形象，具有显著的社会效益。

7结语

（1）采用热固性丙烯酸树脂制备的双层涂层抗污标线涂料具有涂层硬度高、致密性好，标线遇热不变软、不发粘，耐沾污性好的特点。

（2）标线道路应用效果表明：双层涂层抗污标线具有良好的抗污性能，在使用期间标线的白度高、可视性好，其抗污性能明显优于目前常用的热熔标线和双组份标线。在南宁市区道路使用，标线耐沾污性能改善显著，具有推广应用的良好前景，并为未来的无人驾驶时代无人驾驶车辆识别道路标线打下了良好的基础。