高性能热熔雨夜标线的开发与应用

■陈明友

（宁德沙埕湾跨海高速公路有限责任公司，宁德 352000）

目前，国内标线涂料以热熔涂料为主，超过市场份额的95%。 近年来，国内热熔涂料品质良莠不齐，低价中标和转包环节过多，导致热熔涂料在耐磨性和亮度持久性等方面性能下降。 2018 年央视“3·15” 晚会对国内部分区域的道路交通标线质量问题进行了报道，暴露了我国道路交通标线质量控制各环节存在的问题。 据相关报道，我国道路交通标线普遍存在夜间视认性水平低的问题，这与标线涂料的组成和标线的应用环境密切相关。

在下雨的夜晚，司机往往看不到车道线，这是因为传统的标线只具备干燥条件下的反光，在潮湿和连续降雨条件下不具备反光性能，这造成严重安全隐患。 热熔雨夜标线是一种不仅干燥条件反光，而且在潮湿和连续降雨条件下同样具备反光效果的新型标线。美国联邦公路局FHWA 的研究表明[1]，在高等级公路上使用雨夜标线，可以有效降低交通事故14%～25%。 国内也有相关研究报道[2-4]，雨夜标线，又称为全天候雨夜标线，能够提高道路通行效率和安全性，降低交通事故率。 正常使用的标线应该满足全天候可视认性的技术要求，也就是具备干燥、潮湿和连续降雨条件下的逆反射功能。

福建省位于我国东南沿海区域， 属于典型的亚热带海洋季风气候，雨量充沛，年平均降雨量为1 400～2 000 mm， 是中国雨量最丰富的省份之一。研究开发高性能热熔雨夜标线对于提高道路安全性意义重大。 本研究通过涂料配方试验开发制备高性能热熔涂料，搭配高折射率微晶陶瓷雨夜珠和玻璃珠，制备高性能热熔雨夜标线，并在G76 厦蓉高速漳州段开展试验性对比应用研究。

1 高性能热熔涂料的开发

热熔型标线涂料，是以石油树脂或天然树脂等为粘结剂，常温下固体比例超过95%，加热熔化为流动状态的液体，通常施工方式为刮涂工艺，面撒逆反射元素，如雨夜珠和玻璃珠等，具有干燥时间短，对路面附着力好，耐车轮摩擦等特点。

本部分主要开展热熔涂料的配方研究，通过添加不同比例的树脂、 玻璃珠和钛白粉等关键材料，研究配方与性能的关系，开发出高性能的热熔标线涂料配方组成。

1.1 原材料配比及测试

本研究选择市面上的热熔涂料的原材料，具体见表1。

表1 热熔涂料所需原材料

本研究根据图1，共配制了18 组样品，每组样品总数为5 kg， 图2 中数字为对应的重量百分比。制备过程：选择10 L 的不锈钢容器，添加对应的原材料，添加顺序为：玻璃珠、无机填料、石油树脂、钛白粉、EVA 和DOP 等添加剂，混合搅拌均匀。

图1 配方开发流程

本研究根据JT/T280-2004 《路面标线涂料》路面标线涂料对热熔涂料的技术要求， 对18 组样品开展以下5 个技术指标检测：（1）环球软化点；（2）不粘胎干燥时间；（3）耐磨性；（4）流动度；（5）抗压强度。检测时，将5 kg 的样品充分熔化均匀，加热温度控制在180℃左右，如果熔化过程中物料较稠，可以提高加热温度至190℃～200℃， 最高温度不宜超过200℃。

1.2 配比与性能分析

从表2 可知，随着C5 石油树脂含量的增大，热熔涂料的软化点逐渐减小，石油树脂在热熔涂料中起到粘结剂的作用， 提高C5 含量可以提高涂料的内聚力和粘结力， 同时具有软化热熔涂料的作用。从表3 可知，内混玻璃珠和钛白粉含量的变化对于热熔涂料的软化点、抗压强度、耐磨性等物理性能的影响不显著。 据报道[5]，钛白粉的含量可以提高白色涂料的反射率，影响标线在白天和夜间的可视性效果。 尤其在夜间，逆反射效率较高的涂料有效地反射汽车车灯光源，增强夜间可视性。 钛白粉对于光线在标线表面的传递过程中起到了镜面反射的作用。 内混玻璃珠有助于提高长期反光效果且对热熔涂料起到物理填充作用。DOP 和白油是应用较多的增塑剂品种，DOP 的极性酯基能够与涂料树脂极性基团彼此互溶， 从而使热熔树脂大分子间作用力减弱，塑性增强，提高材料的高温流动性和成膜性。从对比来看，DOP 在本研究的配方体系中的增塑效果优于白油。聚合物树脂和添加剂，作为热熔树脂的相容剂，提高配方基体的相容性和高温流动性能。

表2 热熔涂料性能汇总一

表3 热熔涂料性能汇总二

在全天候热熔雨夜标线中，热熔涂料作为玻璃珠和雨夜珠等逆反射材料的基体，对于路面标线逆反射性能的持久性和耐候性具有重要的影响。 为了使雨夜珠充分发挥雨夜高亮逆反射性能，提升应用持久性，本研究对热熔涂料材料的技术指标规定如下：软化点不低于104℃，抗压强度不低于15 MPa，耐磨性不高于20 mg，玻璃珠含量不低于25%（该技术指标与将要颁布的JT/T280-2004 《路面标线涂料》 新标准相一致）， 其他指标应参考满足JT/T280-2004《路面标线涂料》的要求见表4。 刮涂标线厚度为（2.0±0.2）mm，面撒材料的沉降率应达到50%～60%。

表4 高性能热熔涂料性能要求

2 热熔涂料适用性研究及试验路

为了进一步验证高性能热熔涂料配方的适用性， 本研究于2020 年1 月8 日在省内已通车运营高速公路某路段K38-K35 施划试验段，开展高性能热熔雨夜标线试验路的适用性研究。 试验段包括如下3 种方案：三级高亮热熔标线、普通热熔雨夜标线、3M 热熔雨夜标线。 3 种热熔标线说明见表5，现场设置见图2，该路段车流量AADT 约为25 000 pcu/d，其中货车比例为20%。 现场施工后的标线见图3。

表5 热熔雨夜标线试验段分布图

图2 试验方案布置和现场图

图3 现场施工后标线表面图片

3 全天候逆反射性能的测试方法

在国内标线全天候逆反射性能测试方法尚无标准，本研究参考ASTM 相关标准[6-8]，制定了如下方法，分别测试干燥状态、连续降雨和潮湿状态的逆反射亮度系数，测试流程介绍如下。

3.1 设备校准

用设备自带的校准快校准逆反射亮度系数测试仪（LTL-Mark II， 丹麦,Delta）,校准完成后,安装仪器附带的轨道, 调整仪器测试模式为外部光源模式。用塑料管快接头连接水箱和雨箱,打开水箱的电源开关，用3 个方盒(10 cm×10 cm) 收集4 分钟内的降雨量，如果降雨量在91～112 mL，降雨量满足50 mm/h 的要求。

3.2 逆反射亮度系数检测流程

3.2.1 干燥状态

把逆反射亮度系数测试仪置于待测区域, 确保标线表面干燥和平整，测试干燥状态的数据,并将其记录为RL-干燥。 如果标线有污染，需要对标线表面进行清洗，清洗干净后，待标线表面水分自然晾干或用常温鼓风机将标线表面水分吹干，方可进行下一步测试。

3.2.2 连续降雨

降雨箱置于逆反射亮度系数测试仪的光线孔的前侧,确保两个孔洞在同一水平面上。再次测试干燥状态数据，确保两个孔洞已经正确安装。 打开水箱电源开关，每隔15 s 测试一次数据，直到连续4 个数据变化比例不高于5%时,认为连续降雨测试已达到稳定状态。 取最后四次数据的平均值为连续降雨的数据,记录为RL-连续降雨。

3.2.3 潮湿状态

关闭水箱电源开关，继续每隔15 s 收集数据，跟踪连续降雨后RL 性能的变化，模拟潮湿状态下的数据(ASTM E2177)，记录电源关闭45 s 后的数据为RL-潮湿。

4 结果与讨论

道路标线的性能与材料特性和应用环境密切相关。 虚线的性能变化是由于车辆的碾压磨损和材料老化两因素共同作用，并且不同车道的虚线所经历的车辆类型和车流量也有所差异；车道边线的性能变化，尤其是左边线，主要是考虑材料老化所致。本研究在208 d 内收集了4 次该试验段虚线和边线的性能数据，由于现场限制，未收集到4 次左边线的数据，虚线和右边线的数据见表6。

表6 干燥、潮湿、连续降雨条件下标线逆反射亮度系数（单位:mcd·m-2·lx-1)

在施工完毕6 d 后，三级高亮热熔反光标线具有微弱的潮湿和连续降雨条件下的逆反射性能，这与标线施划初期，标线表面有机小分子迁移造成的疏水界面有关，标线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。 从76 d 的数据发现，三级高亮热熔反光标线的潮湿状态和连续降雨状态下的反光的性能会快速消失。

施工完毕76 d 后， 在少有车辆碾压和磨损的右边线位置，普通热熔雨夜标线的连续降雨逆反射性能平均值降低至40 左右， 这与表面材料性能的老化直接相关。 3M 热熔雨夜标线的连续降雨逆反射性能平均值约为普通热熔雨夜标线的3 倍。 图3展示了普通雨夜珠和3M 雨夜珠在76 d 后的右边线上的耐候性能。

图3 普通雨夜珠和3M 雨夜珠的耐候性能对比

施工完毕208 d 后，在少有车辆碾压和磨损的右边线位置，3M 热熔雨夜标线的全天候逆反射性能是普通热熔雨夜标线的约2.5～5 倍， 连续降雨状态的逆反射性能约为112 mcd·m-2·lx-1。在车辆碾压和磨损的虚线位置，3M 热熔雨夜标线的全天候逆反射性能分别是普通热熔雨夜标线的1.5～2 倍，连续降雨状态的逆反射性能约为40 mcd·m-2·lx-1。

5 结论

热熔涂料的性能与组成直接相关，石油树脂作为粘结剂可以提高热熔涂料的内聚力和粘结力，钛白粉和内混玻璃珠对于涂料的物理性能影响不显著，会影响涂料反射率和长期光学性能。 本研究选择软化点、抗压强度、耐磨性等指标，开发了高性能热熔涂料，并采用刮涂的施工方式。

本研究开展高性能热熔雨夜标线试验路的适用性研究，跟踪对比三级高亮热熔标线、普通热熔雨夜标线、3M 热熔雨夜标线三种方案在边线和虚线上的全天候逆反射性能。 同时，基于国外研究和标准， 设计出一种全天候逆反射性能的测试方法，分别测试热熔雨夜标线在干燥状态、连续降雨和潮湿状态的逆反射亮度系数。

三级高亮热熔反光标线，所具备的潮湿和连续降雨条件下的逆反射性能来源于标线表面的疏水涂层和裸露于水面的玻璃珠。 对于热熔雨夜标线，施工完毕208 d 后，在右边线位置，3M 热熔雨夜标线的全天候逆反射性能是普通热熔雨夜标线的约2.5～5 倍。 在车辆碾压和磨损的第一虚线位置，3M热熔雨夜标线也存在性能衰减。

由于车流量等应用环境的不同，道路标线对应的性能衰减会有所差异，建议后续探索道路标线设计应用的精细化和多样化，在车道边线等位置采用高性能热熔雨夜边线，在车道虚线位置可以探索开发耐磨耐候的标线解决方案。