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道路标线在设计中的材料选择与应用

日期:2014-09-15
 

摘要:针对目前我国道路标线施工环境改变,现对原有标线施工中存在的问题进行系统合理化、详细的分析;对存在的问题提出相应的解决办法,并对道路标线的设计提出一些建议。

引言
过去的20年,我国的公路和城市道路取得了持续高速的发展。尤其是公路、铁路基础设施的发展已居世界前列,到2013年年底,高速公路建设超过美国居世界第一。公路将由过去的建设时代转变为养护运营管理时代。在建设时期形成的一些思想观念、管理方法必然要做出相应的转变和调整。公路行业一直存在重公路的新建而轻其养护、重公路的外观而轻其功效、以及建养分离的问题。
由于道路标线不仅具有规范车辆通行的功能,对道路也具有一定的美化作用,因此在建设时期,公路建设部门过分关注道路标线的美观效果,要求道路标线外观平整如镜,道路标线边缘整齐如切,因此热熔刮涂这种低效率的施工方式得到大家的喜爱而广泛使用;以及一些具有外观鲜明且具有特殊功能的道路标线,如热熔振荡标线、彩色防滑路面尽管价格昂贵,但其还是深受喜欢的,因此也被大量使用。但是热熔喷涂标线、双组份喷涂标线,尽管施工效率高、标线防滑性好,但由于其标线的外观线条不是很美,虽在国外作为主要的施工方式大量应用,但在我国的新建路面(车流量不是很大或边线处等)和旧路养护中一直不被认可。
目前我国市面上使用的标线材料品种较多,主要有热熔涂料、双组份涂料、标线带、溶剂漆、水性漆。前三者的使用寿命较长,一般寿命可达2-4年,但价格较贵,可用于车流量大的路段;后二者的使用寿命较短,一般为3-12个月,多用于临时标线或车流量较小的路段。高速公路养护作业不仅要求采用的标线涂料要快干、耐磨,还要求施工机械化程度高、速度快、效率高,这都为标线的合理设计和材料的合理选择提出新的研究课题。
1 现有标线材料应用中存在的主要问题
1.1现有标线的施工方式不适宜高速公路的养护作业
目前我国热熔涂料大量使用的是小型手推划线设备,主要依靠人工劳动,作业效率低,又极易引起交通事故;而且每支热熔施工队需10人左右,日作业最多能完成2000㎡;但是采用车载喷涂设备,人员只需3-5人,日作业量最少也能达到15000㎡,其作业效率是人工作业的16倍。
1.2热熔材料不适宜气候寒冷的北方地区
热熔涂料的性能跟沥青相似,存在冬天变脆,夏天变软的现象,经过冷热交替标线极易出现疲劳,严重时出现大量裂纹甚至大的开裂现象,如图1(a)和(b)所示;北方冬季气温低至-30℃,加之除雪活动频繁,对热熔标线破坏多,容易造成标线脱落,如图1(c)和(d)所示。
MMA双组份高亮反光抗污道路标线涂料彩色防滑路面

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图1 热熔标线施工后存在问题。(A)、(B)在沥青路面上开裂;(C)、(D):水泥路面上脱落
1.3 在南方多雨地区,现有标线雨夜不反光,行车存在危险
在我国最南部的一些省份,如广东、广西、福建、海南等年降水量高达1500mm/年,下雨天气多,尤其是夜间行车,标线不反光,极易引发交通事故。在欧美等国早已制定了相关标准,要求采用雨夜反光标线,现有热熔刮板标线不能实现雨夜反光功能。在中国标线市场中,上海一些高速公路养护部门采用了双组份结构型雨夜标线,但由于双组份结构型雨夜标线价格较贵,因此未得到广泛使用。
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图2 结构型标线和振荡标线可以实现雨夜反光。(a)热熔振荡标线;(b),(c)和(d)双组份结构型标线
1.4高速公路标线夜间反光亮度低---热熔标线存在超期使用问题
我国标线标准规定新施划的反光标线,其反光亮度应达到150mcd,当使用一段时间后,其反光亮度如低于80mcd时,标线需要重新施划。而欧美国家要求高速公路新施划反光标线为250mcd,最低反光值为150mcd。我国新建高速公路全部采用热熔刮板标线,该标线的物理寿命通常在2-4年,但通车1-2年后,标线的反光亮度很多都达不到80mcd。这主要是由监管方式存在问题造成的,如监管部门只重视新划线的质量问题,而不关注标线使用过程中持续反光的问题;只关注路面标线白天看得见,而不注重标线夜间的反光亮度;以及养护单位由于经费紧张,不会重划标线,除非为了上级检查评比,才会重新划线。
1.5 城市标线使用有误区
城市道路与公路使用环境是有很大区别的。如城市街道夜间有照明,而公路没有;城市车辆行驶速度比公路低等。近几年,我国城市化进程加快,城市大拆大建项目增多,车辆急骤增多,造成道路标线污染和磨损严重。目前我国大部分城市的主街道都采用热熔标线,而且标线涂料完全按照公路的标准划线要求进行施划,即标线表面撒布玻璃珠实现夜间反光,但易造成标线被污染变黑。其实,在城市由于夜间有照明,更应强调标线白天的视认性。任何标线表面撒上玻璃珠都易污染变黑,不管是我国的北方城市,还是南方的城市,只要在雨水少的季节,热熔标线不管表面是否撒玻璃珠都易被污染。而双组份标线是由化学反应而成膜,成膜后标线表面致密,而且不随温度变化而变化;以及双组份标线表面不撒玻璃珠,因此双组份标线抗污性明显优于热熔标线。但如果双组分标线表面撒上玻璃珠,其抗污效果一般。由于在城市道路中热熔标线和双组份标线抗污性的差异,现在北方一些过去使用热熔标线的城市都纷纷转为采用MMA双组份抗污标线,并且表面不撒玻璃珠。因为洁白的道路标线不仅提升了城市的形象而且提高了司机对路面的识别性。
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图3城市热熔标线和双组份抗污标线效果对比
2标线设计时需考虑的几个重要因素
结合目前道路标线在使用中存在上述诸多问题,对于新划道路标线在设计时应考虑到:标线作为道路上最基本、最有效的安全设施之一,一般在新建道路或路面重新铺装时,需要重新设计道路标线;而道路标线材料种类多,施工方式也不一样,材料的性能、价格有别;为了让标线设计能合理化,尽量达到性价比最优,因此选取标线材料时需考虑气候环境、地理状况、路面类型、路面状况、交通流量、标线类型等因素。
2.1气候环境
我国地域辽阔,存在北方冷、南方暖的差异,而且北方冬夏季温差大,而南方温差小。热熔涂料的性能和沥青相似,故特别适合温暖地区使用。在北方寒冷地区,热熔标线存在裂纹严重、易脱落问题,因此适合采用双组份标线。在国外,如加拿大和美国北部很少使用热熔涂料,较多使用双组份涂料和标线带,我国北方城市如新疆地区一些新建高速公路也开始采用双组份标线。
2.2地理状况
山地和平原的气候特点是不一样的,在我国最典型的有川藏、青藏、云贵高原。高原气候呈垂直气温特点,山下15℃,山上可能零度,并且昼夜温差大,民间有中午吃西瓜,晚上抱火炉之说。这些气候特点对标线性能要求就会更高。热熔标线材料需经加热熔化,但在高原地区,由于空气稀薄,涂料很难融化到理想状态,因此热熔标线的附着力差,易脱落;加之,在这些地区,冬季也经常下雪,除雪活动多,标线更易被破坏;因此如川藏地区的一些新建高速道路已经开始试用双组份标线。
另外,在我国最北方,如新疆、东北地区,这些地区冬季长,下雪多,除雪活动频繁,对现有热熔标线的破坏也很大。交通部门早已发现这一问题也进行了一些试验研究工作,如黑龙江省交通科研所,省高管局也安排了不同的标线材料进行路试对比性研究,选取的方法和标线材料有路面开槽方式、双组份标线、热熔标线进行对比性研究。
2.3路面类型
我国路面类型大体可分为水泥路面和沥青路面两大类。最近十年,除传统的密实一级热铺路面、稀浆封层、微表处路面在路面养护中使用较多,另外在南方多雨地区,已开始有少量排水沥青路面在应用。
水泥路面为刚性路面,现有热熔标线材料都不易附着,脱落现象严重。相比较而言,双组份标线、标线带使用效果好,美国很多州在水泥路面采用双组份标线。我国山西、内蒙、河北等省在水泥路面已大量使用MMA双组份标线,且效果良好。
沥青路面采用热熔标线效果比较好,因为二者性能相近,所以在我国沥青路面大量使用热熔刮板标线;但在沥青路表较粗糙的微表处及排水沥青路面,采用现有的刮板式施工设备则很困难,热熔涂料耗量多、边缘不整齐、施工困难,在这种路面宜采用喷涂方式施工,如热熔喷涂或双组份喷涂。
2.4路面状况
一般而言新建道路,尽量选择价格高、寿命长、性能好的标线;在路面状况差,需要翻新或重建的,则可以选择价格便宜,寿命较短的标线。选择标线时,其标线寿命应小于路面的剩余寿命,否则会造成浪费。
2.5交通流量
交通流量大的路段,车辆对标线磨损大,自然应选择耐久性好的标线,如双组份标线、热熔标线、标线带;在交通流量小的路段,可选择价格便宜的标线,如热熔喷涂标线、水性漆标线、溶剂漆标线等。
2.6标线类型
标线大致有实线、虚线、箭头、文字及人行横道线。在公路,尤其是高速公路上,实线、虚线量大;而在城市道路及国道干线上,十字路口多,人行横道线及文字、箭头应用量大。标线设置在路面的不同位置,磨损差别也是非常大的。在公路上,车道边线多为实线,一般不允许车辆穿越,而虚线允许车辆穿越,所以虚线磨损大,实线磨损则小的多。因此在国外,虚线多采用耐久性好的标线,如热熔刮板(厚度达1.8-2.2mm),双组份刮板(1.2-1.5mm),双组份喷涂、标线带(2mm);而在实线,多采用价格较便宜的喷涂标线,如热熔喷涂标线(标线厚度0.8-1.5mm),双组份喷涂、水性漆喷涂;路面文字(如箭头、各种符号)和人行横道线、停止线磨损更大,这些标线可选择标线带,双组份刮板标线;所以在标线设计时,中间虚线可选择厚度大、耐久的标线材料,实线选择厚度薄、价格便宜的材料,不仅总体造价低,而且效果好。
3标线材料种类的选择方案设计
目前可选择的耐久性标线(价格在40-50元/㎡):热熔刮板、双组份喷涂,二者标线寿命都大于2年;双组份刮板(1.2-1.5mm),标线带(1.5-2.0mm),寿命大于4年,价格在100-120元/㎡。
具有振荡、雨夜反光功能的特殊类耐久性标线(价格80-150元/㎡):热熔振荡、MMA 结构型,热熔寿命在2-3年,双组份寿命大于4年。
短寿命标线(价格在10-20元/㎡):溶剂漆、水性漆,寿命3-12个月,且水性漆生产、施工设备都已完善。
中等寿命标线(价格28-35元/㎡):热喷涂标线(膜厚0.8-1.5mm),尽管喷涂涂料国内厂家都能生产,但缺乏价格合适的配套车载施工设备,因此只能使用国产的小型离心式喷涂设备,但存在施工速度慢,因此未在国内推广起来。
依据地理、气候环境特点可将我国分为三大类地区,针对不同的地区选择适宜的标线材料,另根据路面类型,标线位置等选择适宜的标线施工方式。
3.1北方寒冷地区及西南高海拔地区
北方寒冷地区主要指东北三省黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、新疆、甘肃,高海拔地区指青海、西藏、四川的川藏高原及云贵高原,这些地区总的特点是:气候寒冷、温差大,因此建议采用双组份涂料,MMA双组份标线可在0-5℃时施工,并且所划标线无裂纹,二次重涂时方便,不用除旧线。
在车流量大的路段,中间虚线、文字、箭头、人行横道线等也可选择MMA刮涂或标线带。
3.2中部地区
中部地区指北京、天津、河北、山西、山东、河南、陕西,这些地区既可用热熔涂料也可选择用双组份材料。建议新建沥青路面采用热熔涂料,在标线养护时可直接采用双组份喷涂;如旧线不是很完整或旧线松动,要除去旧线后再采用双组份喷涂,可增强标线的附着力。新建沥青路面的实线,如高速公路的边实线,最好采用热熔喷涂。
3.3南部地区
南部地区指湖南、湖北、江苏、浙江、安徽、广东、广西、云南、贵州、福建、海南,这些地区气温高、温差小,且雨水较多,建议采用热熔涂料;可采用热熔喷涂标线,提高热熔标线的施工效率,满足养护公路市场需求。
南方地区开始修筑排水沥青路面,重点解决雨天行车安全问题,在这种路面可选择MMA结构型标线和双组份喷涂标线。中间虚线采用双组份点状雨夜标线,边线可采用面撒大玻璃珠的双组份喷涂标线,既解决排水问题,又能实现雨夜反光,且成本适中。
3.4水泥路面宜选择性能优良的标线材料
水泥路面宜选择双组份道路标线,如前面所述,双组份标线是化学反应成膜,与水泥路面的附着力较强,且双组份标线耐磨性好,因此车流量大的路段,中间虚线可选择双组份刮板或标线带。北方水泥路面使用热熔标线,脱落十分严重,因此水泥路面选用双组份标线效果和性能都比热熔标线好;南方因温度高,热熔标线脱落虽不严重,但其效果远不如沥青路面效果好,且二次划线时需清除原有旧热熔标线,施工麻烦,因此在费用允许的情况下,可选择双组份标线。
3.5高速公路标线养护,需采用施工效率高的标线
高速养护应采用热熔喷涂、双组份喷涂。喷涂设备最好是车载式的划线设备既安全又快捷;当标线反光亮度达不到要求时,可在原旧线上快速喷涂,提高标线亮度。在国外高速公路上很难见到手推划线车的使用,美国在车流量小的高速公路边线采用反光水性漆,2年喷涂一次,该标线的夜间反光亮度好。
3.6城市道路可采用不反光标线,重点解决标线污染变脏的问题
众所周知,我国城市污染严重,不仅是空气污染,而且路面较脏,道路标线更易被污染变黑。城市夜间照明条件较好,即使标线不反光也能清晰辨别,但若表面撒布玻璃珠则易污染变黑,白天看不见,夜间反光亮度也差。在国内有些城市如成都、兰州等地不要求标线反光,而多数城市依然要求面撒玻璃珠,且希望标线能抗污。这里必须重新强调一下抗污和反光问题有时必须取舍。太原、石家庄、呼和浩特、乌鲁木齐、哈尔滨等北方城市已大量使用MMA抗污双组份标线,标线表面不撒珠子,使用效果良好。
4 结论及建议
(1)重视标线养护,合理选材。今后,设计院应积极推广采用双组份喷涂标线、热熔喷涂标线;这两种标线应是道路养护时代的主流产品,热熔刮板将呈下降趋势。
(2)标线设计需细化。一条道路不能仅选择一种标线材料。需根据具体情况如道路所处环境、道路类型、交通流量大小等选择多种标线材料,达到最优效果、最低成本的目的。
(3)改变标线施工的监督管理方式。管理单位不应只重视施工时的质量,更应关注使用后的效果,按标线的使用寿命支付工程款。今后,我国喷涂标线将大量应用,刮板标线膜厚现场好监督,而喷涂标线的膜厚很难控制,因此管理部门必须注意到这一点。
(4)提高标线涂料质量。建议管理单位应将管理方式由事前管理转变为事后管理,按标线的实际性能支付款项。
参考文献:
(1)《道路标线材料及应用》杜利民、郑家军、何勇编著,人民交通出版社,2005年10月。
(2)www.nzta.govt.nz 新西兰政府网站,有耐久性标线材料规定。
(3)www.ntpet.org 美国道路材料测试机构。在全美有几个实验场地,对标线材料进行室内物理测试和
道路试验评估。出具试验报告,但不做合格判定,报告供各州管理部门参考。
(4)www.degarout.com 德国赢创公司,是全球最大的特种化工材料供应商,Degarout是其道路标线材料
的商标名称。
(5)《城市道路—设计深度图样及交通标志和标线》中国建筑标准设计研究院编制,中国计划出版社,
2010年7月1日。
 
 

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