黃晚清 游 宏 陸 陽

(四川省交通運輸廳交通勘察設(shè)計研究院1) 成都 610017) (西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院2) 成都 610031)

道路預(yù)成形標(biāo)線帶路面粘結(jié)性能的評價分析*

黃晚清1)游 宏1)陸 陽2)

(四川省交通運輸廳交通勘察設(shè)計研究院1)成都 610017) (西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院2)成都 610031)

以三種道路預(yù)成型標(biāo)線帶的剝離試驗，研究路面類型、構(gòu)造深度、濕度和溫度對標(biāo)線帶粘結(jié)性能的影響.測試發(fā)現(xiàn)，標(biāo)線帶的粘結(jié)性能隨路面構(gòu)造深度的增加而下降，粘結(jié)于瀝青路面的降幅相對較小；在相同構(gòu)造深度下，標(biāo)線帶與瀝青路面的粘結(jié)性大于與水泥混凝土路面的粘結(jié)性；標(biāo)線帶使用過程中具有優(yōu)良的封水作用，但在施工過程中的路面潮濕會嚴(yán)重降低其粘結(jié)性能；測試數(shù)據(jù)同時表明，標(biāo)線帶與兩類路面的粘結(jié)性均顯示出較強的溫度敏感性.由此認(rèn)為，預(yù)成形標(biāo)線帶的剝離試驗，應(yīng)充分考慮路面材料、構(gòu)造深度及試驗溫度，以對標(biāo)線帶粘結(jié)性能做出符合實際的評價.

預(yù)成形標(biāo)線帶；剝離試驗；粘結(jié)性；路面類型；路表特性；溫濕度

0 引 言

道路標(biāo)志線是確保道路交通安全運行的重要工程設(shè)施之一，設(shè)置合理、性能優(yōu)良的道路標(biāo)線對提高運輸能力的貢獻(xiàn)率可達(dá)30%以上[1].傳統(tǒng)的交通標(biāo)線采用高分子涂料，受氣候環(huán)境、路表構(gòu)造、交通狀況及標(biāo)線材質(zhì)等影響，標(biāo)線易出現(xiàn)開裂、脫落、熱穩(wěn)定性差等病害[2-4].為提升改善道路標(biāo)線的使用性能，在已有熱熔標(biāo)線涂料中摻入適量舊陶瓷提高其高溫穩(wěn)定性和抗磨耗性[5]，并進(jìn)一步從微觀角度研究摻入舊陶瓷標(biāo)線材料結(jié)構(gòu)形態(tài)特征，分析微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)與路用性能的相關(guān)性[6].近年來，道路預(yù)成形標(biāo)線帶已得到越來越多的應(yīng)用.道路預(yù)成形標(biāo)線帶由上至下，一般可視為三層組合層狀結(jié)構(gòu)，即玻璃微珠層、胎基層及粘接層，其中，玻璃微珠層中的玻璃微珠通過粘接劑粘接在胎基層上，為標(biāo)線帶提供反光，同時可增加標(biāo)線帶的粗糙度，提高路面抗滑性；胎基層需滿足強度及耐久性要求，并根據(jù)需求定制顏色；粘接層為標(biāo)線帶與路面聯(lián)結(jié)的關(guān)鍵構(gòu)造層，應(yīng)顧及復(fù)雜的行車及自然環(huán)境條件下與路面協(xié)調(diào)工作的需求.

預(yù)成型標(biāo)線帶的粘接層通常采用壓敏膠作為粘接劑，使用時只需在標(biāo)線帶表面施加一定壓力即可使其粘接于路面，并且標(biāo)線帶的清除一般不會在路面留下明顯痕跡.現(xiàn)代道路預(yù)成形標(biāo)線帶主要使用橡膠型壓敏膠和樹脂型壓敏膠，其中橡膠型生產(chǎn)大多采用熱熔型涂覆工藝，樹脂型一般采用溶劑或水性涂覆工藝.合成橡膠型壓敏膠因其價格較低工藝簡單使用更多，壓敏膠研發(fā)正向著多種材料合成的方向發(fā)展，如文獻(xiàn)[7]使用順丁膠、氯丁膠、丁苯膠等合成的標(biāo)線帶用橡膠類壓敏膠，粘接力較傳統(tǒng)的壓敏膠提高近一倍；文獻(xiàn)[8]則在標(biāo)線帶各結(jié)構(gòu)層原材中摻加鐵氧體磁性材料，增強了壓敏膠與胎基層的粘結(jié)力.

壓敏膠技術(shù)為預(yù)成型標(biāo)線帶的工程應(yīng)用提供了更多的選擇，但對其粘結(jié)性能評價的方法，目前仍有待進(jìn)一步的完善.本文以已批量化生產(chǎn)的三個標(biāo)線帶為樣本，采用室內(nèi)試驗手段，通過對壓敏膠與不同類型和使用現(xiàn)狀路面之間粘結(jié)性能的探討，分析影響剝離試驗結(jié)果的主要因素，為預(yù)成型標(biāo)線帶粘結(jié)性指標(biāo)的合理評價提供參考.

1 試驗方案

標(biāo)線帶作為一個整體膠結(jié)于路面時，其破壞基本形式有兩類，即與路表結(jié)合處的界面破壞和發(fā)生在標(biāo)線帶內(nèi)部的內(nèi)聚力破壞.路面上，純粹的界面破壞或內(nèi)聚力破壞較為少見，更常見的破壞是界面破壞和內(nèi)聚力破壞的組合.因此，在現(xiàn)有的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得以保證的前提下，更應(yīng)重視標(biāo)線帶與實際路面的粘結(jié)性能.鑒于此，課題組采用本地區(qū)常見的剛、柔性路面為被膠接基面，針對典型工況測試標(biāo)線帶的粘結(jié)性.試驗中，剛性路面采用水泥混凝土，成型時，表面先按傳統(tǒng)方法抹面，終凝且標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后結(jié)合人工刻槽和粗砂紙打磨表面方法，進(jìn)行基面糙化的二次處理，制得“0構(gòu)造深度”(不進(jìn)行糙化處理)、以及構(gòu)造深度分別為1 mm和2 mm的水泥混凝土板.柔性路面采用瀝青混凝土，通過集料用量調(diào)整和打磨修整，按要求成型與水泥混凝土相同的“0構(gòu)造深度”(利用車轍板背面)以及構(gòu)造深度分別為1 mm和2 mm的試件(車轍板正面).由于本試驗?zāi)康氖菫槎ㄐ员容^提供相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)造深度由鋪砂法估測，并根據(jù)測量值對基面進(jìn)行修正直至滿足要求.

試驗采用的預(yù)成形標(biāo)線帶由國內(nèi)三廠商提供，基本指標(biāo)見表1，其中，背膠厚度為刮除胎基層后的測量值.由于不涉及反光性能測試，試驗所用三種標(biāo)帶正面均為光面(未嵌入玻璃微珠).為保證試樣試驗結(jié)果具有可比性，從整卷標(biāo)線帶成品料中裁剪取樣，裁剪試樣長200 mm，寬25 mm.裁剪后的標(biāo)線帶需保持潔凈.

表1 試驗用預(yù)成形標(biāo)線帶基本指標(biāo)

粘貼形標(biāo)線帶前，先清潔測試板表面，去除表面松動細(xì)料以及各種雜質(zhì)灰層，烘干備用；接著將裁剪標(biāo)線帶的背膠保護(hù)膜撕下125 mm長度，平行粘貼在測試板表面(不得施加壓力)，并用重2 kg的鋼輪(鋼輪直徑80 mm、輪寬45 mm)沿著標(biāo)線帶長度方向以300 mm/min的速度均勻滾動碾壓一遍，使長125 mm無背膠保護(hù)膜的標(biāo)線帶粘接在測試板表面.剩余的長75 mm的標(biāo)線帶，連同背膠保護(hù)膜翻折180°后，用鋼絲和鋼釘制成的夾具固定，然后連接于試驗機，見圖1.

圖1 180°剝離強度試驗圖

導(dǎo)致標(biāo)線帶從基面剝離的力并非作用在整個膠接面上，而是集中在接頭端部的一個非常狹窄的區(qū)域，故剝離力通常稱之為線應(yīng)力.為表述標(biāo)線帶抗剝離能力，文獻(xiàn)[9]規(guī)定采用180°剝離強度試驗，按規(guī)定速率測試剝離標(biāo)線帶所需力的大小.影響剝離試驗精度的關(guān)鍵是：試驗中，受拉伸標(biāo)線帶與基面試件保持在同一平面，在此基礎(chǔ)上，利用電氣伺服瀝青混合料試驗機，按文獻(xiàn)[9]規(guī)定的300 mm/min剝離速度，在控制溫度環(huán)境下測試，并由電腦記錄并保存拉伸剝離力隨位移變化的適時數(shù)據(jù).

試驗由計算機自動采集數(shù)據(jù)，但由于剝離力一般隨標(biāo)線帶拉伸長度呈波動變化(見圖2)，需通過拉伸力-位移曲線圖的均值化處理定義剝離力的量值.為簡化問題，本試驗數(shù)據(jù)采用等高線法進(jìn)行處理，即在拉伸力-位移曲線圖上以一定頻率峰值測點的均值代表剝離力大小.根據(jù)試驗機的伺服性能和文獻(xiàn)[10]，試驗數(shù)據(jù)分析時采用的基本數(shù)據(jù)為：標(biāo)線帶從基面剝離25 mm時開始，至全部剝離時段內(nèi)所記錄的拉伸力.

圖2 拉伸力-位移典型曲線及剝離力估算示意圖

2 試驗結(jié)果分析

2.1 基面和構(gòu)造深度的影響

路面類型不同(如水泥混凝土或瀝青混凝土)其表面構(gòu)造不一，即使同一類型路面，因其混合料、級配、施工工藝及石料不同，其表面構(gòu)造也會有較大差異，因此，有必要研究構(gòu)造深度對標(biāo)線帶粘結(jié)性能的影響.

不同構(gòu)造深度下，膠結(jié)于水泥混凝土基面和瀝青混凝土基面上三種標(biāo)線帶剝離力的測試值分別標(biāo)示于圖3，其中試驗溫度控制在(10±1) ℃.從標(biāo)線帶類型看，無論哪種基面及構(gòu)造深度，標(biāo)線帶2的剝離力總體最大(僅基面為水泥混凝土構(gòu)造深度為2 mm時，略小于標(biāo)線帶3)、標(biāo)線帶3次之、標(biāo)線帶1最小.從與路面的粘結(jié)性能看，標(biāo)線帶2最優(yōu).比較兩種基面類型，無論哪種標(biāo)線帶及構(gòu)造深度，同條件下與瀝青混凝土間的抗剝離力始終較水泥混凝土基面的抗剝離力大.

圖3 膠結(jié)于不同基面的標(biāo)線帶剝離力測試值

無論是水泥混凝土基面還是瀝青混凝土基面，隨著構(gòu)造深度的增大，三種標(biāo)線帶的剝離力均呈減小趨勢.以水泥混凝土為膠結(jié)基面，當(dāng)表面構(gòu)造深度為1 mm時，剝離力平均減幅為16.6%；當(dāng)構(gòu)造深度為2 mm時，剝離力平均減幅為40.3%.采用瀝青混凝土基面時，標(biāo)線帶抗剝離力隨構(gòu)造深度的減幅相對較小，當(dāng)表面構(gòu)造深度為1 mm時，剝離力平均減幅為8.1%，約為水泥混凝土基面減幅的49%；當(dāng)構(gòu)造深度為2 mm時，剝離力平均減幅為25.6%，約為水泥混凝土基面減幅的64%.

抗剝離力隨構(gòu)造深度減小很可能源于壓敏膠與被膠結(jié)基面接觸有效面積減小的緣故：在構(gòu)造深度達(dá)到一定值后，由于壓敏膠不可能完全充填基面表面的構(gòu)造空間，故與基面之間形成部分脫空，吸附作用減弱，宏觀表現(xiàn)出粘結(jié)性能的降低.可見，即使在相同工作環(huán)境下，同一標(biāo)線帶產(chǎn)品也可能因路面表面構(gòu)造差異使用年限長短不一，致其使粘結(jié)性能的明顯差異.另外，與瀝青混凝土間的粘結(jié)力相對較大、與瀝青混凝土粘結(jié)時抗剝離力隨構(gòu)造深度減幅相對較小的可能原因是壓敏膠與瀝青同屬高分子材料，其基面更容易吸附膠粘劑分子，宏觀標(biāo)現(xiàn)出更大的抗剝離力和相對較小的減幅.

圖4 標(biāo)線帶剝離力隨構(gòu)造深度的減幅

2.2 與標(biāo)準(zhǔn)基面的對比

需要指出的是，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于預(yù)成型標(biāo)線帶的粘結(jié)性測試未考慮路面類型的不同，統(tǒng)一將鋼板作為被膠結(jié)基面.為了與傳統(tǒng)試驗方法對比，現(xiàn)以不銹鋼板為被膠結(jié)基面，采用前述同樣的標(biāo)線帶試樣及膠黏成型方法，測得三種標(biāo)線帶的剝離力分別為68，95和85 N.標(biāo)線帶剝離后，鋼板表面幾乎無壓敏膠殘留痕跡，也就是說，鋼板基面上的標(biāo)線帶破壞屬純界面破壞.對比水泥、瀝青混凝土基面上的剝離形式，在標(biāo)線帶上可觀察到較為明顯的水泥和瀝青的殘留物，表明其破壞是界面和被膠結(jié)材料內(nèi)聚力破壞的組合，而壓敏膠內(nèi)聚力強度較高，足以抵抗剝離力引起的膠粘劑分子結(jié)構(gòu)破壞.

圖5 相對于鋼板基面，水泥、瀝青混凝土基面不同構(gòu)造深度下的標(biāo)線帶剝離力

以鋼板基面上的標(biāo)線帶剝離力測試值為基準(zhǔn)，可以在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的框架內(nèi)，評價標(biāo)線帶與實際路面的粘結(jié)性.在“0構(gòu)造深度”的水泥混凝土基面上，三種標(biāo)線帶的抗剝離力較之鋼板基面上的標(biāo)線帶提高了7%～8%，而在“0構(gòu)造深度”瀝青混凝土基面上，標(biāo)線帶的抗剝離力更是提高了20%～27%,見圖5.進(jìn)一步，采用構(gòu)造深度為2 mm的基面，試驗得：粘結(jié)于水泥混凝土表面標(biāo)線帶的抗剝離力均值較鋼板基面上抗剝離力均值降低36%，而同樣構(gòu)造深度下，粘結(jié)于瀝青混凝土的標(biāo)線帶抗剝離力僅比粘結(jié)于鋼板的標(biāo)線帶抗剝離力(均值)減小約1%.壓敏膠與瀝青同屬高分子材料，基面更容易吸附膠粘劑分子，因此不難解釋為什么標(biāo)線帶粘結(jié)性能對水泥混凝土的表面特征更為敏感.由此可以進(jìn)一步推論，以鋼板為基面的預(yù)成型標(biāo)線帶粘結(jié)性測試，雖能對不同標(biāo)線帶粘結(jié)性的評判提供對比數(shù)據(jù)，但應(yīng)用于路面時，根據(jù)路面材料及現(xiàn)時使用狀況不同進(jìn)行有針對性的測試，才能對標(biāo)線帶的粘結(jié)性做出更切合實際的評定.

2.3 濕度的影響

路面標(biāo)線帶暴露于自然環(huán)境下工作，考察持續(xù)降雨以及高、低溫等環(huán)境因素對其粘結(jié)性能的影響有著特殊的意義.為此，與前述基本粘結(jié)性能試驗對照，對同樣方法成形的構(gòu)造深度1.0 mm的水泥、瀝青混凝土板試件，在剝離試驗前進(jìn)行2，4和6 h的純凈水浸泡，然后采用同樣控制方法剝離標(biāo)線帶.與干燥試件的測試數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)：無論是水泥混凝土基面還是瀝青混凝土基面，浸水歷時長短對標(biāo)線帶剝離力幾乎無任何影響，而且試驗完成后的測試板表面粘接區(qū)域也無可見浸水痕跡，表明標(biāo)線帶服役工作過程中對降水有良好的封閉作用.

反之，若在粘貼標(biāo)線帶之前，即使在基面板表面噴灑少量水，也會導(dǎo)致標(biāo)線帶抗剝離力的顯著下降.例如本試驗采用蘸水毛刷在基面板表面刷一遍后粘貼標(biāo)線帶，則對于水泥混凝土基面上的三種標(biāo)線帶，其抗剝離力降低約60%～70%，而濕潤瀝青混凝土基面上標(biāo)線帶的抗剝離力更是降到了干燥狀態(tài)下的10%以下.水的存在顯著阻礙了壓敏膠與基面間的吸附與粘結(jié)，標(biāo)線帶的施工必須在適宜的天氣條件下進(jìn)行，禁止在雨天及路面潮濕條件下施工標(biāo)線帶.

2.4 溫度的影響

為考察溫度對預(yù)成形標(biāo)線帶粘結(jié)性能的影響，采用表面構(gòu)造深度均為1.0 mm的水泥、瀝青混凝土板作為基面，在室溫下粘貼標(biāo)線帶后，分別在-10，10，24，46和60 ℃溫度下保溫1 h，然后立即拉伸剝離標(biāo)線帶.由試驗得到的三種標(biāo)線帶剝離力，見圖6.無論是水泥混凝土基面還是瀝青混凝土基面，中溫下標(biāo)線帶的抗剝離力較大，而在低、高溫下，標(biāo)線帶的粘結(jié)性能都有明顯降低，其中，60 ℃時標(biāo)線帶1在兩類基面上的抗剝離力均較24 ℃時減小20%以上，即使是對溫度相對不敏感的標(biāo)線帶3，60 ℃時的抗剝離力也比24 ℃時降低了7%(水泥混凝土基面)和9%(瀝青混凝土基面).還需指出的是，60 ℃高溫下，剝離后的標(biāo)線帶背部較為潔凈而在對應(yīng)的測試板上則觀察到了壓敏膠殘留物，即剝離主要為界面破壞與膠黏劑內(nèi)聚力破壞共存的混合破壞.目前道路用預(yù)成形標(biāo)線帶種類數(shù)以百計，考慮到粘結(jié)性對溫度敏感程度的不同，具體應(yīng)用時，當(dāng)在對道路所在地環(huán)境特征綜合分析基礎(chǔ)上選用.

圖6 不同溫度下膠結(jié)于不同基面的標(biāo)線帶剝離力

3 結(jié) 論

1) 道路預(yù)成形標(biāo)線帶粘結(jié)性與路面類型有關(guān)，相同構(gòu)造深度下，膠接于瀝青混凝土基面3種標(biāo)線帶的抗剝離力均相對水泥混凝土基面的大，主要源于壓敏膠與瀝青分子間存在相互吸附作用.

2) 對水泥混凝土和瀝青混凝土基面，隨著構(gòu)造深度的增大，三種標(biāo)線帶的抗剝離力均呈減小趨勢，主要源于構(gòu)造深度增加，標(biāo)線帶與基面間脫空增多，有效粘結(jié)面積及吸附減弱.相對于水泥混凝土基面，標(biāo)線帶與瀝青混凝土基面間的抗剝離力隨構(gòu)造深度減小的幅值相對較小.

3) 由于路面類型及表面構(gòu)造與現(xiàn)行測試標(biāo)準(zhǔn)基面即鋼板的差異，導(dǎo)致現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測試結(jié)果和標(biāo)線帶與實際路面間的粘結(jié)力有較大差異，現(xiàn)行測試結(jié)果僅能對不同標(biāo)線帶進(jìn)行對比評價.

4) 所測試的3種標(biāo)線帶在使用過程中均具有優(yōu)良的封水效果，但標(biāo)線帶施工過程中，路面潮濕會嚴(yán)重降低標(biāo)線帶的抗剝離力，故其施工必須在適宜的天氣條件下進(jìn)行，確保路面處于干燥狀態(tài).

5) 兩種基面下，3種標(biāo)線帶中溫下的抗剝離力最大，低、高溫下的抗剝離力均降低，另外，標(biāo)線帶與路面的粘結(jié)性對溫度的敏感性隨標(biāo)線帶壓敏膠種類和路面材料的不同有較明顯的變化.

綜上，道路預(yù)成形標(biāo)線帶的拉伸剝離試驗，宜針對剛、柔性兩類路面類型和路表構(gòu)造特征，綜合道路所在地溫度變化區(qū)間，以更準(zhǔn)確地反映標(biāo)線帶與粘結(jié)性相關(guān)的使用性能狀況.

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On the Assessment of Adhesive Properties of Preformed Pavement Marking Tape

HUANG Wanqing1)YOU Hong1)LU Yang2)

(SichuanCommunicationsSurveyingandDesignInstitute,Chengdu610017,China)1)(SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)2)

Peeling off tests are performed to study the influence of pavement type, texture depth (TD), humidity and temperature on the adhesive properties of preformed pavement marking tapes (PPMTs) produced by three different manufactories. It is found that the adhesion of the PPMTs decreases with the increase of TD of the pavement surfaces, and the decreasing amplitude of adhesion of the PPMTs to the asphaltic pavement is relatively small; when TDs are of the same order, the adhesion of the PPMTs to the asphaltic pavement is higher than that to the Portland Cement Concrete pavement; the PPMTs all show excellent waterproof performance in use, but the adhesion of the PPMTs to wet road severely reduce. It also shows that the adhesions of the PPMTs are sensitive to testing temperatures. It was therefore suggested that testing conditions of pavement materials as well as pavement TD and testing temperatures should be specified for peeling off tests in order to ensure the proper assessment to the adhesive properties of the PPMT.

preformed pavement marking tape; peeling off test; adhesion property; pavement types; surface property of the pavement; temperature and humidity

2017-06-07

*四川省交通科技項目資助(2015-4-1)

U491.523

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.04.013

黃晚清(1978—)：男，博士，高級工程師，主要研究領(lǐng)域為道路工程