道路预成形标线带路面粘结性能的评价分析*

黄晚清 游 宏 陆 阳

(四川省交通运输厅交通勘察设计研究院1) 成都 610017) (西南交通大学土木工程学院2) 成都 610031)

道路预成形标线带路面粘结性能的评价分析*

黄晚清1)游 宏1)陆 阳2)

(四川省交通运输厅交通勘察设计研究院1)成都 610017) (西南交通大学土木工程学院2)成都 610031)

以三种道路预成型标线带的剥离试验，研究路面类型、构造深度、湿度和温度对标线带粘结性能的影响.测试发现，标线带的粘结性能随路面构造深度的增加而下降，粘结于沥青路面的降幅相对较小；在相同构造深度下，标线带与沥青路面的粘结性大于与水泥混凝土路面的粘结性；标线带使用过程中具有优良的封水作用，但在施工过程中的路面潮湿会严重降低其粘结性能；测试数据同时表明，标线带与两类路面的粘结性均显示出较强的温度敏感性.由此认为，预成形标线带的剥离试验，应充分考虑路面材料、构造深度及试验温度，以对标线带粘结性能做出符合实际的评价.

预成形标线带；剥离试验；粘结性；路面类型；路表特性；温湿度

0 引 言

道路标志线是确保道路交通安全运行的重要工程设施之一，设置合理、性能优良的道路标线对提高运输能力的贡献率可达30%以上[1].传统的交通标线采用高分子涂料，受气候环境、路表构造、交通状况及标线材质等影响，标线易出现开裂、脱落、热稳定性差等病害[2-4].为提升改善道路标线的使用性能，在已有热熔标线涂料中掺入适量旧陶瓷提高其高温稳定性和抗磨耗性[5]，并进一步从微观角度研究掺入旧陶瓷标线材料结构形态特征，分析微观结构形态与路用性能的相关性[6].近年来，道路预成形标线带已得到越来越多的应用.道路预成形标线带由上至下，一般可视为三层组合层状结构，即玻璃微珠层、胎基层及粘接层，其中，玻璃微珠层中的玻璃微珠通过粘接剂粘接在胎基层上，为标线带提供反光，同时可增加标线带的粗糙度，提高路面抗滑性；胎基层需满足强度及耐久性要求，并根据需求定制颜色；粘接层为标线带与路面联结的关键构造层，应顾及复杂的行车及自然环境条件下与路面协调工作的需求.

预成型标线带的粘接层通常采用压敏胶作为粘接剂，使用时只需在标线带表面施加一定压力即可使其粘接于路面，并且标线带的清除一般不会在路面留下明显痕迹.现代道路预成形标线带主要使用橡胶型压敏胶和树脂型压敏胶，其中橡胶型生产大多采用热熔型涂覆工艺，树脂型一般采用溶剂或水性涂覆工艺.合成橡胶型压敏胶因其价格较低工艺简单使用更多，压敏胶研发正向着多种材料合成的方向发展，如文献[7]使用顺丁胶、氯丁胶、丁苯胶等合成的标线带用橡胶类压敏胶，粘接力较传统的压敏胶提高近一倍；文献[8]则在标线带各结构层原材中掺加铁氧体磁性材料，增强了压敏胶与胎基层的粘结力.

压敏胶技术为预成型标线带的工程应用提供了更多的选择，但对其粘结性能评价的方法，目前仍有待进一步的完善.本文以已批量化生产的三个标线带为样本，采用室内试验手段，通过对压敏胶与不同类型和使用现状路面之间粘结性能的探讨，分析影响剥离试验结果的主要因素，为预成型标线带粘结性指标的合理评价提供参考.

1 试验方案

标线带作为一个整体胶结于路面时，其破坏基本形式有两类，即与路表结合处的界面破坏和发生在标线带内部的内聚力破坏.路面上，纯粹的界面破坏或内聚力破坏较为少见，更常见的破坏是界面破坏和内聚力破坏的组合.因此，在现有的产品技术标准得以保证的前提下，更应重视标线带与实际路面的粘结性能.鉴于此，课题组采用本地区常见的刚、柔性路面为被胶接基面，针对典型工况测试标线带的粘结性.试验中，刚性路面采用水泥混凝土，成型时，表面先按传统方法抹面，终凝且标准养护后结合人工刻槽和粗砂纸打磨表面方法，进行基面糙化的二次处理，制得“0构造深度”(不进行糙化处理)、以及构造深度分别为1 mm和2 mm的水泥混凝土板.柔性路面采用沥青混凝土，通过集料用量调整和打磨修整，按要求成型与水泥混凝土相同的“0构造深度”(利用车辙板背面)以及构造深度分别为1 mm和2 mm的试件(车辙板正面).由于本试验目的是为定性比较提供相关数据，构造深度由铺砂法估测，并根据测量值对基面进行修正直至满足要求.

试验采用的预成形标线带由国内三厂商提供，基本指标见表1，其中，背胶厚度为刮除胎基层后的测量值.由于不涉及反光性能测试，试验所用三种标带正面均为光面(未嵌入玻璃微珠).为保证试样试验结果具有可比性，从整卷标线带成品料中裁剪取样，裁剪试样长200 mm，宽25 mm.裁剪后的标线带需保持洁净.

表1 试验用预成形标线带基本指标

粘贴形标线带前，先清洁测试板表面，去除表面松动细料以及各种杂质灰层，烘干备用；接着将裁剪标线带的背胶保护膜撕下125 mm长度，平行粘贴在测试板表面(不得施加压力)，并用重2 kg的钢轮(钢轮直径80 mm、轮宽45 mm)沿着标线带长度方向以300 mm/min的速度均匀滚动碾压一遍，使长125 mm无背胶保护膜的标线带粘接在测试板表面.剩余的长75 mm的标线带，连同背胶保护膜翻折180°后，用钢丝和钢钉制成的夹具固定，然后连接于试验机，见图1.

图1 180°剥离强度试验图

导致标线带从基面剥离的力并非作用在整个胶接面上，而是集中在接头端部的一个非常狭窄的区域，故剥离力通常称之为线应力.为表述标线带抗剥离能力，文献[9]规定采用180°剥离强度试验，按规定速率测试剥离标线带所需力的大小.影响剥离试验精度的关键是：试验中，受拉伸标线带与基面试件保持在同一平面，在此基础上，利用电气伺服沥青混合料试验机，按文献[9]规定的300 mm/min剥离速度，在控制温度环境下测试，并由电脑记录并保存拉伸剥离力随位移变化的适时数据.

试验由计算机自动采集数据，但由于剥离力一般随标线带拉伸长度呈波动变化(见图2)，需通过拉伸力-位移曲线图的均值化处理定义剥离力的量值.为简化问题，本试验数据采用等高线法进行处理，即在拉伸力-位移曲线图上以一定频率峰值测点的均值代表剥离力大小.根据试验机的伺服性能和文献[10]，试验数据分析时采用的基本数据为：标线带从基面剥离25 mm时开始，至全部剥离时段内所记录的拉伸力.

图2 拉伸力-位移典型曲线及剥离力估算示意图

2 试验结果分析

2.1 基面和构造深度的影响

路面类型不同(如水泥混凝土或沥青混凝土)其表面构造不一，即使同一类型路面，因其混合料、级配、施工工艺及石料不同，其表面构造也会有较大差异，因此，有必要研究构造深度对标线带粘结性能的影响.

不同构造深度下，胶结于水泥混凝土基面和沥青混凝土基面上三种标线带剥离力的测试值分别标示于图3，其中试验温度控制在(10±1) ℃.从标线带类型看，无论哪种基面及构造深度，标线带2的剥离力总体最大(仅基面为水泥混凝土构造深度为2 mm时，略小于标线带3)、标线带3次之、标线带1最小.从与路面的粘结性能看，标线带2最优.比较两种基面类型，无论哪种标线带及构造深度，同条件下与沥青混凝土间的抗剥离力始终较水泥混凝土基面的抗剥离力大.

图3 胶结于不同基面的标线带剥离力测试值

无论是水泥混凝土基面还是沥青混凝土基面，随着构造深度的增大，三种标线带的剥离力均呈减小趋势.以水泥混凝土为胶结基面，当表面构造深度为1 mm时，剥离力平均减幅为16.6%；当构造深度为2 mm时，剥离力平均减幅为40.3%.采用沥青混凝土基面时，标线带抗剥离力随构造深度的减幅相对较小，当表面构造深度为1 mm时，剥离力平均减幅为8.1%，约为水泥混凝土基面减幅的49%；当构造深度为2 mm时，剥离力平均减幅为25.6%，约为水泥混凝土基面减幅的64%.

抗剥离力随构造深度减小很可能源于压敏胶与被胶结基面接触有效面积减小的缘故：在构造深度达到一定值后，由于压敏胶不可能完全充填基面表面的构造空间，故与基面之间形成部分脱空，吸附作用减弱，宏观表现出粘结性能的降低.可见，即使在相同工作环境下，同一标线带产品也可能因路面表面构造差异使用年限长短不一，致其使粘结性能的明显差异.另外，与沥青混凝土间的粘结力相对较大、与沥青混凝土粘结时抗剥离力随构造深度减幅相对较小的可能原因是压敏胶与沥青同属高分子材料，其基面更容易吸附胶粘剂分子，宏观标现出更大的抗剥离力和相对较小的减幅.

图4 标线带剥离力随构造深度的减幅

2.2 与标准基面的对比

需要指出的是，现行标准关于预成型标线带的粘结性测试未考虑路面类型的不同，统一将钢板作为被胶结基面.为了与传统试验方法对比，现以不锈钢板为被胶结基面，采用前述同样的标线带试样及胶黏成型方法，测得三种标线带的剥离力分别为68，95和85 N.标线带剥离后，钢板表面几乎无压敏胶残留痕迹，也就是说，钢板基面上的标线带破坏属纯界面破坏.对比水泥、沥青混凝土基面上的剥离形式，在标线带上可观察到较为明显的水泥和沥青的残留物，表明其破坏是界面和被胶结材料内聚力破坏的组合，而压敏胶内聚力强度较高，足以抵抗剥离力引起的胶粘剂分子结构破坏.

图5 相对于钢板基面，水泥、沥青混凝土基面不同构造深度下的标线带剥离力

以钢板基面上的标线带剥离力测试值为基准，可以在现行标准的框架内，评价标线带与实际路面的粘结性.在“0构造深度”的水泥混凝土基面上，三种标线带的抗剥离力较之钢板基面上的标线带提高了7%～8%，而在“0构造深度”沥青混凝土基面上，标线带的抗剥离力更是提高了20%～27%,见图5.进一步，采用构造深度为2 mm的基面，试验得：粘结于水泥混凝土表面标线带的抗剥离力均值较钢板基面上抗剥离力均值降低36%，而同样构造深度下，粘结于沥青混凝土的标线带抗剥离力仅比粘结于钢板的标线带抗剥离力(均值)减小约1%.压敏胶与沥青同属高分子材料，基面更容易吸附胶粘剂分子，因此不难解释为什么标线带粘结性能对水泥混凝土的表面特征更为敏感.由此可以进一步推论，以钢板为基面的预成型标线带粘结性测试，虽能对不同标线带粘结性的评判提供对比数据，但应用于路面时，根据路面材料及现时使用状况不同进行有针对性的测试，才能对标线带的粘结性做出更切合实际的评定.

2.3 湿度的影响

路面标线带暴露于自然环境下工作，考察持续降雨以及高、低温等环境因素对其粘结性能的影响有着特殊的意义.为此，与前述基本粘结性能试验对照，对同样方法成形的构造深度1.0 mm的水泥、沥青混凝土板试件，在剥离试验前进行2，4和6 h的纯净水浸泡，然后采用同样控制方法剥离标线带.与干燥试件的测试数据比较，发现：无论是水泥混凝土基面还是沥青混凝土基面，浸水历时长短对标线带剥离力几乎无任何影响，而且试验完成后的测试板表面粘接区域也无可见浸水痕迹，表明标线带服役工作过程中对降水有良好的封闭作用.

反之，若在粘贴标线带之前，即使在基面板表面喷洒少量水，也会导致标线带抗剥离力的显著下降.例如本试验采用蘸水毛刷在基面板表面刷一遍后粘贴标线带，则对于水泥混凝土基面上的三种标线带，其抗剥离力降低约60%～70%，而湿润沥青混凝土基面上标线带的抗剥离力更是降到了干燥状态下的10%以下.水的存在显著阻碍了压敏胶与基面间的吸附与粘结，标线带的施工必须在适宜的天气条件下进行，禁止在雨天及路面潮湿条件下施工标线带.

2.4 温度的影响

为考察温度对预成形标线带粘结性能的影响，采用表面构造深度均为1.0 mm的水泥、沥青混凝土板作为基面，在室温下粘贴标线带后，分别在-10，10，24，46和60 ℃温度下保温1 h，然后立即拉伸剥离标线带.由试验得到的三种标线带剥离力，见图6.无论是水泥混凝土基面还是沥青混凝土基面，中温下标线带的抗剥离力较大，而在低、高温下，标线带的粘结性能都有明显降低，其中，60 ℃时标线带1在两类基面上的抗剥离力均较24 ℃时减小20%以上，即使是对温度相对不敏感的标线带3，60 ℃时的抗剥离力也比24 ℃时降低了7%(水泥混凝土基面)和9%(沥青混凝土基面).还需指出的是，60 ℃高温下，剥离后的标线带背部较为洁净而在对应的测试板上则观察到了压敏胶残留物，即剥离主要为界面破坏与胶黏剂内聚力破坏共存的混合破坏.目前道路用预成形标线带种类数以百计，考虑到粘结性对温度敏感程度的不同，具体应用时，当在对道路所在地环境特征综合分析基础上选用.

图6 不同温度下胶结于不同基面的标线带剥离力

3 结 论

1) 道路预成形标线带粘结性与路面类型有关，相同构造深度下，胶接于沥青混凝土基面3种标线带的抗剥离力均相对水泥混凝土基面的大，主要源于压敏胶与沥青分子间存在相互吸附作用.

2) 对水泥混凝土和沥青混凝土基面，随着构造深度的增大，三种标线带的抗剥离力均呈减小趋势，主要源于构造深度增加，标线带与基面间脱空增多，有效粘结面积及吸附减弱.相对于水泥混凝土基面，标线带与沥青混凝土基面间的抗剥离力随构造深度减小的幅值相对较小.

3) 由于路面类型及表面构造与现行测试标准基面即钢板的差异，导致现行标准测试结果和标线带与实际路面间的粘结力有较大差异，现行测试结果仅能对不同标线带进行对比评价.

4) 所测试的3种标线带在使用过程中均具有优良的封水效果，但标线带施工过程中，路面潮湿会严重降低标线带的抗剥离力，故其施工必须在适宜的天气条件下进行，确保路面处于干燥状态.

5) 两种基面下，3种标线带中温下的抗剥离力最大，低、高温下的抗剥离力均降低，另外，标线带与路面的粘结性对温度的敏感性随标线带压敏胶种类和路面材料的不同有较明显的变化.

综上，道路预成形标线带的拉伸剥离试验，宜针对刚、柔性两类路面类型和路表构造特征，综合道路所在地温度变化区间，以更准确地反映标线带与粘结性相关的使用性能状况.

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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

*四川省交通科技项目资助(2015-4-1)

U491.523

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.04.013

黄晚清(1978—)：男，博士，高级工程师，主要研究领域为道路工程