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路面标线反光性能影响因素分析祁晓静，关腊生，张 超（山西长达交通设施有限公司，山西太原030006）摘要：影响标线夜间可视性的因素很多，针对玻璃珠的成圆率、粒径范围、撒布时间与玻璃珠比重的配合问题、撒布量、折射率等问题进行了分析，同时通过实际数据论证了标线种类造 成的亮度因数及成膜物对玻璃珠的黏结能力差异对标线的初始逆反射系数及持久反光能力的 影响，并针对玻璃珠镀膜与标线种类的匹配问题提出建议。关键词：逆反射系数；玻璃珠；标线种类；玻璃珠镀膜中图分类号：U491.523文献标识码：A文章编号：1006-3528（2014）05-0093-03路面标线作为一种基础的交通设施，在车辆行驶过程中，提供诱导、分流、提示或限制等作用，是交 通管理中非常重要的环节。通常路面标线需要具备 完整清晰、鲜明美观的特性。尤其是高速路，不仅要 求标线白天标识明显，夜间也需要提供有效的可视 性来保证交通安全。影响路面标线夜间可视性的因 素很多，包括反光玻璃珠的特性、施工适宜程度、标 线 的 种 类 、玻璃珠镀膜与标线种 类 的 配 套 情 况 等1-3。本文将对这些因素进行简单的分析。1 玻璃珠对标线夜间反光的影响1.1玻璃珠成圆率和粒径对标线夜间反光的影响 如图 1a 所示，只有接近理想球体的玻璃珠才可以使车灯射入到标线表层玻璃珠的光线经折射反 射折射进入到司机的眼中。成圆不理想的玻璃珠会 使光线在玻璃珠内部发生多次反射，最后透过玻璃珠 折射返回的光线会偏离司机的视野，如图 1b。嵌入较浅，容易在外力作用下脱落；若玻璃珠较小，则容易全部没入标线内部；若玻璃珠粒径不均匀，其 没入标线涂膜的程度也不均匀，较小的玻璃珠容易 被大玻璃珠遮挡，无法收到车灯射来的光，或者形成 有效的回归反射，这些都会影响标线的夜间可视性， 通常玻璃珠的粒径范围应为 2060 目。1.2玻璃珠的折射率对标线夜间反光的影响 玻璃珠在夜间行车过程中所起到的作用是提供集中的回归反射光线，即将由光源照射到玻璃珠上 的大部分光能集中在一个狭小的光锥内返回到司机 的视野中。通常来讲，回归反射光束的强弱通常由回 归反射的张角 （光线射出玻璃珠的方向与光轴线反 向之间的夹角）决定，当张角越大时，光束发散越厉 害，形成的视觉效果越差。通常情况下张角 D2 按式1 计算：D2=22sin-1(h/n)-sin-1h，（1）2D2 在 h= 姨(4-n )/3 时取得极大值。当 n 值确定时，就可以计算出不同折射率的玻璃珠形成的回归反射张角。通常情况下玻璃珠的折射率 n2，通过 计算可以知道在此范围内，随着 n 的增大，回归反射 的张角 D2 越小，形成的光束越集中4，人眼对其的识 别能力越强。也就是说玻璃珠的折射率越大，形成回 归反射的效果越好。但考虑到造价，路面标线通常采 用折射率 n1.7 的玻璃珠即可。图 1 玻璃珠成圆率对标线夜间可视性的影响因此，在标线施工过程中需优选玻璃珠，通常要 求成圆率大于等于 90%，从而保证光线的逆反射方 向。另外，标线的厚度通常较小，因此玻璃珠的粒径 需控制在一定的范围，若玻璃珠较大，其在标线内的收稿日期：20140403；修回日期：20140620作者简介：祁晓静(1985关腊生(1975），女，山西晋中人，工学硕士，2010 年毕业于中北大学应用化学专业；），男，山西朔州人，工程师，1997 年毕业于沈阳工业学院涂装防护专业；），男，山西昔阳人，大学本科，2009 年毕业于济南大学材料科学与工程专业。张 超(1987山西交通科技2014 年第 5 期94入程度，而玻璃珠在标线涂膜中的嵌入程度会严重影响标线的逆反射亮度系数。如图 2 所示，玻璃珠嵌 入过浅或者过深，都会影响标线的夜间可视性。2玻璃珠施工适宜程度对标线夜间反光效果的影响2.1玻璃珠撒布时间对标线夜间反光的影响 玻璃珠的撒布时间会影响其在标线涂膜中的嵌图 2 玻璃珠嵌入程度对标线夜间可视性的影响表 1 树脂种类对标线逆反射亮度系数的影响通常，玻璃珠在涂膜中的陷入程度与玻璃珠的撒布时间、涂料的黏度以及玻璃珠的比重有密切的 关系。因此根据涂料的黏度，选择比重合适的玻璃 珠，并确定撒布时间尤为重要。当涂料黏度较大，玻 璃珠比重较小时，或者撒布时间较晚，玻璃珠嵌入涂 膜浅，车头灯光会透过玻璃珠，射向远方，如图 2a， 同时部分玻璃珠成为浮珠，在外力作用下极易脱落， 标线的逆反射亮度系数下降较快，标线有效寿命严 重短缩；而涂料黏度较小，玻璃珠比重较大时，玻璃 珠嵌入涂膜深，光线在玻璃珠内发生多次反射，最终 折不回来，如图 2c。只有比重合适的玻璃珠才能形 成有效的回归反射，如图 2b。对于道路标线而言，玻 璃微珠嵌入涂膜的位置一般以露出 40%50%是反 光效果最好，而玻璃珠比重为 2.42.6 g/cm3 较合 适。2.2玻璃珠撒布量对标线夜间反光的影响 玻璃珠撒布量过少时，无法对入射光源形成集中的回归反射，反光量不足；珠量过多，容易产生过 密的折射，使反射光偏离入射方向，而且存在玻璃珠 黏结不牢容易脱落的问题，同时也会造成成本的增 加。通常，玻璃珠撒布量在 0.370.45 kg/m3 之间时 效果最佳。玻璃珠量过多时的光路示意图如图 3 所 示。注：1. 白度测试采用色彩色差仪(计)CM2500，逆反射亮度系数的测试使用逆反射仪 ST-300；2. 测试白度的样板未加玻璃珠。由表 1 可见，相较于常见的热熔标线，MMA 道 路标线具有更优良的色度性能和逆反射亮度系数。 光线在照射到物体表面时，会有部分能量被吸收，被 吸收的能量越多，反射回的光线越弱，人眼对其的感 知能力越差。玻璃珠在形成回归反射过程中，主要的 能量损耗发生玻璃珠靠近涂料面的在镜面反射时， 也就是部分能量并不形成回归反射，而是透过玻璃 珠被标线吸收。通常我们认为，绝对黑体的反射率 为0，纯白物体的反射率为 1，也就是说当物体越白 时对光线的吸收越小，反射率越高。以 MMA 为单体 的合成树脂中有优良的透明性、化学稳定性和耐候 性5，使得 MMA 道路标线在相同钛白粉用量条件下 具有更优异的白度，并且在长期的使用中不泛黄。同 时采用更细腻的填料，也使标线的白度更出众。更好 的白度使得标线对光线的吸收更弱，从而保证夜间 玻璃珠提供更优异的逆反射亮度系数。3.2标线种类对标线夜间持久反光能力的影响 为考察各类标线夜间可视性的持久性，2010 年10 月在绥牡高速公路 K14+200K19+200 北幅做 热熔喷涂、热熔刮涂、MMA 喷涂、MMA 刮涂平面、 MMA 刮涂凹形等多种标线，标线位置包括内侧边缘 线、分界线、外侧边缘线。2011 年 7 月时，再次对其 逆反射亮度系数进行测试比较，结果如表 2。图 3 玻璃珠撒布量过多时对标线夜间可视性的影响3标线种类对标线夜间反光效果的影响3.1标线种类对标线夜间反光的影响 为考察标线种类对标线初始逆反射亮度系数的影响，实验将热熔和 MMA 高亮反光标线做了对比。标线种类12345平均值热熔 标线亮度因数0.7680.7750.7730.7720.7650.771逆反射亮度系数mcd/(m2lx)165185179177159173MMA 高 亮标线亮度因数0.8670.8720.8770.8650.8820.873逆反射亮度系数mcd/(m2lx)258267270251278264.82014 年第 5 期祁晓静，等：路面标线反光性能影响因素分析95表 2 夜间可视性持久能力对比（绥牡高速公路试验段）表面富含大量的硅端羟基，这些硅端羟基可以与水解后硅烷偶联剂的羟基发生水解反应，使玻璃珠与 硅烷偶联剂结合。反应如式 3。（3）mcd/(m2 lx)图 4 利用活性基团来锚钉玻璃微珠而硅烷偶联剂与涂料的黏结强度主要取决于中 R 基团与树脂的作用。反应型道路标线涂料利用活由表 2 可见，与热熔标线相比较，MMA 标线的夜间可视性保持时间更久，有效寿命更长。原因可能 有两点：一是相较与石油树脂 MMA 树脂的耐温变 性能更好，不会像热熔标线一样，夏季高温变软，将 灰尘、玻璃珠类的糅合到标线内，或者使玻璃珠浮出 标线表面，从而脱落，降低其逆反射亮度系数。二是 MMA 树脂在成膜过程中形成了交联的大分子网状 结构，将玻璃珠以及其他组分紧密地包裹于其中，同 时优良的耐磨性也保证了玻璃珠在使用过程中不在 外力作用下脱落，保证其逆反射亮度系数缓慢下降， 极大延长了标线夜间可视性的保持时间。4玻璃珠与标线的配合问题玻璃珠的镀膜常见的面撒玻璃珠均会进行镀膜处理，以增加 其与涂料的黏接能力，同时增强其在涂料中的悬浮 性。常见的镀膜处理用镀硅油和镀硅烷偶联剂。镀硅 油玻璃珠其表面的硅油容易溶解到涂料中，不能有 效提高玻璃珠与涂料的黏接能力；而镀硅烷偶联剂 则有亲水和亲油 2 个基团，亲水基一端与玻璃珠结 合，亲油基一端与涂料结合，能更好地实现有机与无 机的结合，增强涂膜与玻璃珠间的黏接能力。硅烷偶联剂的作用原理如下： 常见的硅烷偶联剂在酸性或者碱性条件下发生水解，形成带有羟基的末端，如式 2。1性基团锚钉玻璃珠的作用如图 4。并非所有的硅烷偶联剂都适合任意类型道路标线涂料，因此，在道路 标线的开发过程中需针对不同的路面标线筛选不同镀膜的玻璃珠，从而保证硅烷偶联剂的 R 基团中含1有可以与道路标线发生反应的基团，从而更好地保证标线的持久夜间反光亮度。5结束语本文对影响标线夜间可视性的多个因素进行分 析，为高亮型路面标线的开发提供了理论指导，随着 我国交通发展速度的放缓，标线的施工频率必然减 少，人们对行车安全性越来越重视，因此开发具有更 高效更持久的夜间可视路面标线具有极其重要的社 会意义。致谢：本研究得到了山西省交通厅科技项目（2011-1-33; 2012-1-10）的资助。参考文献：12匡金和.公路反光标线涂料J.中国涂料，1987(7)：46-48.杜利民，郑家军，何勇，等.道路标线材料及其应用M.北 京：人民交通出版社，2005. 郑桂兰，关瑞芳，隋肃，等.反应型反光道路标线涂料识别 效果研究J. 山东大学学报（工学版），2007，37(1)：86-89. 王柏庐.微玻璃球回归反光条件的理论分析J.光学学报,1998，18(6)：693-699. 钱伯章.甲基丙烯酸甲酯的生产技术及市场J.精细石油 化工进展，2002，3(10)：9-13.（英文摘要下转第 103 页）34+HR1(CH2)nSiX3+H2O- R1(CH2)nSi(OH)3+3HX，（2）or OH5式中：X 可以为 -Cl、-Br、-I、-CH3、-R 等。玻璃珠的标线 位置标线类型逆反射亮度系数平均值内侧 边缘 线铣 槽热熔喷涂107115119113.67热熔刮涂143131121131.67MMA 喷涂180188169179.00非铣槽MMA 喷涂161193184179.33外侧 边缘 线铣 槽热熔喷涂55696262.00热熔刮涂55517266.00MMA 喷涂110968095.33非铣槽MMA 喷涂128102123117.67分界 线非铣槽热熔刮涂74676067.00MMA 喷涂9699103100.33MMA 刮涂平面103116123114.00MMA 刮涂凹形159177196177.332014 年第 5 期李培俊：浅谈公路工程工地试验室的组建与管理103适应工程建设的需要，使持证人员存在一定数量的缺口，这也导致了检测人员流动性大的特点。解决这 一问题，就要求授权母体机构加强人才储备，加大日 常在职人员的培训力度，鼓励职工参加检测人员职 业资格考试，不断提高人员持证率。此外建设单位也 要在日常中加强工地试验室的监管力度，发现非持 证人员顶替上岗，要坚决制止，并给予适当的处罚。3.2 “三废”物品的处理存在随意性 由于工地试验室多在野外作业，环保监督缺失，检测工作中常出现“三废”物品(废水、废气、废物)， 尤其是在做水泥含量检测时，产生大量有毒有害的 化学试剂，部分试验室直接排放，造成环境污染。试 验室要建立废弃物品的处理程序，固体废物集中堆 放，专人处理，废液、废气应处理后排放或集中回收 交由相关环保部门处理。3.3标准物质的管理和设备自校不规范多数工地试验室标准物质没有管理编号，没有齐全的标准物质台账和档案，自校设备记录不完善、 不齐全，这些都会使量值溯源不能正确传递，检测数 据不真实、不准确。4结语为了促进公路工程试验检测工作的质量，交通 部和省质监机构下大力气进行了规范，并下发工地 试验室标准化建设专项方案，各试验室检测人员有 义务、有责任认真履职，建设一个标准化的工地试验 室，充分发挥试验检测的基础作用，用科学的数据为 工程质量保驾护航。参考文献：1 张晓冰，李洪斌.公路试验检测数据报告编制导则M.北 京：人民交通出版社，2012.The Study on the Construction and Management ofHighway Engineering Site LaboratoryLI Pei-jun(Shanxi Yuanda Highway & Bridge Construction Maintenance Co., Ltd, Xinzhou, Shanxi034000, China)Abstract: From the resident environment, detection function and layout, equipment and personnel, thispaper described the basic contents of the site laboratory construction. From the qualification management, quality system establishment, official authority and the data management, it expounded the basic management contents of the site laboratory, and at the same time it also analyzed the several weak links easily existed in the site laboratory, which provided certain references for the colleagues laboratory.Key words: work site; laboratory; construction; management!（上接第 95 页）The Analysis of the Influencing Factors for PavementMarking Reflective PerformanceQI Xiao-jing, GUAN La-sheng, ZHANG Chao(Shanxi Changda Traffic Facilities Co., Ltd, Taiyuan, Shanxi030006, China)Abstract: