CC BY
33УДК 351.811.111
Д.Е. БАРАБАШ, д-р техн. наук, А.В. ШУБИН, инженер (Alokaziy5@mail.ru),
Р.В. ШУБИН, инженер (Shubin@vmail.ru),
Военный авиационный инженерный университет (Воронеж)
Термопластичный материал для разметки автомобильных дорог
Дорожная разметка является важным средством организации и упорядочения движения транспортных потоков, позволяет без больших финансовых затрат увеличить скорость движения автомобилей и пропускную способность дороги, а также более чем на 20% уменьшить количество дорожно-транспортных происшествий. Эффективность разметки определяется ее хорошей видимостью в любое время суток, в любую погоду независимо от времени года и обеспечением необходимого сцепления с колесом автомобиля.
Долговечность разметки обеспечивают свойства материала, из которого она выполнена, и условия эксплуатации.
Условия эксплуатации, в свою очередь, определяются классом автомобильной дороги, а следовательно, интенсивностью движения, шириной проезжей части, наличием искривлений и разворотов на автодороге, назначением линий разметки, а также климатическими условиями [1].
Для разметки применяют различные материалы: специальные устойчивые краски, термопластики, спрей-пластики, термопластичные ленты, холодные пластики, а в отдельных случаях керамическую и клинкерную брусчатку, фарфоровую крошку, штучные формы из белого полимер- или цементобетона, цветного асфальтобетона, разметочные блоки и плиты, металлические кнопки и другие материалы (ГОСТ Р 51256-99).
По технологии нанесения дорожно-разметочные материалы (ДРМ) можно разделить на два класса: холодного и горячего применения. К первому относятся краски и эмали на органических растворителях, водно-дисперсионные краски, холодные пластики. К числу ДРМ горячего применения относятся термопластики, спрей-пластики, а также термопластичные ленты, приклеиваемые к асфальту с помощью газовой горелки. Температура воздуха и покрытия при нанесении разметки этими материалами должна быть в интервале 5-35оС.
Преимуществом красок и эмалей на органических растворителях является удобная и безопасная технология применения. Холодные пластики используют для нанесения разметки в местах наибольшего износа, например на пешеходных переходах.
Однако наибольшую долю в общем объеме применяемых для этой цели материалов составляют краски и термопластики, причем последние приобретают все большую популярность. Это обусловлено тем, что толщина наносимого слоя термопластика составляет 3-4 мм, при этом срок эксплуатации возрастает до нескольких лет. Соответственно увеличивается и стоимость израсходованного материала.
Снижение стоимости разметочного материала при сохранении долговечности и эксплуатационных качеств — насущная материаловедческая задача.
Современный разметочный материал — сложная композиционная система, содержащая разнообразные
компоненты, причем каждый из них играет свою роль в обеспечении прочности, истираемости и в конечном счете долговечности разметки.
По европейскому стандарту содержание сухого вещества в дорожно-разметочном материале должно быть не менее 75% для красок и не менее 97% для пластиков. Эти нормативы устанавливаются с целью ограничения выброса растворителей и других легколетучих органических веществ в атмосферу.
Основное отличие применяемых дорожно-разме-точных материалов состоит в типе пленкообразующего. Например, в США в качестве связующего традиционно используют различные марки эпоксидных смол, в Японии широко применяют дисперсии полиакрилатов, ал-кидной или арилалкидной смол в органических растворителях типа гексана и толуола.
В России в качестве пленкообразующих преимущественно используют акриловые, инденкумароновые и нефтеполимерные смолы, а также талловую канифоль.
Отечественные пленкообразующие в большинстве своем имеют нестабильный состав, что обусловливает их низкое качество.
В связи с этим дорожно-эксплуатационные организации вынуждены выбирать из широкого ассортимента дорожно-разметочных материалов различных производителей те композиции, которые на их взгляд обеспечивают необходимые в каждом конкретном случае потребительские качества.
В подобной ситуации приходится не только сопоставлять значительное число потенциально удовлетворительных материалов, но и проводить это сравнение по целому ряду разрозненных показателей. При этом, как правило, ни один материал не удовлетворяет всему комплексу показателей, что при отсутствии научно обоснованной иерархии их значимости приводит к субъективности принятия решений о выборе оптимальной композиции.
Представляется целесообразной выработка единого количественного критерия, позволяющего проводить выбор с возможно меньшим субъективизмом. Решение этой задачи требует ответа на последовательный ряд более частных вопросов.
Во-первых, необходимо резко ограничить и унифицировать круг традиционно рассматриваемых физико-механических показателей, характеризующих дорожно-разметочные материалы.
Поскольку при отсутствии деструктивных воздействий от контакта с высокоагрессивными средами все известные разметочные композиции надежны, за основу отбора целесообразно рассматривать взаимосвязь показателя с долговечностью материала в эксплуатационных условиях.
По мнению авторов, в число физико-механических показателей, наиболее тесно связанных с долговечностью разметочных композиций, должны быть включены границы интервала пластичности, температуры
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал iQ-j-f ЙУГГЗ^Ш/ШЁ
"~68 октябрь 2010 MU^SWiAJJiif
Таблица 1
Наименование показателей и их размерность Требования ГОСТ Р.51256-99 С1еапово1 С1еапово1 21203 Swarcotherm Sprayplastik HSP100 Swarcotherm НР-25 Ргоас^ FIRH280A Технопласт Мегатекс
Растекаемость навески массой 100 г, при 20оС, мм 100 115 115 135 107 115 105 120
Время застывания при 20оС, мин 8-10 8-10 8-10 8-10 8-10 8-10 8-10 8-10
Температура размягчения по КиШ, оС 80-85 92 98 97 95 92 103 110
Коэффициент яркости,% 75-80 80 90 83 93 87 95 70
Адгезия к цементобетону (метод отрыва), МПа 0,8-1,3 1,53 1,67 1,59 1,58 1,68 1,07
Коэффициент сцепления, у. е. 0,4-0,5 0,35 0,35 0,32 0,32 0,3 0,4 0,45
Условная пластичность, у. е. - 10,5 8,2 7,8 8,1 7,5 9,2 10,1
Температура хрупкости на стержне с радиусом закругления 10 мм, оС - + 11 +30 +35 +30 +35 +20 +15
размягчения и хрупкости, деформативность при отрицательной температуре, адгезия.
Вторым этапом при установлении единого количественного критерия является выбор наиболее корректной, «идеальной» модели материала, который сводится к определению эталонного уровня по каждому из рассматриваемых свойств. К сожалению, до настоящего времени нет теоретических разработок, позволяющих выдвигать требования к свойствам материалов исходя лишь из положений механики композиционных систем. Поэтому выбор «идеальной» модели базируется на эмпирическом опыте натурных работ, что все-таки вносит определенный элемент субъективизма.
Например, в качестве «идеальной» можно привести эмпирически установленную для северной климатической зоны совокупность оптимальных значений выделенных физико-механических показателей: температура размягчения (по КиШ) 110оС; температура хрупкости минус 5оС; относительное удлинение в момент разрыва при 0оС 20%; адгезия к асфальтобетону 1,8 МПа.
Однако оптимальность представленных значений практически не приводит к росту долговечности и, следовательно, изменение состава композита становится нецелесообразным.
В период эксплуатации разметочный термопластичный материал подвергается не только температурным линейным, но и знакопеременным деформациям от колес автомобилей и неравномерного остывания и нагревания поверхности дорожного покрытия. Указанные деформации со временем вызывают разрушение материала. В связи с этим целесообразно для разметочных материалов дополнительно ввести показатель — количество знакопеременных циклов колебаний при вертикальной деформации. Амплитуда деформаций должна составлять не менее ±2 мм.
Тем не менее при разработке требований к вновь синтезируемым разметочным материалам необходимо исследовать физико-механические характеристики имеющихся композиций.
В табл. 1 представлены результаты испытаний при рабочей температуре 180±10оС дорожно-разметочных материалов отечественного и зарубежного производства. Установлено, например, что температура хрупкости, определяемая на стержне радиусом закругления 10 мм, составила для термопластика С1еапо8о1 +11оС, а для Мегатекс +30оС. Температура размягчения (по КиШ) у термопластика С1еапо8о1 + 85оС, а у Мегатекс +75оС. Уже эти различия косвенно характеризуют долговечность материала.
Сочетание более высоких значений температуры размягчения и адгезии к асфальтобетону с более низкой температурой хрупкости приводит к тому, что срок службы отечественных материалов меньше, чем у рассмотренных зарубежных термопластиков.
Таким образом, решение проблемы повышения долговечности разметки термопластиками зависит от возможности создания оптимальных условий для совместной работы разметки и покрытия автодороги. Это в равной мере относится ко всем разметочным материалам — холодным пластикам, лентам и т. д. Однако тем самым не снимается проблема повышения качества самих материалов, улучшения их структуры с учетом того, что на огромной территории России существует несколько климатических зон и имеются дороги с различной эксплуатационной нагрузкой.
Одним из ключевых показателей качества является хорошая видимость разметки в темное время суток, что достигается использованием светоотражающих стеклянных микрошариков (метод № 1). Светоотражающее свойство микрошариков основано на их способности преломлять свет, идущий от фар автомобиля, и отражать его под другим углом.
Наблюдения за разметкой, выполненной из термопластиков различных фирм, на одном и том же участке дороги показали, что их отражающая способность уже через 3 месяца эксплуатации ниже требований ГОСТа. Это связано с тем, что стеклянные микрошарики не успевают погружаться в разогретый термопластик из-за его высокой вязкости. Вследствие этого они возвышаются над поверхностью материала более чем на половину своего диаметра и при движении и торможении автомобилей вырываются из термопластика.
Для обеспечения погружения стеклянных микрошариков на требуемую глубину можно использовать некоторые технологические приемы: прикатывать их легкими катками; предварительно подогревать до необходимой температуры; использовать стеклянные микрошарики с диаметром более 600 мкм. Указанные приемы усложняют технологию нанесения и требуют дополнительных затрат.
С целью устранения указанных выше недостатков отечественных и зарубежных дорожно-разметочных материалов авторами была разработана разметочная композиция на основе отечественного ДСТ 30Р-01.
В состав разметочного материала входит термоэлас-топласт с интенсивностью окраски по стеклянной шкале не темнее ш, кислотным числом не более 12 на 1 г продукта и температурой плавления выше 150оС.
Наполнение осуществляли дробленым кварцем белизной не менее 90% и степенью помола не более
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Л] : : ® октябрь 2010 69""
Таблица 2
Характеристика Показатели
Требования стандартов Результаты контрольных испытаний
Внешний вид Сухая порошковая композиция Соответствует
Коэффициент яркости, %, не менее 60 90
Температура плавления 85-95 97
Рабочая температура, оС, в пределах 140-200 170-220
Время застывания (отверждения), мин, не более 20 6
Растекаемость, см, пределах 5-15 10
Адгезия к асфальтобетону, МПа 0,8 0,9-1,2
Эластичность при испытаниях на изгиб в нормальных условиях, мм, не более 50 35
Коэффициент сцепления, у. е., не менее 0,32 0,35
Термостойкость при +60оС, мм, не более 3 3
Устойчивость к переменной температуре, циклы, не менее 20 Более 20
Стойкость к хлоридам, ч, не менее 72 72
Стойкость к бензину, мин, не менее 5 5
Стойкость к минеральным маслам, мин, не менее 10 10
Стойкость к УФ излучению, баллы, не менее 8 8
Водопоглощение, %, не более 0,5 0,5
структура, технологические и физико-механические показатели материала не изменились.
Нанесение разметки осуществляли при помощи штатного оборудования, при этом отклонение размеров линий от установленных проектом не превышало 0,5 мм по ширине линии и 10 мм по длине штрихов и разрывов.
Время отверждения слоя разметочного материала толщиной 3,5—4 мм при температуре воздуха 18оС было не более 10 мин. Контрольный сруб термопластика с проезжей части показал высокую адгезию материала к поверхности асфальтобетона.
Визуальным осмотром установлено, что стеклосфе-ры, нанесенные на поверхность разметочного материала, внедрились на половину своего размера и видимость разметки из автомобиля опытного участка в ночное время при ее освещении светом фар на расстоянии 30 м превышает аналогичные показатели зарубежных материалов.
Через четыре месяца эксплуатации светоотражающая способность разработанного разметочного материала составляла 310 мк-лк-м"2, что значительно выше, чем у аналогов.
По согласованию с потребителем термопластик можно изготавливать со световозвращающим эффектом (с комплектованием стеклошариками для присыпки сверху и введением их в состав термопластика) или без него. Возможны для поставки цвета термопластика: белый, красный, желтый. Упаковка — полиэтиленовые мешки массой 15; 25 или 50 кг, по согласованию с потребителем. Гарантийный срок хранения в таре поставщика 12 мес.
Качество разработанного термопластика соответствует требованиям ГОСТ Р 51256—99 и ГОСТ 50597—93 (протокол испытаний НТЦ «КАТАФОТ», № 44/НИО от 16.11.2000 г.).
Ключевые слова: дорожная разметка, термопластик.
Список литературы
1. СТП-ОБД-01-02. Технические требования к горизонтальной дорожной разметке.
200 мкм и микромрамором с цветовым предпочтением по белизне по способу CIELab (С/2) 98% (метод № 2).
Кроме того, дополнительно использовали оптический отбеливатель с дозированием 0,02—0,05%, который позволяет существенно усилить белизну покрытий даже при использовании отечественных пигментов и наполнителей. Принцип его действия основан на сдвиге спектра отражения ультрафиолетовой составляющей дневного света в его сине-фиолетовую часть. За счет этого возникает видимый эффект усиления белизны, так как при наложении синего цвета на желтый образуется белый цвет (рисунок).
Значения физико-механических характеристик предлагаемого композиционного материала представлены в табл. 2.
В августе 2004 г. опытные партии разметочного материала, изготовленные в соответствии с вариантами № 1 и 2, были применены на участке автодороги М4.
При отладке технологии приготовления и применения разработанного разметочного материала выявлено, что целесообразно термопластик загружать в полиэтиленовой упаковке, с массой порошка не менее 15 кг.
Лабораторные испытания термопластика с введенным в него полиэтиленом (упаковка) показали, что
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (""ЭЙ ^ Г Г Iг ! 13
~~70 октябрь 2010
