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Research paper on road traffic marking technology
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"绿色"产品 = 长寿命产品:可持续道路标线
2025-12-03 返回列表

   绿色材料百科全书:可持续道路标线,第 1821-1827 页

关键词:玻璃珠(Glass beads);机器视觉(Machine vision);更新周期(Renewal cycle);逆反射性(Retroreflectivity);道路安全(Road safety);使用寿命(Service life)

定义:道路标线(RM)是普遍存在的道路安全设施,是一种需频繁更新以维持性能的特殊工业涂层。其系统由涂层(提供颜色、路面附着力及逆反射表面)和逆反射层(玻璃珠提供逆反射并保护漆层免受磨损)组成。

道路标线的功能

自一个多世纪前引入以来,道路标线(RM)已成为几乎所有道路的普遍交通安全设施;目前尚无可行替代方案。RM是高效且经济的安全增强设施(Miller 1992),通过划分车道边界组织交通。RM不仅对人类驾驶员必要,高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶车辆中的机器视觉传感器也依赖RM(Burghardt et al. 2020, 2021b)。尽管使用频繁,RM本身作为特定工业涂层很少被单独研究,常被视为“道路的一部分”,科学文献描述较少。

RM必须对驾驶员可见:通过对比度实现(Brémond 2020)。在环境光照下,RM仅依靠颜色(通常为白色或黄色)与路面形成对比;夜间则通过逆反射亮度系数(RL)增强可视认性。RL是RM的关键功能参数:基于驾驶员需求分析,建议RL ≥ 150 mcd/m²/lx(Lee and Oh 2005)。RL下降标志着需更新(非更换!),因此RL同时控制RM的功能使用寿命。其他功能参数包括日间可见性(通过漫射照明下的亮度系数Qd测量)和防滑性(通常用英国摆式摩擦系数测试仪测量)。RM与RL对驾驶行为的影响近期已有综述(Babić et al. 2020)。图1展示不同RL标线的视觉差异(夜间可视认性)。

图1:夜间人行横道,左侧高RLRL vs 右侧低RLRL(来源:作者)

持续道路标线.png

道路标线材料

RM是双层协同系统:底层涂层提供颜色和附着力,表层撒布玻璃珠(GB)提供RL并保护漆层。涂层材料包括:

  1. 溶剂型涂料
    传统型,含有机溶剂
  2. 水性涂料
    环保型(根据配方体系,水性≠环保)
  3. 冷塑材料
    自由基聚合成膜(厚层1-5mm)
  4. 热熔材料
    无溶剂,200°C熔融施工(厚层1-5mm),粘合剂可为聚合物或非聚合物
  5. 多组分系统
    环氧/聚氨酯基(较少用)
  6. 预成型标带
    高性能标线材料(成本高),分为热熔型和粘贴型

所有漆层均需在液态时撒布GB(直径0.1-2.0mm),GB可混合防滑颗粒。GB表面有机硅烷涂层可增强附着力。

关键环保进展

  • 有毒颜料(如铬酸铅)已被法规淘汰
  • 挥发性有机物(VOC)通过水性/无溶剂技术大幅减少
  • 钛白粉(TiO)仍是不可替代的白色颜料(替代品环境负担高)
  • 添加剂(<5%)多为低环境影响聚合物


微塑料争议与分层更新机制

文献中关于RM对微塑料污染的贡献存在严重误估(Burghardt et al. 2022c)。关键发现:

  1. 更新机制
        RM在RL失效后非整体更换,而是覆盖新漆层+GB(图2),形成多层堆叠。
  2. 寿命区分:
    •    功能使用寿命
           RL达标周期
    •    物理使用寿命
           标线物理消失周期(始于功能寿命结束后)
  3. 污染修正
      早期认为RM贡献7%微塑料的估计高估10倍,实际约0.7%(Wang et al. 2019)。道路扬尘/径流研究极少明确溯源至RM。
  • 材料
    回收浮法玻璃(折射率RI=1.5)或配方熔液法"高端GB"(RI=1.5+、1.6-1.7)
  • 功能
    提供逆反射 + 保护漆层免受磨损(轮胎仅接触GB表面)
  • 环保性
    • 现代GB无有毒金属污染(标准严格)
    • 完全非晶态(Burghardt et al. 2022b)
  • 性能发现
    RI=1.9的GB初始性能优异但寿命短(抗表面损伤性低)

使用寿命:可持续性的核心参数

RM是道路设施中最易损部分(典型寿命1-3年)。可持续性核心结论:

  1. 高端材料可显著延长功能寿命
    (减少资源消耗)
  2. 环境影响主因是寿命
    (非材料成分):生命周期评估(LCA)表明材料选择的影响远小于寿命(Cruz et al. 2016)
  3. 更新阈值
     RL < 100-150 mcd/m²/lx时需更新(建议≥150)
  4. 可持续定义

     "绿色"产品 = 长寿命产品




  5. 创新技术与局限性


  • 功能材料
    • 稀土基材料(如热致变色/发光标线)加工复杂且稀缺(McLellan et al. 2013)
    • 机器视觉金属粒子专利未实用化
  • 唯一不可替代成分

    玻璃珠(GB)


  • 政策建议与实施路径

  1. 合同模式
       长期性能合同(承包商自选认证材料 + 严格监管)最优,避免北美过度限制材料的教训。
  2. 招标要求
       高标准但合理(考虑除雪等特殊工况限制)
  3. 施工质量
       专业培训至关重要(劣质施工会使最佳材料平庸化)
  4. 核心目标

       始终以道路安全为优先


  5. 未来发展方向

基于资源消耗最小化原则,长寿命的RM即最可持续的RM,“绿色”产品不是那些贴有标签的产品,而是那些使用寿命最长的产品。


引用

 生物经济与绿色塑料生产       

 ► 环境友好型绿色材料的合成与应用      

  ► 面向绿色材料的LCA应用        

 植物油基聚合物材料及其应用




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