книги / Энергоэффективный термопластичный материал для дорожной разметки

2011 г.), международной конференции «Новые дороги России»

(Пенза, 2011 г.).

Публикации. По теме научной работы опубликовано 27 печатных работ, в том числе 13 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 1 статья в издании SCОPUS, монография, 4 патента, разработан стандарт организации.

Структура и объем работы. Материалы научного исследования изложены на 120 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 30 таблиц, состоит из введения, информационноаналитического обзора, описания методов испытаний и измерений, 3 глав с результатами эксперимента, общих выводов и списка использованной литературы, включающего 147 источников.

11

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ВОПРОСОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДОРОЖНОЙ РАЗМЕТКИ

1.1. Аналитический обзор нормативно-методического обеспечения в области свойств и номенклатуры материалов

для дорожной разметки

Основными документами, устанавливающими в России требования к дорожной разметке, являются ВСН 23–75 [23], ГОСТ Р 51256–99 [30], ГОСТ Р 50597–93 [32] и ГОСТ 23457–86 [29].

Действуют ГОСТы на материалы и методы испытания разме-

точных материалов Р 52575–2006 и Р 52576–2006 [34, 35].

Анализ требований этих стандартов показывает различный подход при установлении минимально допустимых по требованиям безопасности значений нормируемых показателей.

Например, в ГОСТ Р 51256–99 требования устанавливаются в зависимости от характеристик и цвета дорожного покрытия, а в ГОСТ Р 50597–93 – в зависимости от цвета и использования световозвращающих микростеклошариков.

ГОСТ Р 52575–2006 [34] распространяется в том числе на пластичные материалы, применяемые для устройства разметки улиц

идорог по ГОСТ Р 51256–99, и устанавливает требования к ним. Используются следующие термины:

«Материалы для дорожной разметки: материалы, предназначенные для нанесения дорожной разметки на улицах и автомобильных дорогах...

Пластичные материалы классифицируются по способу отверждения: термопластики, холодные пластики.

Термопласт: терморазмягчаемый пластичный материал на основе полимерного связующего (вяжущего), содержащий пигменты

инаполнители, в виде порошковой смеси компонентов или литых объемных форм, образующий после отверждения твердые непрозрачные элементы дорожной разметки» [34].

12

Отвердевшие термопласты должны быть стойкими к статическому воздействию (не менее 72 ч): 3%-ного водного раствора хлорида натрия и насыщенного водного раствора хлорида натрия при температуре 0±2 °C; воды и 10%-ного водного раствора щелочи гидроксида натрия при 20±2 °C. Стойкость к статическому воздействию 10%-ного водного раствора щелочи гидроксида натрия установлена для отвердевших термопластов.

Водостойкость, солестойкостъ разметочных материалов определяют по ГОСТ 9.403–80.

Для оценки износостойкости разметочного материала предложен ГОСТ 20811–75, в котором наиболее целесообразным методом для слоев покрытий, имеющих толщину более 100 мкм, признано использование метода шлифовальной шкурки.

Достоверные результаты дают стендовые испытания, при которых моделируются условия эксплуатации материала [35].

Содержание нелетучих веществ, в том числе полимерного связующего, текучесть, плотность, адгезия к дорожному покрытию, водопоглощение являются важными характеристиками для пластиков, которые должны быть нормированы в технических условиях и ГОСТах на разметочные материалы [89].

Термопласты обычно не имеют растворителей.

Вязкость материалов для дорожной разметки определяет технологию применения материала.

Сцепление с покрытием и водопоглощение разметочных материалов оказывают влияние на функциональную долговечность (износостойкость) разметки.

Значимую роль также имеют эксплуатационные характеристики – эластичность и прочность разметочных материалов.

В работах [84, 94, 96, 98] исследуется рабочая температура расплава термопласта и температура размягчения, время жидкого состоянияматериалапослесмешения2 компонентовхолодного пластика.

Важно использование зарубежного опыта. Известны стандарты, разработанные по заявке Европейского комитета по стандартизации (СЕН) и Технического комитета 226.

13

Имеется 14 различных европейских стандартов, среди них выделяется EN 1436 (требования к дорожной разметке), который лег в основу разработанных изменений № 1 к ГОСТ Р 51256–99 [106– 119].

Другим важным информационным источником являются сборники Международной комиссии по освещению (CIE). Из публикаций, которые издает CIE, интерес представляют рекомендации и доклады технических комитетов [127–147]. В них даны практические рекомендации и теоретические основы по определению светотехнических характеристик материалов. Эти рекомендации были использованы при составлении европейских и американских стан-

дартов [120–126].

ВЗападной Европе имеются общеевропейские стандарты по разметке.

Определение износа нанесенной дорожной разметки по площади сформулировано в EN 1824 [114].

Во Франции определение условной степени износа дорожной разметки содержится в NF P 98-615 [125].

ВIS EN 1436 рассматривается функциональная классификация разметки с учетом ее полезности для водителя. Установлен перечень функциональных классов, на которые можно ссылаться при выборе требуемого уровня качества разметки.

Установлены методы определения функциональных характеристик разметки. Заявляется о необходимости обеспечить видимость разметки ночью во влажную погоду.

Известны стандарты ФРГ ZTV M 02 по тематике применения разметочных материалов.

Британский стандарт BS 7396 [123] устанавливает требования

ксветотехническим характеристикам, степени износа, геометрическим параметрам, шероховатости, толщине линий разметки и сроку службы термопластов.

EN 1423 нормирует для микростеклошариков коэффициент преломления, их размеры, наличие дефектных шариков и методы нанесения.

14

ВEN 1424 [110] содержатсятребования кмикростеклошарикам.

ВEN 1871 [113] установлены требования к технологическим свойствам разметочных материалов, получаемых на основе лабораторных испытаний.

ВEN 1824 [114] определены измеряемые показатели при эксплуатационных испытаниях.

ВEN 13197 [115] содержится описание устройства и методика испытаний на стенде, моделирующих истирание разметки при эксплуатации.

ВEN 12802 [116] определяются порядок лабораторных испытаний и методы идентификации поставляемой краски.

ВEN 13459-1 [117] установлены метод отбора и количество

проб.

ВEN 13459-3 [119] содержатся методы контроля качества разметочных материалов на практике.

ВEN 13212 [120] определяется контроль качества разметочных материалов при их производстве: качества сырья, требования

ктехнологическому процессу, готовой продукции.

Связь между условиями эксплуатации материала и его качеством отражена в ONORM B 2440 [121] (Австрия), в котором материалы делятся на 4 класса по группам их использования с учетом изнашиваемости.

ВРеспублике Беларусь разработан стандарт СТБ 1119–98 [126], регламентирующий методы испытаний материалов для горизонтальной разметки автомобильных дорог, в том числе определение степени износа.

ВРоссийской Федерации также действуют отраслевые дорожные методические документы, посвященные контролю качества устроенной дорожной разметки [53–58, 76, 77, 80–82].

Эти нормативные документы послужили методической основой данного научного исследования.

Также проведен краткий анализ специфики применения термопластов.

Термопласты («горячие» пластики) представляют собой в исходном виде порошковую (гранулированную) смесь компонентов.

15

Они состоят из термопластичной смолы, пластификатора, минерального наполнителя, пигмента, технологических и функциональных добавок.

Термопластичные разметочные материалы не содержат растворителей. Обычно они выпускаются в виде блоков или в виде порошкообразных смесей. Перед применением их нагревают до 180 °С.

Термопласты наносят специализированными разметочными машинами, имеющими обогреваемую емкость и экструдер.

В 1-м варианте расплавленная масса, попадая через регулируемый зазор на дорожное покрытие, тянется и вытягивает новую порцию массы из каретки.

Во 2-м варианте расплавленная масса выталкивается шнеком и выливается на дорожное покрытие.

Термоэкструдер ускоряет нанесение. Используют повышенную температуру для обеспечения растекаемости менее вязкого расплава термопласта через форсунку.

Обычно термопласт подается через 2 или более расположенные параллельно форсунки. Факелы термопласта не перекрывают друг друга.

Ровная и сплошная лента разметки обеспечивается за счет растекаемости расплава и непрерывности подачи массы в форсунки.

Поверхность разметочной полосы при эксплуатации загрязняется мелкими минеральными частицами (атмосферная пыль, песок, другие загрязнения), а также нефтепродуктами и т.д.

Разметка становится плохо различимой и темнеет вследствие липкости ее поверхностного слоя.

Повышение адгезии способствуют одновременному уменьшению липкости (что не хорошо с точки зрения уменьшения загрязняемости) [10].

Ввиду этого стремятся повысить температуру размягчения термопласта и уменьшить в составе термопласта количество пластификатора. Это приводит к повышению хрупкости и жесткости разметочного материала.

Также можно вводить гидрофобизирующую добавку, например воск (от 0,5 до 1,5 %).

16

Полярный воск (амидный, BS-100) считается предпочтительнее неполярного полиэтиленового [21].

Полярная добавка в большей степени гидрофобизует поверхность термопласта, чем неполярная. Разница составляет 20 %.

Прилипшая грязь к поверхности разметки для полярной восковой добавки смывается быстрее, чем при применении неполярного полиэтиленового воска [12].

Термопласты на основе гидрофобных смол (нефтеполимерных) лучше поддаются очистке в сравнении с полиэфирными.

Термопласты «Новопласт» (Россия), «Клеоносоль» (Швеция), разработанные на основе смеси канифольных и нефтеполимерных смол, отмываются через 4 дня эксплуатации после загрязнения. Для очистки загрязненных термопластов на полиэфирной основе необходимо 2–3 мес.

Термопласты загрязняются в условиях высоких значений температуры летом, когда максимальна их липкость.

В этом частном случае с целью уменьшения загрязнения (при высоких значениях температуры) для любых термопластов рекомендуется использовать посыпание свеженанесенной разметки микростеклошариками, применять для горячей (свеженанесенной) разметочной полосы полив холодной водой [10].

Авторами установлены следующие недостатки существующих методов контроля качества материалов дорожной разметки из термопластов [85]:

–не определяется совместимость показателей материалов дорожной разметки с участком покрытия, на которое наносится материал;

–не оценивается вариативность компонентов рецептуры термопластов, из-за чего, например, риск возникновения дорожнотранспортных происшествий увеличивается до 5 раз.

Термопластичность определяет свойство термопласта размягчаться при повышении температуры.

При интенсивном движении и в жару происходит его размягчение, налипает грязь, термопласт размягчается, при этом дорожная разметка может наматываться на колеса автомобилей.

17

Зимой же имеют место повышенная повреждаемость и растрескивание термопластов из-за температурной хрупкости.

Влияние температуры дорожных покрытий при выборе параметров качества термопластов должно учитываться на основе следующих данных.

В летние месяцы температура дорожных покрытий в III–V до- рожно-климатических зонах (III – Пенза, IV – Саратов, V – Краснодар) достигает 70 °С и более.

Температура дорожного покрытия в большей степени зависит от солнечной инсоляции и температуры воздуха [95].

На рис. 1.1 представлены климатические зоны годовой продолжительности нагрева дорожного покрытия выше 50 °С.

Рис. 1.1. Изолинии годовой продолжительности нагрева асфальтобетонного покрытия выше 50 °С

По сведениям авторов, рекомендации по приготовлению термопласта для разметки в России впервые были разработаны еще в 1991 г. на основе исследований, выполненных в «СоюздорНИИ»

[3, 50, 95].

Первые составы термопластов представляли смесь твердых смол с пластификатором (30 %) и неорганической пигментной части (70 %). В качестве вяжущего применяли НПС, в качестве пластификатора – масло ПОД (ТУ-6-03-476–82).

18

Такой термопласт выглядел как однородная сыпучая масса светло-серого цвета.

Анализ отраслевых дорожных методических документов [53– 58, 76, 77, 80–82] показал следующее.

Термопласт применяют для разметки дорог в расплавленном состоянии. Его наносят с помощью разметочных машин [42, 60, 69].

Расход термопласта – от 8 до 10 кг/м2 при толщине покрытия от 3 до 5 мм.

Разметку производят в соответствии с ГОСТ 13508–74. Размер и белизна разметочной полосы должны соответство-

вать ГОСТ 10807–78 и обеспечивать их видимость на расстоянии не менее 100 м под углом от 3° до 4° (на высоте 1,5 м).

Наполнителем служит белый кварцевый песок, применяемый в стекольной промышленности [95].

Допускалась частичная замена песка на другие материалы белого цвета(мраморныйотсев, фарфороваякрошка, стекляннаямукаидр.).

Пигментная часть содержала двуокись титана или цинка белого цвета, без комков, негорючую и нетоксичную, либо литопон.

Нефтеполимерная смола имела желтый цвет, без механических примесей, температура вспышки 212 °С, воспламенения – 228 °С, размягчения – не ниже 90 °С.

Типовой состав термопласта (мас. %) приведен в табл. 1.1.

Термопласт удовлетворял требованиям, представленным в табл. 1.2 [95].

1.2. Специфика производства и применения долговечных материалов для разметки автомобильных дорог

на основе полимеров

Актуальна проблема обеспечения максимального срока службы разметки из полимерных материалов, что позволяет не только экономить средства на ее нанесение, но и повышать уровень безопасности движения [15].

Для решения этой проблемы при нанесении разметки следует учитывать факторы, влияющие на срок ее службы, среди которых состояние и правильная подготовка дорожного покрытия к нанесению разметки.

20