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【技術論文】您的標線逆反射系數不高?——點擊查看答案

發布時間:2017/05/02 點擊量:0

一、逆反射系數

    定義:平面逆反射表面上的發光強度系數R除以它的表面面積的商。

 

 

發光強度系數R:

 

 

在了解影響路面標線逆反射系數因素之前,要先把上面兩個公式搞懂,然后再談路面反光標線的逆反射系數大小的問題。

 

二、路面標線逆反射系數測量儀

1、投射光源

光源為投射型,應滿足:

a) 色溫為2856K±20 K,其光譜功率的分布符合CIE標準A光源的要求;

b) 光源入射角接近90º;

c) 出射光孔:15m的測試距離光孔直徑不大于43mm30m的測試距離光孔直徑不大于86mm

d) 照射面積:投射儀在樣品上的照射應滿足僅使測試樣品和極少的背景受到照射;

e) 光源穩定性:測試期間,測試表面的照度的改變不超過±1%

f) 照射均勻性:測試距離下,垂直于光源,樣品表面獲得的照度的變化不應超過±5%

 

2、光接收器

光接收器應滿足:

a) 響應度:計數刻度的分辨率至少應為1/50

b) 光譜反應度:應與CIE標準明視覺觀測器的響應相對應;

c) 穩定性:測試期間,接收器的信號波動應不超過±1%

d) 線性度:讀數范圍內的光度刻度的線性度應在±1%內;

e) 視域:應不大于測試樣品上的投射面積;

f) 接收器相對于光源的位置在0.2º~2.0º范圍內可調。

3、角度:

a)入射角β1=88.76°,β2=0°,觀測角α=0.1~2°

4、光源

a)逆反射儀測量光源應使用標準A光源,光源色溫2856K±50K,光源張角不大于0.2°。

5、測量范圍:

a)逆反射標線測量儀不小于(0~1999)mcdlx-1·m-2(毫坎德拉每勒克斯每平方米)(目前國產設備一般是這個數據,進口有改進)

6、測量面積:

a)標線測量面積國產設備一般為200mmX95mm長方形區域,光孔位置圖2:

 

路面反光標線逆反射系數測試方法及測試原理懂得這么多就可以了,下面詳細介紹影響逆反射系數大小的東東。中國標線涂料網

 

三、影響路面反光標線逆反射系數的因素

a、單位面積內玻璃珠撒布量

b、路面標線涂料亮度因數

c、玻璃珠成圓率

d、玻璃珠粒徑的分布

e、玻璃珠用玻璃材料

f 玻璃珠燒制工藝

g、玻璃珠在涂膜上的鑲嵌深度

h、玻璃珠折射率

I、鍍膜

a、單位面積玻璃珠撒布量對標線逆反射系數的影響

路面標線玻璃珠撒布量直接影響路面反光標線的逆反射系數的大小,如上所述,逆反射系數是測量的是路面標線一個區域面積的平均值。所以,玻璃珠撒布的多少及均勻度和逆反射系數直接相關。早期我國規定白色標線逆反射系數≥150mcd,從而早期版本的GB/T16311中直接規定了路面反光標線玻璃珠撒布量的最小值,而在GB/T16311-2009版的修訂中,把玻璃珠撒布量直接取消了,不規定撒布玻璃珠用量多少,直接使用逆反射系數值得大小來確定反光標線是否合格。中國標線涂料網 單位面積玻璃珠撒布量和逆反射系數曲線圖(供參考見圖3):

 

從以上圖中可以看出,過多撒布玻璃珠同樣會影響路面反光標線的初始逆反射系數值(注:曲線圖中數據和采用不同生產工藝不同粒徑的玻璃珠有關,本案采用的是AASHTO M247 TYPE 3標準玻璃珠)。

 

 

過量面撒玻璃珠的堆積只是影響了路面標線的初始逆反射系數,道路開放交通后,其逆反射系數會回歸到正常狀態。(中國標線涂料網 典型案例國家:美國路面反光標線施工面撒玻璃珠撒不量為每平米標線1公斤左右;我國規定初始逆反射系數界定時間為標線施工后14天內為初始逆反射系數值,參見GB/T21383-2008《新劃路面標線初始逆反射亮度系數及測試方法》此標準制定參考了美國ASTM D 6359-1999)

 

b、路面標線涂料亮度因數

路面標線涂料亮度因數路面反光標線的逆反射系數影響比較大,以白色熱熔反光標線涂料為例,亮度因數高低和鈦白粉含量的多少有關,亮度因數的變化值雖然很小,亮度因數從0.75到0.95,其反光逆反射系數值會直線上升,直至鈦白粉在涂料中達到飽和狀態。中國標線涂料網 逆反射系數曲線見圖4:

 

c、玻璃珠成圓率

玻璃珠成圓率對路面反光標線逆反射亮度系數的影響,撒布在路面標線上的玻璃珠見圖4,其表面每一顆玻璃珠為一個折射點,單位面積內折射點越多,逆反射亮度系數數值會越高。國家標準規定GB/T 24722《路面標線用玻璃珠》規定106-600μm成圓率不低于80%,600~850μm成圓率不低于70%。下面以600~850μm玻璃珠為例,玻璃珠放大40倍后的圖片見圖7和圖8:

 

 

從以上兩圖內玻璃珠的成圓率很容易得出結論,圖7圓形玻璃珠其回歸反射路線嚴格按照本文圖1角度回歸的人的視線內,而圖8不規則玻璃珠的回歸反射路線成散射狀態,所以設備是無法收集到其回歸反射光線的見圖9和圖10。

 

d、玻璃珠粒徑的分布

路面標線逆反射亮度系數大小和玻璃珠的粒徑也有很大關系,試驗得出結論玻璃珠粒徑越大逆反射系數數值越高。以美標1~5號玻璃珠為例測試得到標線逆反射系數曲線圖。

 

美國路面標線用玻璃珠根據粒徑大小分為見表1:

 

e、玻璃珠用玻璃材料

1)平板玻璃

目前市場上大部分玻璃珠采用平板玻璃砂: 相關標準GB 11614-2009

 

 

由于平板玻璃國家標準對平板玻璃可見光透比有強性要求,并其對光學變形、點狀缺陷(氣泡、夾雜物、斑點等總稱)都有強制性要求,所以采用此種玻璃砂生產的玻璃珠在質量及環保上基本都能符合全球環保要求。目前平板玻璃砂價格在900元/噸左右,價格呈上升趨勢。中國標線涂料網

 

 

2)熒光屏玻璃

由于熒光屏玻璃回收成本極低,并且含有鉛砷等重金屬,其光學性能優于普通玻璃。因其重金屬含量較高,其折射率在1.6左右。2011年美國專門發文命令禁止使用中國含砷鉛的玻璃珠應用。中國標線涂料網 原文如下:

New Study Reveals High Levels ofArsenic and  Lead

in Imported Chinese Glass Beads Used In Highway Markings

American Glass BeadManufacturers' Association Calls for State                                                  and Federal Standards to Limit the Levels of Heavy Metals in Glass Beads

VALLEY FORGE, Pa., February 28, 2011 – A recent study sponsored bythe American Glass Bead Manufacturers’ Association reveals that a growingnumber of imported glass bead products for highway markings exhibit highconcentrations of heavy metals, including arsenic and lead. The findings of thestudy, which was conducted by Texas A&M University’sTexas Transportation Institute (TTI), were presented Feb. 14 at the AmericanTraffic Safety Services Association’s (ATSSA) 41st Annual Conventionand Traffic Expo in Phoenix, Ariz.

The independent study conducted by TTI showed thatimported glass beads had extremely high levels of arsenic and lead and weresusceptible to rapid leaching with exposure to water. The high levels of theseheavy metal substances pose a hazard to highway worker safety and anenvironmental threat in terms of runoff into the soil, surface water, anddrinking water, according to the association.

The trade group notes that glass beads manufacturedby companies in emerging nations, particularlyChina, continue to use glass madefrom old glass-making techniques which require chemical modification resultingin products containing high levels of arsenic and lead. In comparison,U.S.producers use environmentally-friendly materials such as recycled flat glass tomake their glass beads which do not contain high levels of arsenic and lead.These glass bead products are primarily used for highwaysafety markings, providing the light-reflective lane markings found on highwaysaround the world.

“These findings are consistent with results from arecent New Jersey Institute of Technology/Rowan University study and alsoconfirm what our membership has known to be true for some time,” said RobertMcClune, president of the American Glass Bead Manufacturers’ Association.“Based on overwhelming scientific evidence and now the results from the TTI andthe New Jersey Institute of Technology/Rowan University studies, it’s time forstate and federal transportation officials and lawmakers to act and establish afederal standard for engineered glass beads in highway markings and preventthese hazardous substances from being applied to our roads and highways.”

Over the past several years, the association hasworked diligently to raise awareness of the issue, citing the need to hold allmanufacturers to higher quality standards and as a result deter the use ofthese products and protect the environment and highway worker safety. Setting aheavy metals standard for glass beads has gained strong support fromenvironmental groups like the Sierra Club, state and federal lawmakers, andunions like the International Union of Operating Engineers.

 Through theefforts of the association, a total of 19 states have now adopted laws orregulations that require the use of environmentally-friendly, non-toxic materialsin the production of glass beads for highway markings. This same issue isgaining traction globally with the European Union,Australia,New Zealand,and several Canadian provinces already setting similar standards. China, amajor source of these questionable glass beads, has also set strict heavy metalstandards for internal use but continues to export contaminated glass beadproducts to other nations, according to the association.

 

About American Glass Bead Manufacturers’ Association                                                                                                                    

The American Glass Bead Manufacturers’ Association, based in Valley Forge, Pa., was established in1991 and represents a majority of the glass bead manufacturing base in theU.S.The trade group works toward the betterment of the industry and is involved inprograms to expand and improve highway safety. For more information, call (843) 422-7934.

谷歌翻譯(看懂即可):

新研究顯示,公路標線中使用的進口中國玻璃珠中含有高含量的砷和鉛

美國玻璃珠制造商協會呼吁國家和聯邦標準限制玻璃珠中重金屬的含量

2011年2月28日,VALLEY FORGE公司 - 美國玻璃珠制造商協會最近發起的一項研究顯示,越來越多的用于公路標記的進口玻璃珠產品顯示出高濃度的重金屬,包括砷和鉛。德克薩斯農工大學德克薩斯交通學院(TTI)進行的研究結果于2月14日在美國交通安全協會(ATSSA)第41屆亞利桑那州鳳凰城年會交通博覽會上發布。

TTI進行的獨立研究表明,進口玻璃珠具有極高的砷和鉛含量,易于暴露于水中迅速浸出。根據該協會,這些重金屬物質的高含量對高速公路工人的安全構成危害,并對徑流進入土壤,地表水和飲用水造成環境威脅。

貿易組織指出,新興國家,特別是中國公司生產的玻璃珠,繼續使用需要進行化學改性的舊玻璃制造技術制成的玻璃,產生含砷和鉛含量高的產品。相比之下,美國生產商使用環保材料如回收平板玻璃來制造不含高砷和鉛的玻璃珠。這些玻璃珠產品主要用于公路安全標記,提供在世界各地高速公路上發現的反光車道標記。

美國玻璃珠制造商協會會長羅伯特·麥克倫(Robert McClune)表示:“這些發現與最近新澤西理工學院/羅文大學的研究結果一致,并確認了我們的會員資格在一段時間內是真實的。 “基于壓倒性的科學證據,現在TTI和新澤西理工學院/羅文大學的研究結果,現在是州和聯邦交通官員和立法者們采取行動并建立聯邦標準的工程玻璃珠在公路標記和防止這些有害物質被運用到我們的道路和公路上。“

過去幾年來,協會一直在努力提高對這一問題的認識,因為要把所有制造商都保持在更高的質量標準上,從而阻止了這些產品的使用,保護了環境和公路工人的安全。制定玻璃珠的重金屬標準得到了塞拉俱樂部,州立和聯邦立法者等環境團體以及國際運營工程師聯盟等工會的大力支持。

 通過協會的努力,共有19個州現在通過了法律或法規,要求在生產玻璃珠用于公路標記時使用環保無毒材料。歐洲聯盟,澳大利亞,新西蘭和加拿大幾個省份已經設定了類似的標準,這個問題在全球范圍內得到了越來越多的關注。據協會稱,中國是這些可疑玻璃珠的主要來源,也為內部使用制定了嚴格的重金屬標準,但繼續將污染的玻璃珠產品出口到其他國家。

 

關于美國玻璃珠制造商協會美國玻璃珠制造商協會,總部設在巴基斯坦谷Forge,成立于1991年,代表美國玻璃珠制造基地的大多數貿易集團致力于改善該行業并參與擴大和改善公路安全的方案。欲了解更多信息,請致電(843)422-7934。

由于我國目前尚沒有發布有關路面標線涂料環保標準,從而導致熒光屏玻璃珠在我國路面標線施工中大量應用。中國標線涂料網《路面標線涂料中有害物質限量》標準正在制定中,有望2018年發布。

3)酒瓶類玻璃

早期,酒瓶類玻璃制作玻璃珠量較大,那個年代的酒瓶一般為透明為主,目前酒類包裝轉換,純透明酒瓶量日益減少,所以目前采用酒瓶類玻璃制作玻璃珠已不多。因酒瓶玻璃對原料要求較低,所以生產的玻璃珠質量也不是很穩定(參考對比平板玻璃)。

 

f 玻璃珠燒制工藝

玻璃珠一般燒制工藝:

一次成形法即是將礦物原料焙成玻璃,將玻璃液以一定的方式分散成液滴,利用其表面張力成珠,然后冷卻、收集(適合微米級玻璃珠生產)。

二次成形法是先制取玻璃,然后粉碎、篩分,得到所需的玻璃顆粒,將其以一定的方式送入成珠爐中加熱、成珠、冷卻,最后收集、分級。在各種二次成形法中,尤以隔離劑法和火焰漂浮法最為常見,通常以廢玻璃為原料。

 

路面標線用玻璃珠生產工藝:

1)、熔融法

技術:

要求掌握玻璃光學原理,從制作光學玻璃開始,

熔融法制作工藝:光學玻璃配方計算——玻璃熔融——玻璃拉絲——拉絲玻璃分切造粒——玻璃珠燒制

質量:

此種方法制作的玻璃珠技術要求較高,質量穩定,光學效果好,色澤均勻。缺點:價格較高

黃色標線應用:逆反射光為金黃色光。

 

2)、(天然氣)懸浮法、二次成型法

技術:

玻璃砂選擇——玻璃珠燒制

質量:

玻璃珠質量受玻璃砂原料影響,目前市場上大部分玻璃珠采用氣爐懸浮法生產工藝,此法燒制的玻璃珠氣爐主要分布在吉林省。缺點:由于市場價格原因,質量不是很穩定,控制不好容易有粘連、在玻璃珠內形成氣泡等從而影響逆反射系數。優點:價格便宜。

黃色標線應用:逆反射光為偏白色光。

 

g、玻璃珠在標線涂膜上的鑲嵌深度

這個比較容易理解,大家都知道玻璃珠沉降深度為玻璃珠直徑的1/2~2/3比較理想,見下圖。

 

玻璃珠沉降度高,玻璃珠沉到涂料內部,光線無法折射回視線范圍內,檢測設備無法捕捉到反射光線,測試數據偏低,但開放交通經過磨損后,逆反射系數會有增加;玻璃珠沉降度低,同樣逆反射光線角度發生變化,并且開放交通后容易脫落,見下圖,由此可見路面標線涂料粘度控制對玻璃珠的沉降起著關鍵作用。

 


h、玻璃珠折射率

這個大家也比較熟悉,玻璃珠折射率市場常見的一般為1.5、1.9、2.2,

1.5折射率玻璃珠普遍應用于路面反光標線生產和施工,密度2.4左右。

1.90-1.93折射率一般應用于反光布等生產和加工,密度4.2左右,

 

2.1-2.3折射率玻璃珠一般應用于廣告級,工程級等反光膜的應用,密度4.5左右。

有人說,要想逆反射系數高,就用高折射率玻璃珠——這個話對嗎?此講有一定的道理,但不是絕對的,路面反光標線逆反射系數高低和玻璃珠折射率并不成正比線性關系。

1.5、1.9、2.2折射率玻璃珠的用途不同(詳細參考JT/T 1035.2-2016 道路逆反射材料用玻璃珠 ),其性能及其反光角度要求也不同。

在路面標線中折射率1.5~1.9范圍時,折射率越高,逆反射亮度系數越高,標線逆反射系數呈直線關系上升 見圖11;而當折射率大于1.9時,折射率越高,標線逆反射系數呈拋物線形式,高到一定折射率,其標線逆反射系數反而會降低(其他應用除外)見圖12。

 

高折射玻璃珠制作原理:當原子價相等時, 陽離子半徑小的氧化物和半徑大的氧化物, 都具有較大的折射率,這是因為離子半徑大的氧化物對提高極化率起主要作用。

當玻璃組成中含有PbO、T iO2、BaO、Bi2O3 以及一些稀土元素的氧化物La2O3、ThO2、Nb2O5、Ta2O5 等時, 玻璃的折射率會顯著提高。

工業生產中,由于Pb2+有毒,不符合環保要求,而Bi2O3、TeO2和稀土氧化物價格昂貴,不適合作為玻璃原料,并且形成玻璃的范圍又極窄,也不太適合工業化生產,所以只有TiO2是最合適的氧化物。

Ti-O鍵具有一定的共價性,這就促使TiO2具備了形成玻璃的能力(用鈦白粉做玻璃珠,想想價格會是什么樣!)。

目前國內外普遍采用TiO2- BaO- SiO2,TiO2- BaO- ZrO2等系統。一般情況下,TiO2是以玻璃網絡外體存在的,但在含堿玻璃中,它可以以[TiO4]形式參與玻璃網絡提高玻璃的折射率,但當超過一定值時則發生嚴重析晶(也就是我們常見的1.9折射率玻璃珠內有很多死珠)。

I、鍍膜

玻璃珠鍍膜并不是提高其逆反射性能用途,是為了保證玻璃珠在存儲過程中防潮及在施工中防止沉降過渡應用的(小粒徑玻璃珠),硅烷鍍膜對玻璃珠逆反射性能基本沒有影響,而硅油鍍膜對逆反射性能影響還是比較大(目前我國大部分為硅油鍍膜)。

 

四、結論

影響路面反光標線逆反射系數的因數有很多,玻璃珠只是其中一個光學元件,不單單是玻璃珠質量好,就有高的逆反射系數,更需要有一個折射面來支撐。高質量的熱熔反光涂料、玻璃珠,施工工藝都會對路面反光標線逆反射系數造成影響。

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