隨著國家公路建設步伐的不斷加快, 荒漠戈壁地區公路日益增多。由最初的陜西榆靖高速公路發展至寧夏、甘肅、新疆、內蒙古等省及自治區也在陸續建設。關于該地區特殊自然環境引起的交通安全問題也越來越引人關注, 諸如:風沙流運動對標志視認的影響。據測算, 汽車在戈壁上行走1h, 車牌照即可被風沙粒打得數字模糊。但由于缺乏針對性的系統研究, 如何合理選取適應惡劣環境特征的交通標志反光材料成為亟需解決的問題�；�于此, 本文立足于反光膜的破壞機理, 對交通標志反光膜的結構選型進行分析, 以為設計、管理提供參考。

《道路交通反光膜》 (GB/T 18833-2012) 按照反光性能、結構形式和用途, 將反光膜分為7種類型。其中1~3類為玻璃微珠結構, 4、5類為微棱鏡型結構, 均可用于永久性交通標志設施。不同結構類型的組成如圖1所示。

通過對典型的荒漠戈壁地區———內蒙古自治區阿拉善地區現有公路交通標志反光膜調查發現, 該地區常用反光膜為玻璃微珠型。在風沙流作用下, 該類反光膜破壞分為以下3個階段:

(1) 反光膜面層材料龜裂、剝離;

(2) 面層脫落, 裸露出玻璃微珠與填料層;

(3) 玻璃微珠與填料層脫落, 形成沖蝕坑, 露出金屬反光層, 反光膜失效。

不同破壞形態的出現與風沙侵蝕角度有關。小角度侵蝕時, 交通標志反光材料受力主要表現為平行分力, 即剪切應力, 由于沙粒硬度遠高于反光材料的硬度, 剪切應力越大, 切削作用越強, 最終導致表面出現波紋狀或順風沙流方向的犁耕狀溝槽及魚鱗狀剝落坑的形貌。隨著風蝕角度的增大, 反光材料受水平作用力逐漸減小, 而垂直作用力逐漸增大, 使得由切削作用產生的磨損分量逐漸減弱。切削作用產生的切削溝槽痕跡己不明顯, 當風沙流的沖蝕角度增至90°時, 水平作用力減小為零, 切削作用消失, 作用力全部為垂直正壓應力, 材料表面損壞形態為蜂窩狀沖蝕楔入坑, 四周材料出現擠壓突出。如圖2、圖3。

風沙運動作為荒漠戈壁地區典型的氣候環境特征, 是交通標志反光材料結構選型的關鍵影響因素。為了能夠確定合適的結構類型, 本節采用室內加速試驗以及類似區域類比分析的方法, 對玻璃微珠與微棱鏡型的適用性進行分析。

為了能夠準確掌握反光膜不同結構類型、等級、顏色等指標對風沙侵蝕的敏感性, 本文利用在典型荒漠戈壁地區現場調研采集的砂土樣本, 開展室內反光膜加速風蝕試驗。具體試驗方案如下。

(1) 首先進行粒徑篩選, 找出荒漠戈壁地區砂礫級配情況, 同時對選好的反光膜樣本進行初始參數測試。

(2) 其次將不同類型反光膜 (國外高強反光膜4個, 國產膜3個) 粘貼于密閉玻璃箱的立面上, 在另一立面上按照一定的距離開3個孔, 用風壓槍模擬風環境, 平均每天吹2h;一周后將玻璃箱內反光膜取出進行各項參數的檢測。重復上述方案, 直至反光膜破壞。如圖4。

從圖5可以看出:反光膜等級相同情況下, 不同反光膜結構類型的抗風沙侵蝕能力不同。微棱鏡型反光膜侵蝕前后逆反射系數單位小時內平均下降幅度為0.9%;玻璃微珠型則下降幅度較大為2.3%。換言之, 在荒漠戈壁風蝕地區, 微棱鏡型反光膜較玻璃微珠型適用性強。

試驗對象均為微棱鏡型反光膜, 變換其反光等級, 分別選用一級、二級反光膜進行吹沙試驗。結果顯示:相同結構形式下, 等級越高, 侵蝕前后逆反射系數降低越低。如圖6。

反光膜等級與結構類型確定的情況下, 不同顏色對風沙侵蝕的敏感程度也不同, 下降較快的為白色。如圖7。

綜合上述分析, 微棱鏡型反光膜較玻璃微珠型在荒漠戈壁地區有較強的適用性, 且反光等級越高, 抗風蝕能力越強。這與微棱鏡型晶體特殊排列結構以及采用高強度、耐磨的聚碳酸酯材料或亞克力材料作為保護層有著密切的關系。

為進一步驗證微棱鏡型反光膜在荒漠戈壁地區的適用性, 本文借鑒了美國亞利桑那州菲尼克斯以及我國新疆地區的室外曝曬試驗結果。

菲尼克斯以西30km的巴克艾鎮, 作為典型的沙漠區域, 為大型的反光膜室外曝曬基地。該區域所處緯度與我國阿拉善荒漠戈壁區接近, 氣候環境也有極大相似性。其室外試驗結果顯示:無論是潮濕還是干燥環境下, 微棱鏡型反光膜逆反射系數變化比較平緩, 耐候性好。

新疆地區同樣是強風蝕地區的代表, 依據其對微棱鏡與玻璃微珠反光膜的室外暴露試驗來看:無論是白天還是夜間, 微棱鏡型反光膜都具有較強的優勢。

針對荒漠戈壁地區公路建設運營中暴露出的風沙侵蝕交通標志反光材料的問題, 本文在調查分析其破壞機理的基礎上, 通過采用室內加速試驗與類似區域類比的分析方法, 驗證了微棱鏡型反光膜的適用性。研究結論可為荒漠戈壁地區公路安全設施設計與管理提供理論依據與應用參考。