CN111663464B - 一种透光混凝土基led主动发光交通标线及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透光混凝土基LED主动发光交通标线及其施工方法，所述发光交通标线包括上下设置的透光混凝土层和光源层，其中，所述透光混凝土层包括混凝土基体和嵌设于所述混凝土基体内的若干个导光纤维，所述光源层包括集成LED光源板和用于封装所述集成LED光源板的封装保护壳，所述封装保护壳为带有锚固型空心凸起的壳体，封装保护壳通过所述锚固型空心凸起与混凝土基体锚固连接。与现有技术相比，本发明增强了道路交通标线的视认性，提高了其数字化和智能化水平，具有广阔的应用前景。

Description

一种透光混凝土基LED主动发光交通标线及其施工方法
技术领域
本发明属于道路交通领域，涉及一种透光混凝土基LED主动发光交通标线及其施工方法。
背景技术
交通标线在维持道路使用秩序、提升交通安全水平、提高车辆通行效率等方面具有十分重要的作用。研究表明交通标线的效能取决于其视认性。
目前增强道路交通标线视认性的主要方式是提高其亮度。根据发光方式，交通标线可分为被动发光型和主动发光型。被动发光型标线利用光线的逆反射原理实现被动发光，该类标线已得到使用广泛，约占路面标线总量的99％以上，但是该类标线磨耗速度快，且在夜间、雨雪、雾霾等环境条件下的视认性能大幅降低，显著增加了道路交通安全风险。作为一种主动发光型标线，蓄光发光型标线的主要成分是长余辉材料，它以“吸收光—储存光—发射光”的模式循环工作，其在农村公路交通安全标识、隧道应急逃生系统、城市慢行步道装饰等方面已有应用。如专利CN204626284U公开的一种自发光型交通标线，包括粘附于交通路面的粘结层，粘结层上涂有储光发光层，储光发光层上涂有透光层，透光层上铺设有反射层。但现有蓄光发光型标线还存在有效发光时间短、引导效果过度依赖外界光照强度、亮度和色温不可调控等缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种透光混凝土基LED主动发光交通标线及其施工方法，增强了交通标线的视认性能，并提高了其信息化和智能化水平。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种透光混凝土基LED主动发光交通标线，包括上下设置的透光混凝土层和光源层，其中，所述透光混凝土层包括混凝土基体和嵌设于所述混凝土基体内的若干个导光纤维，所述光源层包括集成LED光源板和用于封装所述集成LED光源板的封装保护壳，起到保护作用，所述封装保护壳为带有锚固型空心凸起的壳体，封装保护壳通过所述锚固型空心凸起与混凝土基体锚固连接。
进一步地，所述发光交通标线可以设置成长条形或块状结构，形状可以是圆柱体、正方体、长方体、棱台或圆台等多种形式，均属于本发明的范畴。
进一步地，所述混凝土基体的原材料包括水泥、骨料、减水剂和水。
优选地，所述混凝土基体的原材料包括P·O42.5级及以上的水泥、粒径为0.15～1.18m的沙子和高性能减水剂，水泥和骨料的质量比为1:1，水灰比控制在0.35以内，减水剂用量为水泥质量的0.67％以内。
进一步地，嵌设于所述混凝土基体内的导光纤维的掺量同时考虑驾驶员视觉的连续性以及安置于集成LED光源板的发电光照需求进行设置。
进一步地，所述导光纤维包括向内导光纤维和向外导光纤维。
进一步地，所述向外导光纤维为倾斜型向外导光纤维。从驾驶员视高及光线传播机理的角度考虑，设置为倾斜式纤维，能够便于驾驶员视认。导光纤维的掺量和倾斜角度可以根据不同视认要求进行相应调整。
进一步地，封装保护壳的材料可以是钢铁、高强塑料或其他强度足够的材料；其平面尺寸与上面的透光混凝土层保持一致或略大于之；内部空间能够安放整个集成LED光源板。
进一步地，所述锚固型空心凸起的个数与所述导光纤维的个数对应，所述封装保护壳与混凝土基体锚固连接时，导光纤维穿过锚固型空心凸起的空心部。
进一步地，所述导光纤维与锚固型空心凸起的连接处设有密封防水层。
进一步地，所述集成LED光源板包括线路板以及集成设置于所述线路板上的太阳能电池板、LED灯珠、蓄电池和控制元器件，所述太阳能电池板和LED灯珠的位置与导光纤维的位置相对应。线路板是载体，太阳能电池板是发电装置，将外界导进来的光能转化为电能；蓄电池是储能和供能装置，将太阳能电池板产生的剩余电能储存起来，并提供给LED灯珠；LED灯珠是发光装置；控制元器件是实现LED灯珠不同颜色、闪频等模式的控制器，也包括一些电子芯片，可以实现车路协同，便于自动驾驶车辆的车道识别和高精定位。
进一步地，所述LED灯珠为单色灯珠或RGB多色灯珠，以便实现“红色禁止、黄色警告、绿色行驶”等基本交通安全管控模式。
进一步地，所述封装保护壳封装所述集成LED光源板时，LED灯珠插入所述锚固型空心凸起的空心部内。
进一步地，所述发光交通标线高度可以按需调整，力学研究表明，其总高度(包括透光混凝土层和光源层)应与路面某一面层(如上面层、中面层或下面层)或某几个面层的总高度保持一致。
本发明还提供一种如所述的透光混凝土基LED主动发光交通标线的施工方法，主要分为发光交通标线的制作以及安装，具体包括以下步骤：
(1)制作并调试所述集成LED光源板，确保其可以正常工作；
(2)将集成LED光源板封装于所述封装保护壳内；
(3)将导光纤维插入锚固型空心凸起内，在所述封装保护壳架设混凝土浇筑模具，并通过有孔模具固定导光纤维；
(4)将水泥混凝土浆体灌入所述混凝土浇筑模具中，经标准养护、脱模、再次标准养护后，打磨抛光获得发光交通标线；
(5)将所述发光交通标线嵌入路面结构中，发光交通标线表面与路面齐平。
发光交通标线可以布设在普通标线的间隙处配合原有标线使用，也可以作为点线式标线单独使用，适用于水泥混凝土路面和沥青混凝土路面。对于新建道路，可以按预埋的方式进行施工；对于已有道路，可以按照开凿钻孔→安放块体→填充灌缝→养护维修的步骤进行发光构件的安装施工和后期养护。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明将透光混凝土层引入道路交通标线领域，形成一种新型交通标线，增强了交通标线的视认性能，并提高了其信息化和智能化水平。
2、发光构件表面与路面齐平，不会突出路面一定高度，一是可以降低车辆压在上面爆胎的风险，二是避免引起车辆明显震动而影响司乘人员的舒适性，三是冬季铲雪时不会将发光构件一起铲掉。
3、对于公路高风险路段，本发明可以增强驾驶员视线诱导能力，提供一种新型交通安全保障方案，实现平安交通、智慧交通和绿色交通。
4、本发明采用LED灯珠，并配合设置控制元器件，可以方便实现对LED灯珠亮度和色温的调控。
5、本发明的集成LED光源板上同时设置有太阳能电池板和蓄电池，依靠发电效率更高的太阳能电池板，将产生的过剩电能储存在蓄电池中，当太阳光照不足时可以由蓄电池供应光源发光，以此来起到调节和弥补过度依赖外界光照强度的问题。
6、本发明智慧型主动发光交通标线在保障交通安全、提升车路协同技术等方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明交通标线的一种结构示意图；
图2为本发明锚固型空心凸起的示意图；
图3为本发明的竖直导光纤维示意图；
图4为本发明的倾斜导光纤维示意图；
图5为本发明交通标线嵌入路面中的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种圆柱状透光混凝土基LED主动发光交通标线，包括上下设置的透光混凝土层1和光源层，其中，透光混凝土层1包括混凝土基体101和嵌设于混凝土基体101内的若干个导光纤维102，光源层包括集成LED光源板3和用于封装集成LED光源板3的封装保护壳2，封装保护壳2为带有锚固型空心凸起201的壳体，封装保护壳2通过锚固型空心凸起201与混凝土基体101锚固连接。集成LED光源板3包括线路板301以及集成设置于线路板301上的太阳能电池板302、LED灯珠303、蓄电池304和控制元器件305，太阳能电池板302和LED灯珠303的位置与导光纤维102的位置相对应。
本实施例中，导光纤维102包括竖直型向内导光纤维和倾斜型向外导光纤维，如图3和图4所示。竖直型导光纤维的作用是将太阳光、车灯光、路侧照明等外界光线导进构件内部，以为内置于其中的太阳能电池板发电提供能量；倾斜型导光纤维则是将内置LED产生的光线导出构件，以便驾驶员能够视认。倾斜型导光纤维设置的数量和倾斜角度可根据需要设置。从经济性和视认性的角度考虑，经研究确定不同设计速度条件下的光纤掺量如表1：
表1不同设计速度条件下的光纤掺量
Figure BDA0002515682620000051
本实施例中，锚固型空心凸起201的结构如图2所示，导光纤维102和LED灯珠303均可置于锚固型空心凸起201的空心部。
本实施例中，导光纤维102与锚固型空心凸起201的连接处设有密封防水层。
本实施例中，LED灯珠为单色灯珠或RGB多色灯珠，以便实现“红色禁止、黄色警告、绿色行驶”等基本交通安全管控模式。
上述透光混凝土基LED主动发光交通标线的施工方法，主要分为发光交通标线的制作以及安装，其中，发光交通标线的制作包括以下步骤：
(1)制作并调试集成LED光源板：将太阳能发电板302、LED灯珠303、蓄电池304、控制元器件305按照一定顺序安置于线路板301上，调试并联通各个部分，确保其可以正常工作。
(2)将调试制作好的集成LED线路板3封装在封装保护壳2内部，封装时使LED灯珠303插入锚固型空心凸起201中。
(3)将事先按尺寸、倾角等设置参数处理好的竖直型和倾斜型导光纤维插入锚固型空心凸起201中，并对其接口处做好密封防水处理。
(4)将混凝土浇筑模具架设于封装保护壳2的上表面之上，并采取有孔模具进一步固定光纤，固定好之后将拌合好的水泥混凝土浆体慢慢灌入模具之中，按照标准混凝土构件的振实方式振实。
(5)将浇筑好的发光混凝土块体放入标准养护室48小时后脱模，然后继续标准养护至28天。
(6)对标准养护28天后的发光混凝土构件进行切割、打磨、抛光处理，主要是将上表面多余的混凝土和光纤进行切割，以及整体的打磨和抛光，得到一个完整的透光混凝土基LED主动发光交通标线块体。
本实施例中，LED灯珠的直径是5mm，光纤的直径是6mm，光纤的类型是PMMA塑料光纤，光纤的掺量是9pcs(其中竖直型光纤3pcs，倾斜型光纤6pcs)。进一步地，LED灯珠和光纤类型及掺量可以根据实际要求进行调整。
本实施例中，混凝土基体使用的材料是海螺牌P·O42.5级水泥、采用标准振筛机过筛的粒径为0.15～1.18mm的河沙、聚羧酸高性能减水剂；水泥和骨料的质量比为1:1，水灰比为0.33，减水剂用量为水泥质量的0.67％。进一步地，混凝土基体所用材料及其配合比可以根据实际要求进行调整。
发光交通标线的安装如图5所示，将发光交通标线10嵌入路面结构20中，发光交通标线表面与路面齐平，发光交通标线10与路面结构20之间填充有灌缝材料30。发光构件在路面上的安装分为预埋和开凿两种方式，预埋方式适用于新建道路路面，开凿方式适用于已有道路路面——可以按照开凿钻孔→安放块体→填充灌缝→养护维修的步骤进行发光构件的安装施工和后期养护。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种透光混凝土基LED主动发光交通标线，其特征在于，包括上下设置的透光混凝土层和光源层，其中，
所述透光混凝土层包括混凝土基体和嵌设于所述混凝土基体内的若干个导光纤维，
所述光源层包括集成LED光源板和用于封装所述集成LED光源板的封装保护壳，
所述封装保护壳为带有锚固型空心凸起的壳体，封装保护壳通过所述锚固型空心凸起与混凝土基体锚固连接，封装保护壳封装所述集成LED光源板时，LED灯珠插入所述锚固型空心凸起的空心部内，所述封装保护壳与混凝土基体锚固连接时，导光纤维穿过锚固型空心凸起的空心部；
所述导光纤维包括向内导光纤维和倾斜型向外导光纤维，不同设计速度条件下的光纤掺量如下表：
设计速度/km•h-1 120 100 80 60 光纤掺量/pcs 6 4 3 2
。
2.根据权利要求1所述的透光混凝土基LED主动发光交通标线，其特征在于，所述混凝土基体的原材料包括水泥、骨料、减水剂和水。
3.根据权利要求1所述的透光混凝土基LED主动发光交通标线，其特征在于，所述锚固型空心凸起的个数与所述导光纤维的个数对应。
4.根据权利要求3所述的透光混凝土基LED主动发光交通标线，其特征在于，所述导光纤维与锚固型空心凸起的连接处设有密封防水层。
5.根据权利要求1所述的透光混凝土基LED主动发光交通标线，其特征在于，所述集成LED光源板包括线路板以及集成设置于所述线路板上的太阳能电池板、LED灯珠、蓄电池和控制元器件，所述太阳能电池板和LED灯珠的位置与导光纤维的位置相对应。
6.根据权利要求1所述的透光混凝土基LED主动发光交通标线，其特征在于，所述LED灯珠为单色灯珠或RGB多色灯珠。
7.一种如权利要求1所述的透光混凝土基LED主动发光交通标线的施工方法，其特征在于，包括：
（1）制作并调试所述集成LED光源板；
（2）将集成LED光源板封装于所述封装保护壳内；
（3）将导光纤维插入锚固型空心凸起内，在所述封装保护壳架设混凝土浇筑模具，并通过有孔模具固定导光纤维；
（4）将水泥混凝土浆体灌入所述混凝土浇筑模具中，经标准养护、脱模、再次标准养护后，打磨抛光获得发光交通标线；
（5）将所述发光交通标线嵌入路面结构中，发光交通标线表面与路面齐平。
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