玻璃纖維土工格柵作用機(jī)理研究

1、 玻璃纖維土工格柵作用機(jī)理研究摘要：針對目前玻璃纖維土工格柵作用機(jī)理并沒有較為完整理論研究的情況，本文對玻纖格柵應(yīng)用于瀝青道路上時(shí)的抗疲勞開裂，耐高溫車轍，抗低溫縮裂，延緩反射裂縫等功能作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為更好地指導(dǎo)玻纖格柵的生產(chǎn)與應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，具有相當(dāng)?shù)睦碚撘饬x與實(shí)用意義。關(guān)鍵詞：玻璃纖維土工格柵；疲勞開裂；低溫縮裂；高溫車轍；反射裂縫0 引言玻璃纖維土工格柵目前在土工方面，尤其是在瀝青道路建設(shè)上得到了較為廣泛的應(yīng)用，并取得了令人滿意的效果。路面防裂選用玻纖格柵可減少或延緩反射裂紋數(shù)量，減少瀝青路面車轍擁包，可適當(dāng)提高半剛性基層的疲勞壽命，為進(jìn)一步推廣這種性能優(yōu)良的土工材料，有必要

2、對作用機(jī)理進(jìn)行研究，從而可以更好地指導(dǎo)玻纖格柵的生產(chǎn)與應(yīng)用。1 抗疲勞開裂瀝青路面必須具有一定的承載能力，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。根據(jù)柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，要求控制路表最大彎沉和層底面最大彎拉應(yīng)力小于相應(yīng)的容許量，以保證路面不致產(chǎn)生過度的變形和開裂。對瀝青路面受載荷的情況做受力分析：在直接與車輪接觸的下面層受到壓力，在輪載邊緣以外的區(qū)域，面層受到拉力作用，由于兩處受力區(qū)域所受力性質(zhì)不同，而又彼此緊靠，因此在兩塊受力區(qū)域的交界處即力的突變處容易發(fā)生破壞。在長期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開裂。玻纖格柵在瀝青面層中，能夠?qū)⑸鲜龅膲簯?yīng)力與拉應(yīng)力分散，在兩塊受力區(qū)域之間形成緩沖帶，在這里應(yīng)力逐步變

3、化而不是突變，減少了應(yīng)力突變對瀝青面層的破壞。同時(shí)玻纖格柵的低延伸率減小了路面的彎沉量，保證了路面不會(huì)發(fā)生過度變形2。在舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層，其主要作用是提高路面的使用功能，對承載作用則貢獻(xiàn)不大，加鋪層下的剛性混凝土路面仍起關(guān)鍵的承載作用。而在舊瀝青混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面則不同，瀝青加鋪層將與舊瀝青混凝土路面一起承載。因此，在瀝青混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面，除了會(huì)出現(xiàn)反射裂縫，同時(shí)還會(huì)因?yàn)楹奢d的長期作用而出現(xiàn)疲勞開裂。對舊瀝青混凝土路面上的瀝青加鋪層受荷情況做受力分析：由于瀝青罩面層下為與瀝青罩面層同一性質(zhì)的柔性面層，當(dāng)受到荷載作用時(shí)，路表將發(fā)生彎沉。在直接與車輪接觸的瀝青罩面層受到

4、壓力，在輪載邊緣以外的區(qū)域，面層受到拉力作用，由于兩處受力區(qū)域所受力性質(zhì)不同，而又彼此緊靠，因此在兩塊受力區(qū)域的交界處即力的突變處容易發(fā)生破壞。在長期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開裂。玻纖格柵在瀝青罩面層中，能夠?qū)⑸鲜龅膲簯?yīng)力與拉應(yīng)力分散，在兩塊受力區(qū)域之間形成緩沖帶，在這里應(yīng)力逐步變化而不是突變，減少了應(yīng)力突變對瀝青罩面層的破壞。同時(shí)玻纖格柵的低延伸率減小了路面的彎沉量，保證了路面不會(huì)發(fā)生過度變形。2 耐高溫車轍瀝青混凝土在高溫時(shí)具有流變性，具體表現(xiàn)在：夏季瀝青道路面層發(fā)軟、發(fā)粘；在車輛荷載作用下，受力區(qū)域產(chǎn)生了塑性變形；在車輛反復(fù)碾壓的作用下，塑性變形不斷積累，形成車轍。由于高溫下瀝青混凝土具有

5、流變性，而在受到載荷時(shí)，面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土中集料運(yùn)動(dòng)的機(jī)制，造成瀝青面層的推移，這就是形成車轍的主要原因。在瀝青面層中使用玻纖格柵，其在瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土中集料貫穿于格柵間，形成復(fù)合力學(xué)嵌鎖體系，限制集料運(yùn)動(dòng)，增加了瀝青面層中的橫向約束力，瀝青面層中各部分彼此牽制，防止了瀝青面層的推移，從而起到抵抗車轍的作用3。3 抗低溫縮裂嚴(yán)寒地區(qū)的瀝青道路，瀝青混凝土遇冷收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過瀝青混凝土拉伸強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生裂紋，在裂紋集中的地方產(chǎn)生裂縫，形成病害。從裂紋的成因看，如何使瀝青混凝土強(qiáng)度抵抗住拉應(yīng)力是解決問題的關(guān)鍵。玻纖格柵在瀝青面層中的應(yīng)用，提高了面層橫向拉

6、伸強(qiáng)度，使得瀝青混凝土的拉伸強(qiáng)度大大提高，可以抵抗住較大的拉應(yīng)力而不致發(fā)生破壞4。另外，即使因?yàn)榫植繀^(qū)域產(chǎn)生裂紋，在裂紋發(fā)生處的應(yīng)力集中，經(jīng)玻纖格柵的傳遞而消失，裂紋不會(huì)發(fā)展成裂縫。4 延緩反射裂縫裂縫產(chǎn)生的原因是路面無法承受因底層移動(dòng)而產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力，反射裂縫破壞道路表面的連續(xù)性，降低路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使得水進(jìn)入底層。反射裂縫是由于舊混凝土面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中所造成的，它包括因溫度和濕度變化而產(chǎn)生的水平位移，以及因交通荷載作用而產(chǎn)生的豎向剪切位移。前者導(dǎo)致接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)較集中的拉應(yīng)力；后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經(jīng)受較大的彎

7、拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。由于玻纖格柵的模量很大，達(dá)到67gpa，作為剛度大的硬夾層應(yīng)用在瀝青罩面層中，其作用是抑制應(yīng)力，釋放應(yīng)變，提高加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力，從而減少裂縫。實(shí)踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對應(yīng)裂縫能量可從其起點(diǎn)移動(dòng)0.6米，1.5米以上寬度的加筋材料有助于確保能量在裂縫兩側(cè)完全消散。玻纖格柵對于降低加鋪層內(nèi)因溫度下降引起的應(yīng)力和應(yīng)變作用不如橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層、土工織物等軟夾層，但對于降低荷載產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變的作用則遠(yuǎn)大于軟夾層。am大學(xué)的texas交通學(xué)院用其特有的罩面試驗(yàn)儀對玻纖格柵加筋罩面做了大量的模擬溫度循環(huán)效果的疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，加筋的瀝青試件其抗裂能力要比未加筋

8、的試件高二倍以上。澳大利亞新南威爾士州伍倫貢市政局曾對玻纖格柵、聚丙烯格柵、土工織物及厚瀝青混凝土罩面層等控制反射裂縫的產(chǎn)品進(jìn)行了現(xiàn)場對比試驗(yàn)，結(jié)論是玻纖格柵鋪設(shè)方便，控制反射裂縫效果最為顯著，且造價(jià)適中，因而建議推廣應(yīng)用5。5 小結(jié)玻璃纖維土工格柵強(qiáng)度高、剛度大，加入瀝青混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，可全面提高路面材料強(qiáng)度和路用性能，并會(huì)改變路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，對其作用機(jī)理研究分析表明：在舊水泥混凝土板表面設(shè)置土工格柵，能夠改變?yōu)r青層在車輛荷載和溫度作用下的受力狀態(tài)，大幅度地減小接縫處瀝青層的應(yīng)力集中，從而阻礙了反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。設(shè)置土工格柵能夠增加路面整體剛度，使瀝青層表面彎沉減小，提高提高瀝青加鋪層的高溫抗車轍能力。高強(qiáng)土工格柵并不是依靠自身的較大變形來擴(kuò)散應(yīng)力，其防裂作用實(shí)質(zhì)是一種隔離功能，它分隔了帶接（裂）縫尖端的應(yīng)力集中區(qū)域，而由強(qiáng)度較高的土工格柵本身承受較大的拉應(yīng)力，從而阻礙了裂縫的迅速擴(kuò)展。參考文獻(xiàn)1中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，玻璃纖維土工格柵第1部分瀝青路面用玻璃纖維土工格柵jc839.119982高群玻纖