圖文玻璃纖維土工格柵在混凝土路面瀝青罩面中的應(yīng)用

1、【摘 要】 本文闡述了玻璃纖維土工格柵在瀝青罩面中的應(yīng)用，著重分析了玻璃纖維土工格柵的理化性能、在瀝青路面中的作用機理，列出了玻璃纖維土工格柵的性能指標(biāo)，并介紹了玻璃纖維土工格柵在瀝青罩面中應(yīng)用的施工工藝?！娟P(guān)鍵詞】 瀝青罩面 玻璃纖維土工格柵 反射裂縫一、前言在公路與城市道路建設(shè)中，經(jīng)常需要對舊路進(jìn)行改造，以滿足不斷增長的交通需求。為了充分利用舊有路面，并改善其路面使用性能，通常采用瀝青混凝土對舊路面進(jìn)行罩面補強。隨著瀝青罩面層使用時間的增長，將會逐步出現(xiàn)各種病害，如疲勞開裂、車轍、低溫收縮開裂、由下臥層接縫或裂縫引發(fā)的反射裂縫等。近年來，為改善瀝青路面的使用性能，各種各樣的新型路面加筋材料

2、被應(yīng)用到路面中來，其中較為引人注目的，當(dāng)屬玻璃纖維土工格柵（以下簡稱玻纖格柵）。采用玻纖格柵對瀝青路面進(jìn)行加筋增強處理，已經(jīng)成為道路建設(shè)技術(shù)人員致力研究的一個方向。本文將結(jié)合本人的工程實踐，談?wù)劜＠w格柵在瀝青罩面中的應(yīng)用。二、玻纖格柵特性玻璃纖維土工格柵是以無堿玻璃纖維網(wǎng)布為基材經(jīng)表面涂覆處理而成的半剛性制品，是一種增強道路路面性能的新型優(yōu)良土工基材。玻璃纖維的主要成分屬硅酸鹽，是一種理化性能極其穩(wěn)定的材料。它具有很高的耐熱性和優(yōu)異的耐寒性（一般工作溫度為-100280），強度大、模量高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好等特點。經(jīng)表面改性并涂覆處理后，改變了玻璃纖維的表面性能，提

3、高了其同瀝青的復(fù)合性能，極大提高了該基材的耐磨性能及抗剪切能力。1）高抗拉強度、低延伸率玻纖格柵是以玻璃纖維為原料，而玻璃纖維的強度較高，超過了其它纖維和金屬。同時它的模量很高，具有很高的抗變形能力，斷裂延伸率小于3%。2）無長期蠕變作為增強材料，具備在長期荷載的情況下抵抗變形的能力即抗蠕變性是極為重要的，玻璃纖維不會發(fā)生蠕變，這保證產(chǎn)品能夠長期保持性能。3）熱穩(wěn)定性玻璃纖維的熔化溫度在1000以上，這確保了玻纖格柵在攤鋪作業(yè)中承受熱的穩(wěn)定性。4）與瀝青混合的相容性玻纖格柵在后處理工藝中涂覆的材料是針對瀝青混合料設(shè)計的，每根纖維都被充分涂覆，與瀝青具有很高的相容性，從而確保了玻纖格柵在瀝青層中

4、不會與瀝青混合料產(chǎn)生隔離，而是牢固的結(jié)合在一起。5）物理化學(xué)穩(wěn)定性經(jīng)過特殊后處理劑進(jìn)行涂覆處理后，玻纖格柵能夠抵抗各類物理磨損和化學(xué)侵蝕，還能抵御生物侵蝕和氣候變化，保證其性能不受影響。6）集料嵌鎖和限制由于玻纖格柵是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，瀝青混凝土中的集料可以貫穿其中，這樣就形成了機械嵌鎖。這種限制阻礙了集料的運動，使瀝青混合料在受荷載的情況下能夠達(dá)到更好的壓實狀態(tài)，更高的承重能力，更好的荷載傳遞性能及較小的變形。三、玻纖格柵作用機理玻纖格柵具有上述特點，當(dāng)它應(yīng)用于瀝青罩面時，可以在以下幾方面發(fā)揮重要作用。1、減緩反射裂縫。防止和控制反射裂縫是瀝青罩面層設(shè)計的重點。由于水泥混凝土路面是剛性路面，同時具有

5、接縫設(shè)計，因此舊水泥混凝土路面接縫和裂縫更容易導(dǎo)致瀝青罩面層內(nèi)反射裂縫的出現(xiàn)。本文將以舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層設(shè)計為例，談?wù)劜＠w格柵減緩反射裂縫的作用機理。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)受較大的彎拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。美國瀝青協(xié)會（AI）認(rèn)為舊混凝土面層接縫或裂縫處的彎沉量和彎沉差是引起瀝青加鋪層反射裂縫的主要原因，因為輪載的施加速度遠(yuǎn)高于溫度變化產(chǎn)生的面層板伸縮

6、位移的速率。因此，控制反射裂縫應(yīng)主要采用降低接縫或裂縫處的彎沉量和彎沉差以及增加加鋪層彎拉強度和剪切強度的措施。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，同時作為瀝青混凝土加筋材料，提高加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力，從而達(dá)到減少裂縫的目的。實踐表明，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移動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。玻纖格柵近年來發(fā)

7、展迅速，并廣泛應(yīng)用于瀝青路面，尤其是用在瀝青罩面層用來減緩反射裂縫。加拿大AM大學(xué)的Texas交通學(xué)院用其特有的罩面試驗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，試驗表明，加筋的瀝青試件其抗裂能力要比未加筋的試件高二倍以上。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，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，且造價適中，因而建議推廣應(yīng)用。由于玻纖格柵對瀝青罩面層的加筋作用，因而可以在有效控制反射裂縫的前提下，減小瀝青罩面層的厚度（與不加鋪玻纖格柵相比），降低造價，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。2

8、、抗疲勞開裂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，除了會出現(xiàn)反射裂縫，同時還會因為荷載的長期作用而出現(xiàn)疲勞開裂。我們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，路表將發(fā)生彎沉。在直接與車輪接觸的瀝青罩面層受到壓力，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

9、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，保證了路面不會發(fā)生過渡變形。3、耐高溫車轍瀝青混凝土在高溫時具有流變性，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)生凹陷，車輛荷載撤除后瀝青面層無法完全恢復(fù)至受荷前的狀況，即產(chǎn)生了塑性變形；在車輛的反復(fù)碾壓的作用下塑性變形不斷積累，形成車轍。我們對瀝青面層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，可以知道由于高溫下瀝青混凝土具有流

10、變性，而在受到荷載時，面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土中集料運動的機制，造成瀝青面層的推移，這就是形成車轍的主要原因。在瀝青罩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，限制集料運動，增加了瀝青罩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。4、抗低溫收縮開裂嚴(yán)寒地區(qū)的瀝青道路，冬季面層溫度接近于氣溫，在這樣的溫度條件下，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度時，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度抵抗住拉應(yīng)力是解決問題的關(guān)

11、鍵。玻纖格柵在瀝青罩面層中的應(yīng)用，使得瀝青混凝土的拉伸強度大大提高，可以抵抗住較大的拉應(yīng)力而不致發(fā)生破壞。另外，即使因為局部區(qū)域產(chǎn)生裂紋，使裂紋發(fā)生處的應(yīng)力過于集中，但經(jīng)玻纖格柵的傳遞而逐漸消失，裂紋不再會發(fā)展成裂縫。四、玻纖格柵性能指標(biāo)1998的規(guī)定。玻纖格柵應(yīng)采用無堿玻璃纖維，其堿金屬氧化物的含量不大于0.8%。玻纖格柵其它性能指標(biāo)應(yīng)符合下表規(guī)定：規(guī)格EGA1×1AEGA1×1BEGA1×1CEGA2×2AEGA2×2B網(wǎng)眼尺寸（mm）經(jīng)向緯向斷裂強度（KN/m）經(jīng)向28505050100緯向2222444444伸長率（%）44444彈性模

12、量（MPa）6700067000670006700067000幅寬（m）耐溫性（）-100280-100280-100280-100280-100280耐腐蝕性優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良單位面積重量（g/m2）230330440450560在選用玻纖格柵時，除其性能指標(biāo)應(yīng)符合上表規(guī)定之外，還應(yīng)特別注意保證其幅寬不小于1.5m，以滿足其作為控制反射裂縫夾層時有足夠的橫截面積來充分消散裂縫能量；同時，其網(wǎng)眼尺寸宜為其上瀝青面層材料最大粒徑的0.51.0倍，這樣有助于達(dá)到最佳剪切膠粘性，促進(jìn)集料嵌鎖與限制。五、玻纖格柵的應(yīng)用在一些發(fā)達(dá)國家，如德國、美國、加拿大、澳大利亞及日本等，玻纖格柵的應(yīng)用已有十多年時

13、間，在高等級公路、市政道路及機場道面等要求較高的領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，對其作用機理也作了大量系統(tǒng)研究，制定了一些相應(yīng)的設(shè)計應(yīng)用規(guī)范。在我國，玻纖格柵的應(yīng)用相對較晚，19951996年的滬寧高速公路建設(shè)率先采用玻纖格柵用于瀝青路面中防止面基層裂縫而引起的瀝青面層反射裂縫的產(chǎn)生，經(jīng)多年來的觀察，效果明顯，故在1997年至2002年滬寧高速公路的維修工程中，仍采用玻纖格柵，用于原路面洗刨后的新罩面層中，以增強罩面層強度，防止反射裂縫產(chǎn)生。近幾年來，在由我院承擔(dān)的舊路改造工程設(shè)計中，普遍采用玻纖格柵來防止和減緩瀝青罩面層中反射裂縫的產(chǎn)生，路面結(jié)構(gòu)如下圖所示。如2000年的G107深圳寶安段改造工程、東莞大

14、道工程舊路改造段，剛建成的東莞八一路鴻福路改造工程、東莞厚街256省道改造工程，以及在建的東莞市港口大道工程舊路改造段，均在瀝青罩面層中采用了玻纖格柵。通過幾年來的觀察，發(fā)現(xiàn)玻纖格柵用在瀝青罩面層中，對于減緩反射裂縫的產(chǎn)生，改善瀝青罩面層的使用性能，效果顯著。六、玻纖格柵施工工藝（一）處理舊路面在玻纖格柵鋪設(shè)前，應(yīng)對舊路面進(jìn)行病害處理，并用機械銑刨拉毛，舊路面接縫應(yīng)進(jìn)行重新封縫，在玻纖格柵鋪設(shè)前24小時起，進(jìn)行路面清理，并進(jìn)行交通管制。（二）澆灑粘層瀝青為了使玻纖格柵與原路面保持良好粘接，并能滿足瀝青混凝土機械化攤鋪的要求，必須在原路面上澆灑粘層瀝青。在灑布粘層瀝青后，待粘層瀝青已破乳或凝結(jié)時

15、，應(yīng)立即進(jìn)行玻纖格柵的鋪設(shè)。如果情況特殊，也可先鋪設(shè)玻纖格柵，再澆灑粘層瀝青，然后在玻纖格柵上適量均勻地撒一些細(xì)粒石屑，再用輕型膠輥壓路機在其上作適度碾壓。（三）鋪設(shè)玻璃纖維土工格柵1、目前常用的玻纖格柵有帶自粘膠和不帶自粘膠兩種。帶自粘膠的可直接在已平整的舊路面上鋪設(shè)，不帶自粘膠的，通常采用釘子固定法。固定用所需材料為：（1）30×30×0.3毫米的鐵皮，要求平整不翹角。（2）2英寸鋼釘或射釘（優(yōu)質(zhì)水泥釘）釘子固定法鋪設(shè)玻纖格柵時，先將一端用鐵皮和釘子固定在已灑布粘層瀝青的下層結(jié)構(gòu)上，釘子可用錘擊或射釘槍射入，再將格柵縱向拉緊并分段固定，每段長度為2-5米。對于水泥混凝土

16、路面，可按縮縫間距分段，鋼釘位置設(shè)于接縫處。要求格柵拉緊時玻纖格柵縱橫向均處于挺直張緊狀態(tài)。2、土工格柵搭接距離為：縱向接頭搭接距離不小于20厘米，橫向搭接距離不小于15厘米。縱向搭接應(yīng)根據(jù)瀝青攤鋪方向?qū)⑶耙环糜诤笠环稀?、固定玻纖格柵時，不能將釘子釘于玻纖上，也不能用錘子直接敲擊玻纖。固定后如發(fā)現(xiàn)釘子斷裂或鐵皮松動，則應(yīng)予以重新固定。4、玻纖格柵鋪設(shè)固定完畢后，需用輕型膠輥壓路機適度碾壓穩(wěn)定，使格柵與原路面粘結(jié)牢固。并嚴(yán)格控制車輛在其上行駛，嚴(yán)禁車輛在格柵層上急轉(zhuǎn)向、急剎車和傾倒混合腳料，以防止對玻纖格柵造成損傷或破壞。（四）鋪筑瀝青罩面層并碾壓成型1、瀝青混合料的攤鋪必須在確認(rèn)玻纖格柵鋪設(shè)良好并能滿足瀝青混合料攤鋪進(jìn)度后方可進(jìn)行。2、在玻纖格柵上鋪設(shè)瀝青混合料時，瀝青層最小厚度為4cm。瀝青混合料的拌制、運輸、攤鋪和壓實均應(yīng)符合現(xiàn)行公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范和公路發(fā)生瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定和要求。3、瀝青混合料攤鋪時，應(yīng)防止攤鋪機的找平小車等金屬構(gòu)件損壞已鋪設(shè)的玻纖格柵。七、結(jié)語玻璃纖維土工格柵是近年來發(fā)展迅速的一種增強瀝青路面性能的新型土工合