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玻璃纤维土工格栅及其在沥青路面中的应用浅谈

发布于：2015-07-02 06:05:02 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

引言
　　玻璃纤维土工格栅是以无捻玻璃纤维粗纱为原料，采用一定的织造工艺制成的网状结构，为保护玻璃纤维，提高整体使用性能，使其经过特殊工艺处理后而形成的新型土工合成材料产品。目前已经在沥青路面、软基处理、台背填土、边坡防护等方面，尤其是在沥青道路建设方面已经得到较为广泛的应用，并取得了令人满意的效果。
　　一、玻纤土工格栅的特性
　　1、抗拉强度、低延伸率
　　玻纤土工格栅是以玻纤为原料，而玻璃纤维的强度极高，超过了其它纤维与金属。同时它的拉伸模量很高，具有很高的抗变形能力，断裂延伸率小于4%。
　　2、无长期蠕变
　　作为增强材料，具备在长期荷载的作用下低抗变形的能力即抗蠕变性是极为重要的，玻璃纤维不会发生蠕变，这就使其能够长期保持良好性能。
　　3、热稳定性
　　玻璃纤维在1000℃才开始熔化,确保了玻纤土工格栅在沥青混合料摊铺作业中承受高温的稳定性。
　　4、与沥青混合料的相容性
　　玻纤土工格栅在后处理工艺中涂覆的材料是针对沥青混合料设计的，每根纤维都被充分涂覆，与沥青具有很高的相容性，从而确保了玻纤土工格栅在沥青混合料层面中不会与沥青混合料产生隔离，而是牢固地结合在一起。
　　5、物理化学稳定性
　　经过特殊处理剂进行涂覆处理后，玻纤土工格栅能够抵抗各类物理磨损和化学侵蚀，还能抵御生物侵蚀和气候变化，保证其性能不受损失。
　　6、集料嵌锁和限制
　　由于玻纤土工格栅是网状结构，沥青混凝土中的集料可以贯穿其中，这样就形成了机械嵌锁。这种限制阻碍了集料的运动，使沥青混合料在受荷载的情况下能够保持更好的密实状态，更高的承重能力，更好的荷载传递性能以及较小的变形。
　　二、玻纤土工格栅的应用及作用机理
　　玻纤土工格栅具有以上所述特点，当它应用于沥青路面施工时，可以在以下几个方面发挥重要作用。
　　1、抗疲劳开裂
　　沥青混凝土路面具有一定的承载能力，且在规定的使用期限内不会发生疲劳破坏。根据柔性路面设计规范的规定，要求控制路表最大弯沉、层底面最大弯沉和层底面最大弯拉应力小于相应的容许量，以保证路面不致产生过度的变形和开裂。我们对沥青路面受载荷的情况做受力分析，在直接与车辆荷载接触下，面层受到压力，在轮载边缘以外的区域，面层受到拉力作用，由于两处受力区域所受力性质不同，而又彼此紧靠，因此在两块受力区域的交界处，即力的突变容易发生破坏，在长期荷载的作用下，发生疲劳开裂。
　　玻纤土工格栅在沥青面层的下面层中，能够将上述的压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间形成一个缓冲区,在缓冲区里应力是逐步变化而不是突变,减少了应力突变对沥青面层的破坏,同时玻纤土工格栅的低延身率减小了路面的弯沉量,保证了路面不会发生过度变形而开裂。
　　2、抗高温车辙
　　沥青混凝土在高温时具有流变性，具体表现在：夏季沥青路面面层受高温作用而发软发粘。在车辆荷载作用下，受力区域凹陷，车辆载荷撤除后，沥青面层无法完全恢复受载荷之前的状态，即产生了塑性变形。在车辆反复碾压的作用下，塑性变形不断积累，就形成了车辙。我们对沥青面层结构进行分析后，可以知道由于高温作用下沥青混凝土具有流变性，而在受到载荷时，仅靠沥青混凝土路面的路面结构无法约束沥青混凝土集料的塑性变形，造成沥青混合料的推移，这就是形成车辙的主要原因。
　　在沥青面层中的上面层与中面层之间使用玻纤土工格栅，其可以在沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿于格栅之间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增加了沥青混合料的横向约束力，沥青面层中各部分彼此牵制，防止了沥青面层的塑性变形，从而起到抵抗高温车辙的作用。
　　3、低温缩裂
　　处于我国北方地区的沥青道路，冬季面层温度接近于大气温度，在这样的气候条件下，沥青混凝土遇冷收缩，产生拉应力。当拉应力超过沥青混凝土抗拉伸强度时，就产生裂纹，在裂纹集中的地方产生裂缝，形成病害。从裂纹的成因看，如何使沥青混凝土强度抵抗住拉应力是解决问题的关键。
　　玻纤土工格栅在沥青面层中的中间层使用，提高了面层的横向拉伸强度，使得沥青混凝土的拉伸强度大大提高，可以抵抗住较大的拉应力而不致使沥青混凝土发生破坏。另外，即使因为局部区域产生裂纹，在裂纹发生处的应力集中，经玻纤土工格栅的相互传递而消失，裂纹不会发展而形成裂缝。
　　4、延缓反射裂缝
　　许多旧沥青路面铺覆了沥青混凝土加铺层后，被认为结构牢固的沥青混凝土加铺层过早地出现了与旧沥青路面面层相似的裂缝。这种旧路面断裂处的原有裂缝向上扩展到或穿透到新路面的现象称之为反射裂缝.。现今我国许多地方修建的高速公路一般都采用半刚性基层（水泥稳定级配碎石较多），沥青混凝土路面面层因半刚性基层而产生反射裂缝的现象也已相当普遍。反射裂缝破坏沥青路面表面的连续性，降低路面结构强度，使得水进入底层，造成道路水损病害。而裂缝产生的原因是路面面层无法承受因底层位移而产生的剪切应力和拉伸应力。这种位移是由于车辆荷载或温度荷载（膨胀和收缩）的作用而引起的。
在沥青混凝土加铺层的下面或半刚性基层上面加铺玻纤土工格栅,能够抑制应力,释放应变,作为沥青混凝土面层中的拉伸增强材料，可以达到减少反射裂缝产生的目的。
　　由埃默里博士领导的独立实验室对法国Bay Mills公司生产的GLASSGRID样品进行对比试验，结果表明，经增强的试样断裂时的弯曲荷载比相同扰度下未经加筋处理的对照试样高出2倍。实验表明，一条改变了方向的水平裂缝的对应裂缝能量可以从其起点移动6m。1.5m以上宽度的加筋材料有助于确保能量在裂缝的两侧完全消散。若加筋材料宽度过小则会导致应力水平扩展，在增强材料的边缘
　　垂直向上的部位，使夹层的每一边形成较小的裂缝。因此，必须强调一点的是玻纤土工格栅作为延缓反射裂缝产生的夹层，它的几何尺寸至关重要，横截面积足够大，应力分散也就愈充分。它的宽度必须超过改变了方向的应力能的宽度极限，而其孔径也必须有助于使加筋后的沥青混合料达到最佳的剪切胶粘性，促进相互之间的嵌锁与限制。
　　三、适用范围
　　沥青混凝土路面作为一种无接缝的连续式路面，具有造价低，行车平稳、舒适，噪音低，便于施工和维修等特点，但是其一些固有特性会造成路面开裂、车辙、推移和拥包等主要病害，影响了行车的舒适性、安全性和道路使用的耐久性，一旦水从裂缝中渗入，就会造成水损病害，加速路面面层、基层乃至路基的损害。近年来许多公路工程设计都采用了玻纤土工格栅，实践证明，玻纤土工格栅不但在防止沥青路面开裂，减少或延缓反射裂纹的数量或出现时间，减少沥青路面的车辙和拥包，还可适当提高半刚性基层的疲劳寿命。
　　1、旧沥青混凝土路面严重开裂，加筋增强加铺沥青面层，防止反射裂缝病害。
　　2、旧水泥混凝土路面改建复合式路面，抑制板块伸缩缝等引起反射裂缝。
　　3、道路拓改工程，防止新旧结合部产生不均匀沉降而而成裂缝。
　　4、软土地基加筋处理，利于软土固结，有效抑制沉降，均匀应力分布，增强路基整体强度。
　　5、新建道路半刚性基层产生收缩裂缝，采用加筋增强措施防止基层裂缝反射而引起沥青路面裂缝。
　　6、在沥青混合料中掺加钢纤维或玻璃纤维，可以提高沥青路面的强度，同时大大增强沥青路面的高温稳定性和低温稳定性，防止疲劳开裂。
　　四、玻纤格栅施工方法
　　1、璃纤维土工格栅的层位
　　(1)路面面层
　　对新建沥青混凝土路面，玻纤格栅可置于半刚性基层与下封层之间，也可置于下封层与沥青面层之间。
　　对新建水泥混凝土道路路面，玻纤格栅应置于半刚性基层与刚性水泥混凝土路面层之间。
　　对旧沥青路面补强，可采用喷油法、锚固法、自粘法在原路面上铺设玻纤格栅。也可在原路面上做20mm-30mm细粒式沥青混凝土找平层，再铺设玻纤格栅，然后加铺沥青混凝土面层，厚度宜为60mm-100mm。
　　对旧水泥混凝土路面补强，可采用自粘法和喷油法在原路面上铺设玻纤格栅，也可在原路面上做20mm-30mm细粒式沥青混凝土找平层，再铺设玻纤格栅，然后加铺沥青混凝土面层，厚度宜为60mm-100mm。
新建路面面层均可采用锚固法、自粘法进行施工。
　　(2)基层
　　基层采用玻纤格栅，铺设位置宜放在基层的底部，采用锚固法施工。
　　(3)路基
　　玻纤格栅必须铺放在路基较低的1/3处。
　　玻纤格栅亦可铺放在路基的底部，但下面至少要铺设50mm－100mm厚的砂垫层或铺设土工布。
用锚固法施工。
　　2、加筋路面的要求
　　(1)纵向平整度，横向路拱的坡度与平顺性均符合规范要求，若达不到规范要求，则应在加铺之前作出处理。
　　(2)加铺前须对路面承载力进行评定，若承载力达不到规范要求，或水泥混凝土路面有板底脱空现象，均应作补强处理。水泥混凝土路面的伸缩缝与裂缝应提前清理和填充。
　　(3)原有路面或基层表面有局部松散、坑洞或扩散型裂缝，均应提前作补强或填充处理，以保持其表面状况完好。
　　(4)原有路面表面须清扫干净，清除尘土、松散颗粒及杂物。
　　3、玻璃纤维土工格栅沥青路面施工方法
　　(1)锚固法
　　不带自粘胶的玻璃纤维土工格栅能增强沥青混凝土路面层间连接和防止路面反射裂缝，可采用锚固法施工。但宜先铺设玻纤土工格栅，再洒布热沥青作粘层油，施工方法如下：
　　粘层油选用AH-70或AH-90重油热沥青，粘层油的规格及质量应符合规范要求，采用专用洒布车喷洒，粘层油每平方米用量约0.4kg-0.6kg。
　　铺设玻璃纤维土工格栅时，必须要铺设平顺、拉紧，横向搭接长度为80mm-100mm，纵向搭接长度为150mm-200mm。并根据摊铺方向,将后一端压在前一端端部之下。
　　用50×50×1mm的固定铁皮，要求平整不翘角，周边宜做倒角处理，2英寸钢钉(优质水泥钉、射钉或膨胀螺钉)。
　　钉子固定玻纤土工格栅时，先将一端用固定铁皮和钉子固定在已洒布粘层沥青的下层结构上，钉子可用锤击或高压射钉枪射入，再将格栅纵向拉紧并分段固定，每段长度为2-5m。对于水泥混凝土路面，可按伸缩缝间距分段，钢钉位置设入接缝处。要求格栅拉紧时玻纤纵横向均处于挺直、张紧状态。
　　固定时不能将钉子钉于玻纤上，也不能用锤子直接敲击玻纤，固定后如发现钉子断裂或铁皮松动，则必须予以重新固定。
　　使用胶轮压路机碾压（胶轮压路机需有洒水装置）。
为防止施工车辆将玻纤格栅和粘层油粘起来，或摊铺机机轮出现打滑的现象，可在粘层油表面洒布石屑,石屑用量为3m3-5m3/1000m2。
　　大气温度低于10℃或路面潮湿时不得施工。
　　沥青混合料加铺层施工方法与普通沥青路面面层施工方法一致，但应注意施工车辆不得在已铺设玻纤格栅的路面上急转弯和急刹车。
　　(2)自粘式玻璃纤维土工格栅直铺法
　　对旧沥青混凝土路面或旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层时，要首先对旧路面进行清扫，可用真空车或洒水车，保证表面清洁干净。然　　后进行旧路面整平，也可先做20mm-30mm厚的沥青混合料调平层。
　　喷洒AH-70或AH-90重油热沥青，用量宜为0.3kg-0.4kg/m2。
　　采用专用摊铺车,铺设自粘式玻纤格栅,铺设时应平顺、拉紧。
　　横向搭接长度宜为50mm-100mm，纵向搭接长度宜为150mm-200mm，搭接重叠方向与沥青混凝土摊铺机运行的方向一致。
　　使用胶轮压路机碾压（胶轮压路机需有洒水装置）。
　　铺筑沥青混合料加铺层。
　　4、土工格栅增强基层及下层路基施工方法
玻璃纤维土工格栅增强基层及下层路基均采用锚固法施工。具体施工方法同路面面层锚固法基本相同,但不需喷洒粘层油。铺设面要求压实、平整。符合相关规范要求。
　　沿路基横向铺设玻纤格栅，要求平顺，拉紧，横向两端布设玻纤土工格栅的长度要多出2-3m。
横向两端要放砂袋压实。
　　纵向搭接宽度宜为80mm-100mm，以每段长度为500mm用铁皮和水泥钉锚固，或用铁丝绑扎固定。
　　两端玻纤格栅翻过压实砂袋后，再用砂袋压实玻纤格栅。
　　在48h之内用砂平整，压实，以免玻纤格栅被日光照射或雨水淋泡时间过长。
　　随着我国经济的发展和道路交通量的日益增加，沥青路面早期开裂现象作为沥青路面主要病害之一越来越得到重视。许多高速公路使用不到三、四年，已开始大面积修补路面裂缝。目前我国合资兴办的土工合成材料生产厂家的生产工艺也日益成熟，科研和施工单位对土工合成材料的材料特性、力学机理、施工方法等方面都研究出一些初步规律和一套比较成熟的施工工艺。钢纤维、玻璃纤维、玻璃纤维土工格栅作为沥青混合料的加筋材料，日益得到推广和应用。

沥青路面土工格栅土工格栅

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只看楼主我来说两句 抢板凳