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玻纖土工格柵在瀝青路面、水泥公路中的應(yīng)用
近年來(lái)，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被應(yīng)用到路面中來(lái)。玻璃纖維土工格柵（以下簡(jiǎn)稱(chēng)玻纖土工格柵）得到廣泛應(yīng)用。采用玻纖土工格柵對(duì)瀝青路面進(jìn)行加筋增強(qiáng)處理，已經(jīng)成為道路建設(shè)技術(shù)人員致力研究的一個(gè)方向。
玻纖土工格柵特性：
玻璃纖維土工格柵是以無(wú)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(qiáng)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-100~280℃），強(qiáng)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(diǎn)。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(qiáng)度、低延伸率——玻纖土工格柵是以玻璃纖維為原料，而玻璃纖維的強(qiáng)度較高，超過(guò)了其它纖維和金屬。同時(shí)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(wú)長(zhǎng)期蠕變——玻纖土工格柵作為增強(qiáng)材料，具備在長(zhǎng)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(huì)發(fā)生蠕變，這保證產(chǎn)品能夠長(zhǎng)期保持性能�！ �
3）熱穩(wěn)定性——玻璃纖維的熔化溫度在1000℃以上，這確保了玻纖土工格柵在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中承受熱的穩(wěn)定性�！ �
4）與瀝青混合的相容性——玻纖土工格柵在后處理工藝中涂覆的材料是針對(duì)瀝青混合料設(shè)計(jì)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不會(huì)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(guò)特殊后處理劑進(jìn)行涂覆處理，玻纖土工格柵能夠抵抗各類(lèi)物理磨損、化學(xué)侵蝕、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——由于玻纖土工格柵是網(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(jī)械嵌鎖。這種限制阻礙了集料的運(yùn)動(dòng)，使瀝青混合料在受荷載的情況下能夠達(dá)到更好的壓實(shí)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。
玻纖土工格柵作用機(jī)理
玻纖土工格柵具有上述特點(diǎn)，當(dāng)它應(yīng)用于瀝青罩面時(shí)，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(jì)的重點(diǎn)。由于水泥混凝土路面是剛性路面，同時(shí)具有接縫設(shè)計(jì)，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(jì)為例，談?wù)劜＠w土工格柵減緩反射裂縫的作用機(jī)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(guó)瀝青協(xié)會(huì)（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?yàn)檩嗇d的施加速度遠(yuǎn)高于溫度變化產(chǎn)生的面層板伸縮位移的速率。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(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的措施�！ �
由于玻纖土工格柵的模量很大，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(shí)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(shí)踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對(duì)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。玻纖土工格柵對(duì)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(duì)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�！�
玻纖土工格柵近年來(lái)發(fā)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(lái)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(yàn)儀對(duì)玻纖土工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(duì)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(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)論是玻纖土工格柵鋪設(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�！�
由于玻纖土工格柵對(duì)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（與不加鋪玻纖土工格柵相比），降低造價(jià)，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)效益�！ �
2、抗疲勞開(kāi)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(duì)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(zhǎng)期作用而出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂。我們對(duì)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(chē)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，因此在兩塊受力區(qū)域的交界處即力的突變處容易發(fā)生破壞。在長(zhǎng)期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開(kāi)裂�！ �
玻纖土工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(duì)瀝青罩面層的破壞。同時(shí)玻纖土工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(guò)渡變形。
3、耐高溫車(chē)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(chē)輛荷載作用下，受力區(qū)域產(chǎn)生凹陷，車(chē)輛荷載撤除后瀝青面層無(wú)法完全恢復(fù)至受荷前的狀況，即產(chǎn)生了塑性變形；在車(chē)輛的反復(fù)碾壓的作用下塑性變形不斷積累，形成車(chē)轍。我們對(duì)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變性，而在受到荷載時(shí)，面層中沒(méi)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(chē)轍的主要原因。
在瀝青罩面層中使用玻纖土工格柵，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(chē)轍的作用�！�
4、抗低溫收縮開(kāi)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(guò)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(wèn)題的關(guān)鍵�！ �
玻纖土工格柵在瀝青罩面層中的應(yīng)用，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。另外，即使因?yàn)榫植繀^(qū)域產(chǎn)生裂紋，使裂紋發(fā)生處的應(yīng)力過(guò)于集中，但經(jīng)玻纖土工格柵的傳遞而逐漸消失，裂紋不再會(huì)發(fā)展成裂縫�！�
玻纖土工格柵的應(yīng)用
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如德國(guó)、美國(guó)、加拿大、澳大利亞及日本等，玻纖土工格柵的應(yīng)用已有十多年時(shí)間�！ �
在我國(guó)，玻纖土工格柵的應(yīng)用相對(duì)較晚，1995~1996年的滬寧高速公路建設(shè)率先采用玻纖土工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(lái)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，仍采用玻纖土工格柵，用于原路面洗刨后的新罩面層中，以增強(qiáng)罩面層強(qiáng)度，防止反射裂縫產(chǎn)生。
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