（市政工程专业论文）玻纤格栅提高沥青路面技术性能的研究.pdf

北京建筑工程学院硕上学位论文摘要 摘要 随着我国经济的快速发展，作为基础设施的道路建设里程和等级都发生了显 著的变化，我国已进入了公路建设的快速发展时期。道路在使用过程中由于受到 交通荷载与环境因素等因素的综合影响，会出现各种形式的沥青表面层开裂破 损，进而产生各种病害，不但影响道路的使用，甚至会影响交通安全。玻纤格栅 具有整体性强、抗拉强度高、耐久性好等优良的物理力学性能，其与沥青混合料 复合形成沥青混凝土面层加强结构，能够提高沥青混凝土路面的疲劳寿命、抗车 辙能力、抗反射裂缝能力以及减薄沥青混凝土层厚度，是改善沥青路面路用技术 性能的一个有效途径。 本文主要对玻纤格栅加强沥青路面的应用技术和路用性能进行以下几个方 面的研究： ， 1 、在对现行玻纤格栅加强沥青路面格栅施加工艺调查分析的基础上，针对 存在的影响施工质量的主要问题，提出对应的评判指标和试验模拟手段，确定合 理的施加工艺。 2 、分析影响沥青路面的气候环境和交通特点，对玻纤格栅加强沥青路面和 常规沥青路间进行强度、稳定性、疲劳耐久性等路用性能指标对比试验分析，总 结玻纤格栅加强沥青路面的技术特性。 3 、对玻纤格栅加强沥青路面进行结构分析，研究加入玻纤格栅后路面内应 力、位移状态的变化，结合我国现行公路沥青路面设计规范要求，确定相应的计 算参数和设计指标，从结构设计角度探讨格栅加强沥青路面的效应。 关键词：玻纤格栅，施加工艺，路用性能，结构分析 北京建筑工程学院顾十学位论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m y , c h i n a sh i g h w a yc o n s t r u c t i o nh a s e n t e r e dar a p i dd e v e l o p m e n tp e r i o d i nt h ec o u r s eo ft h eu s eo ft h er o a d s ，t h e r ew i l lb e v a r i o u sf o r m so fc r a c k si nt h ea s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n td u et ot h et r a f f i cl o a d sa n d e n v i r o n m e n t a lf a c t o r s t h e s ec r a c k sw i l lc a u s eal o to fr o a dd i s e a s e sw h i c hw i l ln o t o n l ya f f e c tt h eu s eo ft h er o a d ，a n de v e na f f e c tt h et r a f f i cs a f e t y g l a s s f i b e rg r i d sh a v e g o o dp h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e ss u c ha ss t r o n gi n t e g r i t y , h i g ht e n s i l es t r e n g t h ， g o o dd u r a b i l i t y , e t c i tc a nb ea p p l i c a t e di n t ot h ea s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n ta n dc a n i m p r o v et h ep a v e m e n t sp e r f o r m a n c es u c ha sp r o l o n gt h ef a t i g u el i f e ，s t r e n g t h e nt h e a n t i r u ta n da n t i r e f l e c t i v ec r a c ka b i l i t y , t h i nt h et h i c k n e s so fp a v e m e n t ，e t c t h e t e c h n o l o g y o fu s i n gg l a s s f i b e rt or e i n f o r c et h e a s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n ti s a l l e f f e c t i v ew a yt oi m p r o v et h ea s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n t sp e r f o r m a n c e t h i sp a p e re n g a g e si nr e s e a r c ho fa s p h a l tc o n c r e t er e i n f o r c e dw i t hf i b e r g l a s s g r i d sf o rt h ef o l l o w i n g ： 1 、o nt h eb a s e so fr e s e a r c ho fe x i s t i n gc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s ，p u tf o r w a r dt h e c o r r e s p o n d i n ge v a l u a t i o ni n d i c a t o r sa n dm e a n so fs i m u l a t e dt e s ta n dd e t e r m i n ea r e a s o n a b l ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sf o rt h em a i np r o b l e m sw h i c ha f f e c tt h e c o n s t r u c t i o nq u a l i t y 2 、a n a l y z et h ee n v i r o n m e n t a la n dt r a f f i cf a c t o r sw h i c hw i l la f f e c tt h ea s p h a l t c o n c r e t ep a v e m e n t s ，m a k ec o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t sb e t w e e na s p h a l tc o n c r e t e p a v e m e n tr e i n f o r c e dw i t hf i b e r g l a s sg r i d sa n do r d i n a r ya s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n ti n r o a dp e r f o r m a n c e ss u c ha ss t r e n g t h ，s t a b i l i t y , f a t i g u ed u r a b i l i t y , e t c , m a k eas u m m a r y o ft h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fa s p h a l tc o n c r e t er e i n f o r c e d 、) l r i t l lf i b e r g l a s sg r i d s 3 、a n a l y z et h es t r u c t u r eo fa s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n tr e i n f o r c e dw i t hf i b e r g l a s s g r i d s ，s t u d yt h ec h a n g e so ft h e s t r e s sa n dt h ed i s p l a c e m e n ta f t e rr e i n f o r c e db y g l a s s f i b e r 鲥d s ，d e t e r m i n et h ed e s i g np a r a m e t e r si nc o m b i n a t i o no ft h ee x i s t i n g a s p h a l tp a v e m e n td e s i g ns p e c i f i c a t i o n ，a n dr e s e a r c ht h ep e r f o r m a n c e so fa s p h a l t c o n c r e t ep a v e m e n tr e i n f o r c e d 丽t hf i b e r g l a s sg r i d sf r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h e 北京建筑t 程学院硕土学位论文摘要 s t r u c t u r a ld e s i g no fa s p h a l tp a v e m e n t k e yw o r d s ：g l a s s f i b e rg r i d s ，c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s ，t e c h n i c a lp e r f o r m a n c ef o r h i g h w a y ，s t r u c t u r a la n a l y s i s 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：尚舳耘 日期：州年嗍茹e t 授权书 本人同意将所著硕士学位论文玻纤格栅提高沥青路面性能 技术的研究著作权中的数字化制品复制权、信息网络传播权和 汇编权授权j 匕塞建笪工程堂院婴究生部行使。上述授权的范围包 括：j 匕京建篁王猩堂院自己使用或委托他人使用。 本人保证为该论文作者，依法享有著作权，并愿承担因著作 权问题引起的责任。 北京建筑工程学院须依照我国著作权法的有关规定，充分尊 重本人享有的著作权权利( 包括获酬权) 。 本授权有效期年。 论文作者：肖永毒d ( 签章) 少0 1 5 年i 胡如日 作者联系方式： 地址： 电话： 手机： 邮编： 传真： 电子信箱： | 匕京建筑t 程学r mi i 学化论女 第一章绪论 1 1 研究背景 随着我国经济的快速发胜，作为基础设施的道路建设旱程和等级部发啦了突 b 猛进的变化，我h 己进入了道路建i 5 的快速发展叫期。 长期以束，我崮在道路建设中丰耍采用似种路【i i i 形式，即浙青混凝十路i 酊和 水泥混凝1 1 路面。由于澌菏路面具有平整、无接缝、行午舒适、减振性能好咀及 方便施工养护的特点，现已成为我蚓并等级道路的t 要路血结构形式。f h 是，在 沥青路面实际l 稗应用巾发现，在交通倚载与环境凼素综合影响下尤其是半刚 性基层条件下，极可能出现各种形式的沥青表面层丌裂破损( 或是反射裂缝，或 是疲劳丌裂，如图i i 所不) ，而目日口我国道路管养部门往律不及时或不爿惯_ 对早婀裂缝的处治，致使进步的水浸损坏并j j u 剧沥青路面被冲刷、剥落、唧浆 和产生坑槽等问题( 如图卜2 所不) ，沥青路i nj 的裂缝已成为影响路而使川质量 的主要缺陷之一。 陶卜1 龉向裂缝 q 二i - 目e t 蚓12 唧浆、坑梢、刚裂等路而病古 绪论 针对f ：进题，人量的研究r 作是通过改善沥青路所材料性能、埔加沥青路 向西j 层厚度、调整路丽结构组合形式等措施试例减少或减缓裂缝的产生和发展 但往往不能根奉解决问题，技术经济町行性也不卜分理想。为此，借鹱钢筋混凝 卜的作用机理，对沥青路面以f 工格栅进 r 加强，成为抑制洳占路面，f 裂损坏的 个有效手段。大量研究表明，用上l 格栅( 如剀卜3 所示) 加筋沥青路研结构 可定程度提高沥青路面的高温稳定性和低温抗裂性能，延长路l 们的使用寿命， 在苛荷载作用卜，在满足路l o j 设计通行能力的情况f ，能够减薄路咖结构层的 厚度，降低蹿而的造价，并月加筋路而能表现h 更好的路j 干| 性能。 俐卜3 铺设【l 格栅的踏m 1f 雨眩 目f | 订，田内外且i 然在格栅加强沥青路l nj 结构和设训理论方进行r 一系列研 究，并修筑了人量的试验蹄和实体r 程，实践也u 明r 其良好的技术性能。f h 足， 其中一些技术细节还需作充分试验论i ：，如对格栅加强撕肯路面各种施加工艺的 比选分 ! l 亍；格栅加强沥青路厕的路h 技术性能的测定方法与评定指标的研究；格 栅加强沥青路面受力模式、设计参数与方法的确定蒋方面，这将成为本论文研究 的主要内容。 1 2 国内外研究概况 利用加筋手段加幽浙肯路面的技术始于_ = 儿纪3 0 年代，罔外最初是在路面 材料巾掺加石棉纤维，到了九 十年代，荚囡、加拿大、英幽，r 始使用金属| 爿作 北京建筑- t 程学院硕t ：学位论文 绪论 沥青混合料加筋材料，但因材料不过关，这种方法未能推广【2 1 。塑料格栅用于路 面加筋与防治反射裂缝始于2 0 世纪8 0 年代中期，以英国n e t l o n 公司为代表的 一些公司和科研机构开始对聚合物格栅( t e n s a r ) 进行应用研究，并逐步推广应 用。诺丁汉大学的布朗等经过4 年研究，于1 9 8 5 年发表的报告指出，塑料格栅 可延长沥青混凝土路面的使用寿命，这种格栅具有两种功能：一是能提高沥青结 构层的强度，具有长期抵抗拉应力的能力；二是能使应力均匀分布在较大的面积 范围内，大大减轻沥青结构层的徐变作用，最终达到防止沥青路面开裂的目的【3 1 。 1 9 8 5 年在伦敦召开了塑料格栅( p o l y m e rg r i dr e i n f o r c e m e n t ) 的专题国际会 议，它标志着格栅在路面工程中的应用达到了一个新的阶段。会议发表了具有代 表性的研究报告，其中包括：英国诺丁汉大学s f b r o w n 教授的“格栅实验研究 、 加拿大滑铁卢大学r h a s s 教授的“格栅沥青路面足尺寸试验研究、国际格栅 协会的“格栅沥青路面施工 、m o f i l 石油公司的“格栅沥青加铺层 等，全面 阐明了格栅开发以来在沥青路面结构工程中研究的成果与应用的经验卜1 4 1 。 在一些发达国家，如德国、美国、加拿大、澳大利亚及日本等，玻纤格栅的 应用已有十多年时间，在高等级公路、市政道路及机场道面等要求较高的领域应 用相当广泛，对其作用机理也作了大量系统研究，制定了一些相应的设计应用规 范。加拿大b a ym i l l s 有限公司较早开展了玻纤格栅的研制。1 9 8 8 年生产出了 新型的带有自粘胶的玻璃纤维格栅【1 5 l ，并立即在多伦多及魁北克等地的道路上进 行了试用，路面状况良好，令人满意【1 6 】。日本近年来在多项大工程中研究采用了 英国t e n s a r 格栅和法国玻璃纤维格栅加筋沥青混凝土，肯定了它们对反射裂缝、 减少车辙均有明显效果。 1 9 8 6 年1 0 月，英国诺丁汉大学s f b r o w n 教授在中国交通部与英国运输部 等联合主办的“北京中英公路与城市交通会议 上向我国介绍了塑料格栅在沥青 路面结构中推广应用的效果。它不仅可使车辙减少5 0 ，有效地防止反射裂缝， 还可延长疲劳寿命达l 9 倍；根据疲劳和车辙设计路面结构，沥青层可减薄 3 6 【1 7 1 。如此高的经济效益引起了中国同行的注目，国内自2 0 世纪8 0 年代末开 始研究此技术。同济大学曾对玻璃纤维网、不同类型的土工布与沥青混凝土组成 的织物加筋沥青混凝土面层的低温收缩、疲劳等进行了模拟试验和足尺疲劳试 验。长沙交通学院周志刚、张起森教授利用线弹性的断裂力学的平面有限元研究 3 北京建筑i 盼i 院顾 二学位论文 绪论 方法模拟加筋材料的薄膜单元，对土工加筋材料阻止沥青路面反射裂缝的桥联增 韧效应进行了分析。长安大学开展过塑料格栅防止沥青路面反射裂缝方面的应用 研究表明：加格栅沥青混合料比未加格栅沥青混合料抗裂性能有所提高，且温度 较低时效果更好。长安大学还对格栅位于沥青混凝土面层的情况作了具体研究取 得了很有价值的研究成果。1 9 9 2 年北京市公路局设计研究院结合八达岭公路水 泥混凝土路面大修，采用金属网加筋沥青混合料结构修筑了5 0 0 m 试验段，使用 效果较好。哈尔滨建筑工程学院道路研究所于1 9 9 3 年7 月提出了塑料网格在 柔性路面结构工程中的应用研究报告，对室内外试验进行了详细阐述，并提出 了施工工艺。长沙交通学院也对塑料格栅进行了室内研究，提出了土工格栅对 沥青路面抗车辙、抗开裂性能的试验研究初步报告。北京市政设计院研究所对 加拿大b a ym i l l s 有限公司生产的自粘式沥青路面加筋网格进行了室内试验，得 到了初步结果。 根据土工合成材料在国内外公路中的应用状况，我国于1 9 9 9 年就颁布了公 路土工合成材料应用技术规范和公路土工合成材料的试验规程来指导土工 合成材料的设计和施工，其中多为原则性、指导性条文，特别是对于路面加筋原 理和技术缺乏实质性要求和规定。这导致目前我国在使用玻纤格栅进行设计、施 工时基本都采用厂家所推荐的方法和措施，这不利于我国路面加筋技术水平的提 高，因此对于玻纤格栅的推广和应用还需要做进一步的研究。 。 1 3 土工格栅的种类及其性质 按照土工格栅生产材料和加工工艺的不同，国内外道路用土工格栅主要分为 塑料土工格栅、经编土工格栅和玻纤土工格栅三种类型。 1 3 1 塑料土工格栅 塑料格栅( 聚丙烯p p 、高密度聚乙烯皿p e ) 是一种高强的聚合物产品，它 是将聚乙烯或聚丙烯挤压成薄片，再打出规则图案的空洞，拉伸薄片使不定向的 长链分子变成有序的和定向的。它具有耐酸、耐腐蚀、耐老化、耐高温和低温性 能好等特点。以h i ) p e 塑料格栅为例其技术指标见表1 1 。 4 北京建筑工程学院顾十学位论文绪论 h d p e 的技术性能指标表1 1 技术指标标准值 规格咖3 3 3 3 单网弹性模量m p a2 1 0 3 型网弹性模量m p al 1 0 3 尺寸变化率，1 4 0 。c ，3 0 m i n一1 - 7 熔点1 2 2 单根筋拉伸强度m p a 1 8 6 单根筋最火拉力n 1 0 0 单根筋拉伸模量l p a 2 x 1 0 3 1 3 2 经编土工格栅 经编格栅( 肿) 是近十几年才发展起来的，它是以高强度纤维或涤纶为原 料，经双轴向经编机织成双轴向经编网格，再经p v c 浸渍涂层加工制成的一种土 工格栅。双轴向经编网格是经编土工格栅的骨架，它的性能很大程度上影响着经 编格栅的性能。经编土工格栅有着优良的工程性能：抗拉强度很高( 大于6 0k n m ) ；延伸率较小( 1 0 左右) ；抗撕裂强度大；纵、横向强度差异小，变形均匀； 与土或碎石咬合力强；抗酸碱、耐腐蚀、耐老化；具有柔性、质轻和易施工的特 性。 1 3 3 玻纤土工格栅 玻璃纤维格栅是以高强度玻璃纤维为材质，采用一定编织工艺制成的网状结 构材料1 8 l ，采用纤维长丝双面涂覆而成。有的配合自粘感压胶，使得格栅可与沥 青混凝土路面紧密结合成一体。它具有高抗拉强度、高熔点、耐腐蚀的特性，以 及与沥青混合料的相容性好等特点。以双向经编玻纤格栅( g s b g e ) 为例其技 术指标见表1 - 2 。 5 北京建筑t 程学院硕士学位论文绪论 双向经编玻纤格栅( g s b ( m ) 技术参数表1 - 2 规格g s b 3 0 g e 1x1g s b 5 0 g e 1 lg s b 5 0 g e 1 1 网眼尺寸( 咖r a m ) 2 0 2 02 0 x 2 02 0 2 0 断裂强度( k n m ) 3 0 5 06 0 伸长率( ) 444 弹性模量( i p a )6 7 0 0 06 7 0 0 06 7 0 0 0 幅宽( m ) 1 5 2 2 2 51 5 2 2 2 51 5 2 2 2 5 耐温性( ) 一1 0 0 2 8 01 0 0 2 8 0一1 0 0 2 8 0 耐腐蚀性 优异优异优异 单位面积重量( g r e ) 3 3 04 1 04 4 0 表面处治优质的改性沥青高分子弹性材料胶黏剂 1 3 4 三种土工格栅的比较 塑料土工格栅、经编土工格栅和玻纤土工格栅虽然都属于格栅类产品，但它 们的生产工艺、制造原料及物理力学性质指标各不相同( 如表卜3 所示) 。其中 玻纤格栅对比经编格栅、与塑料格栅有较大优势： ( 1 ) 土工格栅的极限抗拉强度从高到低排列依次是：玻纤格栅、经编格栅、 塑料格栅。而极限延伸率从高到低排列依次是：经编格栅、塑料格栅( 经编格栅 的延伸率视原材料有较大变化范围，有的可能比塑料格栅的小) 、玻纤格栅。且 玻纤格栅没有蠕变性。 ( 2 ) 玻纤格栅耐温性明显较其它格栅好，经编格栅由于经过涂层浸渍，耐温 性有所提高。 ( 3 ) 塑料土工格栅能用于路面加筋与防治反射裂缝，但效果不是很理想，分 析原因可能有下面两种：格栅本身不耐高温，在与热沥青熔合时可能产生材料 破坏。格栅与沥青粘接效果较差，在反复荷载及冷热温差作用下，易与沥青混 合料脱离，使水渗入产生的向上水压更加恶化，从而失去沥青路面的整体性【1 9 】。 6 北京建筑t 程学院硕j ：学位论文绪论 3 种不同格栅性能比较表卜3 比较项目 格栅类型 极限抗 极限 接点 耐温性蠕变性刚度 拉强度延伸率强度 塑料格栅一般 1 0 两一般大大 经编格栅高1 0 左右低较好较大一般 玻纤格栅 很高3 左右低很好无一般 由以上三种格栅性能的比较可以看出与塑料格栅和经编格栅相比，玻纤格栅 具有很高的耐热性和优异的耐寒性、强度大、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀、 膨胀系数低等优点，更适合用于加强沥青路面，本文主要对玻纤格栅加强沥青混 凝土路面相关技术进行研究。 1 4 玻纤格栅的产品特性及其功能 玻璃纤维的主要成份属硅酸盐，是一种理化性能极其稳定的材料。它具有很 高的耐热性和优异的耐寒性、强度大、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀、膨胀系 数低等优点。经表面改性并涂覆处理后，改变了玻璃纤维的表面性能，提高了其 同沥青混合料的相溶性。玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为原料，采用一定的编 织工艺制成的网状结构。采用玻璃纤维土工格栅加强沥青混凝土路面，可以防止 和减少沥青混凝土路面各种裂缝的产生，如疲劳裂缝，低温收缩裂缝，由基层裂 缝引发的反射裂缝等；并可减少因温度应力引起的路面变形，减少车辙，延长使 用寿命，降低维护费用及减少维修频次，降低工程造价【砌。 1 4 1 玻纤格栅的产品特征： ( 1 ) 高抗拉强度、低延伸率 玻纤格栅是以玻璃纤维为原料，而玻璃纤维的强度较高，超过了其它纤维和 金属。同时它的模量很高，具有很高的抗变形能力，断裂延伸率小于3 。 ( 2 ) 无长期蠕变 作为增强材料，具备在长期荷载的情况下抵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，这保证产品能够长期保持性能。 ( 3 ) 热稳定性 7 北京建筑工程学院硕十学位论文 绪论 玻璃纤维的熔化温度在1 0 0 0 以上，这确保了玻纤格栅在摊铺作业中承受 热的稳定性。 ( 4 ) 与沥青混合的相容性 玻纤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，从而确保了玻纤格栅在沥青层中不会与 沥青混合料产生隔离，而是牢固的结合在一起。 ( 5 ) 物理化学稳定性 经过特殊后处理剂进行涂覆处理后，玻纤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，保证其性能不受影响。 ( 6 ) 集料嵌锁和限制 由于玻纤格栅是网状结构，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 达到更好的压实状态，更高的承重能力，更好的荷载传递性能及较小的变形，如 图1 - 4 所示。 图1 - 4 玻纤土工格栅结构对集料的嵌锁、限制作用 1 4 2 玻纤格栅性能指标 玻纤格栅的产品规格及产品代号应符合建材行业标准玻璃纤维土工格栅第 1 部分沥青路面用玻璃纤维土工格栅j c 8 3 9 1 1 9 9 8 的规定。玻纤格栅应采用 无碱玻璃纤维，其碱金属氧化物的含量不大于o 8 。玻纤格栅其它性能指标应 符合表卜4 规定【2 1 】： 8 北京建筑工程学院硕l j 学位论文绪论 玻纤格栅材料性能指标表卜4 规格 e g a l 1 a e g a l l 卜e g a l 1 c _e g a 2 2 a e g a 2 2 b 一 网眼尺寸( m m ) 经向 1 9 01 9 01 9 o9 59 5 纬向1 9 o1 9 o1 9 09 59 5 断裂强度( k n m ) 经向2 85 05 05 01 0 0 纬向 2 22 24 44 44 4 伸长率( ) 44444 弹性模量( m p a )6 7 0 0 06 7 0 0 06 7 0 0 06 7 0 0 06 7 0 0 0 幅宽( m )1 5 2 01 5 2 o1 5 2 01 5 2 o1 5 2 0 耐温性( ) 一l o o 2 8 01 0 0 2 8 0一1 0 0 2 8 01 0 0 2 8 01 0 0 2 8 0 耐腐蚀性优良优良优良优良优良 单位面积重量( g m 2 ) 2 3 03 3 04 4 04 5 05 6 0 在选用玻纤格栅时，除其性能指标应符合上表规定之外，还应特别注意保证 其幅宽不小于1 5 m ，以满足其作为控制反射裂缝夹层时有足够的横截面积来充 分消散裂缝能量；同时，其网眼尺寸宜为其上沥青面层材料最大粒径的0 5 - 1 0 倍，这样有助于达到最佳剪切胶粘性，促进集料嵌锁与限制。 1 4 3 玻纤格栅加强沥青路面的作用机理 玻璃纤维土工格栅具有前面所述特点，当它应用于沥青路面时，可以在以 下几方面发挥重要作用。 ( 1 ) 抗疲劳开裂 沥青路面必须具有一定的承载能力，在规定的使用时间内不会发生疲劳破 坏，根据柔性路面设计规范的规定，要求控制路表最大弯沉和层底最大弯拉应 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。对沥青路面受荷 载的情况做受力分析：在直接与车轮接触的下面层受到压力，在轮载边缘以外的 区域的面层受到拉力作用，于两受力区域所受力性质不同，而又彼此依靠，因 此在两块受力区域的交界处即力的突变处容易发生破坏。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缓冲带，在这里应力逐步变化而不是突变， 9 北京建筑i ：m j 院硕i j 学位论文 绪论 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伸率减少的弯沉量， 保证了路面不会发生过度变形。 ( 2 ) 耐高温车辙 沥青路面在高温时具有流变性，具体表现在：夏季沥青路面层发软、发粘； 在车辆荷载作用下，受力区域产生凹陷：车辆荷载撤除后，沥青面层无法完全恢 复至受荷载前的状况，即产生塑性变形；在车辆反复碾压的作用下，塑性变形不 断积累，形成车辙。对沥青面层结构进行分析后，可以知道由于高温下沥青混凝 土具有流变性，而在受到荷载时，面层中没有任何可以约束沥青混凝土中集料运 动的微观构造，造成沥青面层的推移，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嵌入玻纤土工格栅层，其在沥青面层中 起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿于格栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制 集料运动，增加了沥青面层中的横向约束力，沥青面层中各部分彼此牵制，造成 沥青面层的推移在所难免，从而起到抵抗车辙的作用。 ( 3 ) 抗低温缩裂 严寒地区的沥青道路，冬季面层温度接近气温，在这样的温度条件下，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强度时，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面层中使 用，提高了面层横向拉伸强度，使得沥青混凝土的抗拉强度大大提高，可以抵抗 住较大的拉应力而不致发生破坏。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，经玻纤土工格栅的传递而消失，裂纹不会发展成裂缝。 ( 4 ) 延缓反射裂缝 随着沥青混凝土路面的应用和研究的发展，基层结构由早期的优质级配碎石 和优质级配砾石，发展到近年来的半刚性材料，即石灰土、水泥土、石灰粉煤灰 土、石灰粉煤灰碎石、水泥结碎石等各类无机结合料。现在我国目前绝大多数高 等级公路为此类路面结构。基层为半刚性材料的沥青混凝土路面具有力学性能 好，工程造价低的优点，其不足之处在于脆性大，抗变形能力差，在温度或湿度 变化及荷载作用下易产生开裂，当沥青混凝土面层较薄时，裂缝会反射到面层， 形成所谓的“反射裂缝 【2 2 1 。 1 0 北京建筑r t 程学院硕上学位论文绪论 反射裂缝是目前半刚性基层沥青混凝土路面主要病害之一，其分布十分普 遍。国内外研究人员对路面的开裂采取过许多方法进行防治【2 3 1 ，主要的措施：如 增加沥青混凝土面层的厚度、进行半刚性材料的合理组成设计、在面层与基层之 间增加级配碎石层或加铺土工合成材料等。在这些措施中，用土工合成材料防止 反射裂缝是一种新的有效的方法。将玻纤土工格栅加入路面结构中，铺设在基层 顶面或旧沥青混凝土路面、旧水泥混凝土路面的沥青加铺层底部，起到加筋作用， 同时减少了基层对面层产生的附加应力，降低了面层底部的拉应力，限制面层变 形，从而可延缓和防止反射裂缝。 1 5 研究目的和意义 近年来，随着我国加大基础设施建设力度和国家产业政策的调整，工程界对 土工合成材料的发展与应用技术的推广越来越重视，玻纤格栅在高等级公路建 设和养护中得到广泛应用，取得较为理想的效果。由于玻纤格栅应用于沥青路面 中能有效增强路面的结构强度，抵抗各类裂缝的产生，特别是有效控制反射裂缝 的产生，施工简单易行，效果持久可靠，可提高沥青路面的质量，延长路面使用 寿命，减少道路养护费用，从而提高了道路建设的综合效益，因而不但被广泛应 用于在旧路面上的沥青罩面中，也应用于在半刚性基层之上铺设沥青混凝土面层 防止基层裂缝反射。同时，由于在沥青罩面中使用了玻纤格栅，可以根据各自不 同的情况减少沥青罩面层的厚度，具有明显的经济价值。此外，由于玻纤格栅理 化性能极其稳定，不受气候条件及使用环境的限制，因此具有很高的推广价值。 但目前对沥青路面结构中玻纤格栅的作用机理、适用条件、以及检测评价标准尚 缺乏完善的研究，玻纤格栅在我国的推广和应用尚面临许多困难，因此有必要对 玻纤格栅加强沥青路面的相关技术做进一步的研究。 本论文研究通过对用玻纤格栅加强沥青路面的工艺方法以及技术性能( 防 裂、抗车辙、稳定性、抗疲劳性能等) 试验分析，提出明确的材料要求和工艺技 术要求，以有效指导采用玻纤格栅加强沥青路面技术的工程运用；结合结构模型 分析与设计参数与方法的研究，进一步明确玻纤格栅加强沥青路面的技术经济可 行性和应用效果，为实际工程的推广应用奠定理论基础。随着技术的规范化和工 艺的优化，使得利用玻纤格栅加强沥青路面的技术应用可行性和可靠性得到保 证，切实实现减少车辙、防治反射裂缝、减薄路面厚度、提高抗疲劳寿命的效果， 1 1 北京建筑工程学院硕士学位论文绪论 在避免和延缓路面损坏，延长使用寿命和节省工程造价诸方面取得显著的社会与 经济效益。 1 6 论文的主要研究内容 目前国内外研究成果主要有：玻纤格栅工程特性，玻纤格栅加强沥青路面的 机理，常规施工程序与工艺等。本论文在上述研究成果的基础上，集中于玻纤格 栅加强沥青路面的施加工艺比选、路用性能、设计理论等工程技术中几个关键问 题的研究。 1 6 1 玻纤格栅加强沥青路面施加工艺的比选研究 按照国内外普遍采用的常规方法，玻纤格栅加强沥青路面的施加方法为喷洒 粘层油法、锚固法和自粘式玻璃纤维土工格栅直铺法，但是实际工程中，由于工 序衔接不紧凑，最突出的问题是玻纤格栅与下层粘结不牢靠，在施工过程中容易 因料车或人员走动等原因受到扰动，造成玻纤格栅间断褶皱、松散、整体性不足 等问题( 如图1 4 、1 - 5 和1 6 所示) ，进而影响施工效果，最终影响路面加强效果。 对此，应探讨玻纤格栅加强沥青路面的加固方法，并进行试验分析，比选优化。 北m 建筑r 程学院坝l 学* 论女 起的格栅褶镀平不平整 幽1 - 5 料车引起的格栅翘起革l 拉伸 豳黼靛 酗1 石格栅铺设质苗小导致浙青路血铺设厩龋r 脚 162 玻纤格栅加强沥青路面路用性能的试验研究 近年束对于破纤格栅改善沥苷路面技术性能已有广泛其识，但在试验方法的 确定以及功能评价打尚小全，定量分析如对比验啪尚不充分。本论文计划对 破纤格栅加强沥占路由】结构与常规沥青路而结构的技术性能进行对比试验研究， 从而得到对玻纤格栅加强沥青路而性能的定量评价。 北京建筑1 = 程学院硕l 学位论文绪论 1 6 3 玻纤格栅加强沥青路面的结构分析 目前利用玻纤格栅加强沥青路面的路面结构设计计算仍然沿用的是现行沥 青路面设计理论与模式，即弹性层体系下，以路面结构弯沉及弯拉强度作为控制 指标，而这种设计理论与方法对于玻纤格栅加强沥青路面结构尚有需要补充之 处，如计算参数的确定，设计指标的补充，计算方法的修正等，且通过改进的设 计方法分析玻纤格栅加强沥青路面结构的特征。 1 7 论文研究方案 1 7 1 国内外相关技术资料调研与研究方案的确定 收集有关玻纤格栅加强沥青路面的机理、设计理论方法以及施工技术要求的 国内外技术文献与资料，针对本论文拟研究的三个问题，即玻纤格栅加铺层施加 工艺比选；玻纤格栅加强沥青路面性能评价；玻纤格栅加强沥青路面的结构分析 提出研究目标和试验方案。 1 7 2 进行玻纤格栅加强沥青路面施加工艺的比选研究 在对现行格栅施加工艺调查分析的基础上，针对存在的影响施工质量的主要 问题，提出对应的评判指标和试验模拟手段，确定合理的格栅施加工艺。 1 7 3 进行玻纤格栅加强沥青路面路用性能的试验研究 分析影响沥青路面的气候环境和交通特点，对玻纤格栅加强沥青路面和常规 沥青路面进行强度、稳定性、疲劳耐久性等方面指标性能对比试验分析，总结玻 纤格栅加强沥青路面的技术特性。 1 7 4 进行玻纤格栅加强沥青路面的结构分析 通过进一步研究玻纤格栅加强沥青路面的结构的作用机理，分析运用于该结 构的力学分析模式，确定相应的计算参数和设计指标，并对路面结构的弯拉应力 和弯沉进行计算对比。 1 7 5 课题研究方案框架图 1 4 北京建筑工程学院硕士学位论文绪论 收集资料 汇总分析 玻纤格栅 加强沥青 路面施加 工艺的比 选研究 玻纤格栅 加强沥青 路面性能 的试验研 究 玻纤格栅 加强沥青 路面的结 构分析 研究工作 总结，论文 撰写 施t 方法调研 玻纤格栅加强沥青路面 格栅层表面抗剪切性能 玻纤格栅加强沥青路面 层间抗剪切性能 玻纤格栅加强沥青路面 格栅层抗拉拔性能 高温稳定性 低温抗裂性 水稳定性 抗疲劳性能 结构模型 设计参数 设计指标 分析方法 1 5 玻纤格栅加强沥青路面 格栅层表面抗剪切试验 玻纤格栅加强沥青路面 层间抗剪切试验 玻纤格栅加强沥青路面 格栅层抗拉拔试验 车辙试验 小梁低温弯曲试验 低温冻断试验 冻融劈裂试验 小梁弯曲疲劳试验 重复荷载作用下抗弯疲 劳性能研究试验 破纤特栅加强“肯皓血脯r 兰的l e 选q f 究 第二章玻纤格栅加强沥青路面施加工艺的比选研究 目前刚内外常用的玻纤格栅加强泐菏路| i 的施加技术方浊丰耍啊j 种，即； 喷洒粘层油浊、铺罔法和自特式玻璃纤维上r 格栅直铺法。i 在实际r 柙中，m 于j ，f 衔接小紧凑，最突h 的问题是玻纤格栅与f 层粘结不牢靠，存施j 过程巾 容易冈料车或人员走动等原州受到扰动，造成胺纤格栅m 断褚皱、松散、整体忭 不足等m 题，进而影响施i 礅果，如造成路表f 整度r 降：同时也会凼路面结构 完整性、密史度的小良而影响到格栅对路血j u 强效果，州此有必要探讨驶纤格栅 加强沥青蹄皿的施j j u 工艺方法，并进行试验分析，比进山种即能适应d u 浙苛 路咖施i i 条件，又能起到最佳粘结效果的施加 艺方法。 2 1 玻纤格栅加强沥青路面的拟定旌加工艺方案 2 1 1 试验材料 试验选用北京龙文博达新型建材有限公司牛产的艘纤格栅嘲孔尺、为 2 0 m m 2 0 m m 依据编织工艺叮分为单线和积线两种，如图21 ，22 所示。沥 青选用7 0 # 道路川油沥青石料采用右灰岩，所选材料技术机、准均满足觇范 要求。通过沥肯混合料配合比设计确定a c 一1 3 级配浙肯强合料的油jt 比为51 ， a c 一2 0 绒配沥青混台料的油石比为46 ，a c 2 5 级配澌肯混合料的油打比为 47 。前青作为玻纤格栅加强沥青蹄巾濠面层，后州者分别作为底而层，格栅施 加j 蹄岫中川培。 幽2 1 单线玻纤格栅幽2 2 烈线玻4 f 格栅 北d 建筑1 程学院删l 学恤* 文玻纤格栅加m “咯【雕r z 的f 匕连w 究 2 1 2 试件成型 作为对实际上程巾施加格栅j 艺过稃的校拟，试验c 1 采用轮碾法成刑试什， 两层试什的j t 寸均为3 0 0 r n m 3 0 0 r a m 5 0 m m 。艘纤格栅加强沥青路面试什的试 验样本依据格栅施加 z 以及采用格栅的种类) 分为血种，依次足：不由格栅( 未 ) 2 i t ) ，常温粘层加巾线格栅( 粘单) ，常温粘层加双线格栅( 粘双) ，常温i 十层加 单线格棚( 封单) ，常温封层加般线格栅( 封双) 。根捌公路沥肯路咖施f 技术 规范( j t g f 4 02 0 0 4 ) 的推荐州量，其中粘屡、封层洒市秤i 层油j l j 髦不少十04 0 6 k g m2 ，封层洒布石屑用量不少j 1 0 15 k g m 2 。试件图示见幽2 3 、圈2 - 4 ， 格栅施加 艺稃序见袁2 - 1 。 削2 3 轮碾成 试忭 a c 1 3 面层高50 l 】1 n l a c - 2 0 面层高5 0 m m 格栅层 图2 4 轮碾成耻试什幽币 格栅层 北京建筑工程学院硕士学位论文玻纤格栅加强沥青路面施加工艺的比选研究 格栅施加工艺表2 - 1 试件 未加粘单粘双封单封双 种类 ( 1 ) 下承层旅 ( 1 ) 下承层施工 ( 1 ) 下承层施 ( 1 ) 下承层施工 工后有一定时 后有一定时间间 ( 1 ) 下承层工后有一定时 后有一定时间间 间间隔 隔 施工后有一间间隔( 2 ) 铺筑单丝 定时问间隔( 2 ) 铺筑单丝 隔( 2 ) 铺筑双丝格 工艺 ( 2 ) 洒布粘格栅并压密紧 ( 2 ) 铺筑双丝格 格栅并压密紧 栅并压密紧贴下 层油贴下承层 栅并压密紧贴下 贴下承层 承层 程序承层 ( 3 ) 涌布粘层 c 3 ) 洒布粘层油 ( 3 ) 一定时( 3 ) 洒布粘层油 问间隔后铺油 ( 3 ) 洒布粘层油( 4 ) 铺洒石屑封 筑表层沥青( 4 ) 一定时间 ( 4 ) 一定时间间 ( 4 ) 铺洒石屑 层均匀压实 混合料间隔后铺筑表 隔后铺筑表层沥 封层均匀压实 ( 5 ) 一定时间间 青混合料 ( 5 ) 一定时间 隔后铺筑表层沥 层沥青混合料间隔后铺筑表 青混合料 层沥青混合料 2 2 玻纤格栅加强沥青路面格栅层表面抗剪切性能研究 由于铺筑格栅在后续作业机械扰动时的稳定性必然影响格栅加强沥青混凝 土层施工质量与整体强度，要求格栅层抵抗摊铺机、运料车辆等施工机械水平剪 切能力则具有重要意义，这也是判定格栅层施工质量的一项重要标准。 2 2 1 格栅层表面剪切试验 玻纤格栅层表面剪切试验是为了判定土工格栅施加方法的不同对于格栅表 面层抗剪性能的影响。根据施工实际情况，格栅层施作后，其后续工艺是其上层 沥青混合料的摊铺，这个过程中，运料自卸汽车以及摊铺机会在格栅层上行进， 必然产生水平剪切作用，若格栅层抗剪性能不足则会使格栅扰动，进而产生褶皱 移位，其中摊铺机多为履带行走机构、行进速度慢、又非滚动摩擦作用，更易拉 动格栅层，因而对格栅层表面作用考虑模拟摊铺机履带作用条件，作用垂直压力 计算见表2 2 。 设计试验装置借鉴土工直剪试验设备改装，垂直压力以刻槽硬橡胶板作用于 铺筑好的下承层顶部格栅表面( 下承层与施作格栅采用轮碾成型，后钻芯取样， 试件底面直径为l o o m m ，高度为5 0 m m ，如图2 6 所示) ，试验模型图示见图2 5 ， 试验图片见图2 7 。 1 8 北京建筑t 栏学硫碰i 学位论立破纤格栅加强肯蹄面施加1 艺的l 匕选日f 究 摊铺机技术参数段其堆亢，f 、力(垂iu t l 2 0 型为例)袁22 项 j 履带宽度6 u 后轴间h r 牡机重母加料重培计算垂直均布r 力 ( m m )( 1 ) 参数 = 椭1 黻引蝻。黼k ： s 黼 、k _ _ 对秦雠 e ：裾 # 田 图2b 格栅层表面蝴切试鸵圉小图26 格栅脏表面螂切试验试忭 i 芏| 27 格栅培表面剪切试验 北京建