玻璃纤维土工格栅及其在沥青道路上的应用.docx

玻璃纤维土工格栅及其在沥青道路上的应用南京玻璃纤维研究设计院张寅张晓云王冬梅摘要 玻纤土工格栅是一种新型的土工合成材料, 它具有一些特殊的性能, 目前已经在沥青道路上得到了广泛的应用。本文主要从上述两方面对其作一介绍, 并对其在应用中 发挥作用的机理作一阐述, 供参考。关键词 玻纤土工格栅 特性 应用的, 玻璃纤维不会发生蠕变, 这保证产品能够长期保持性能。(3) 热稳定性玻璃纤维在 1000才开始 熔 化, 这 确 保了玻纤土工格栅在摊铺作业中承受过量 热的稳定性。(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层中不会与 以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 经过特殊后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, 使沥青混合料在受载荷的情况下能够达到更1前言玻纤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材料, 为保护玻璃纤维、提高整体使用性能, 使其经 过特殊的后处理工艺而形成的最终产品。目前在土工方面, 尤其是在沥青道路建设上得 到了较为广泛的应用, 并取得了令人满意的 效果。但目前对其作用机理并没有较为完整 的理论。为进一步推广这种性能优良的土工 材料, 有必要对作用机理作出明确的说明,从而可以更好地指导玻纤土工格栅的生产 与应用。2玻纤土工格栅的特性玻纤土工格栅具有一些特殊的性能: (1) 高抗拉强度、低延伸率玻纤土工格栅是以玻璃纤维为原料, 而玻璃纤维的比强度极高, 超过了其它纤维与金属。 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 4% 。(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 16 玻璃纤维1999 年第 5 期好的压实状态, 更高的承重能力, 更好的载荷传递性能及较小的变形。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伸率减小了路 面的弯沉量, 保证了路面不会发生过度变 形。312 耐高温车辙沥青混凝土在高温时具有流变性, 具体 表现在: 夏季沥青道路面层发软、发粘; 在车 辆荷载作用下, 受力区域产生凹陷, 车辆载 荷撤除后, 沥青面层无法完全恢复至受载荷 之前的状况, 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, 形成 车辙。 我们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, 而在受到载荷时, 面层中没有任何可以约束 沥青混凝土中集料运动的机制, 造成沥青面层的推移, 这就是形成车辙的主要原因。 在沥青面层中使用玻纤土工格栅, 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, 防止了 沥青面层的推移, 从而起到抵抗车辙的作 用。3玻纤土工格栅的应用及作用机理玻纤土工格栅具有前面所述特点, 当它 应用于沥青道路上时, 可以在以下几方面发 挥重要作用:311 抗疲劳开裂沥青路面必须具有一定的承载能力, 在 规定的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: 在直接与车轮接触的下面层受到压力,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图 1 玻纤土工格栅结构对集料的嵌锁、限制作用土遇冷收缩, 产生拉应力。 当拉应力超过沥313抗低温缩裂严寒地区的沥青道路, 冬季面层温度接近于气温, 在这样的温度条件下, 沥青混凝青混凝土拉伸强度时, 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 17 玻璃纤维1999 年第 5 期因看, 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应用, 提高了面层横向拉伸强度, 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。314 延缓反射裂缝许多铺覆了罩面后, 被认为结构牢固的道路铺凿层过早地出现与底层相似的裂缝,这种旧路面断裂处的原有裂缝扩展到或穿 透到新路面的现象称之为反射裂缝。反射裂缝破坏道路表面的连续性, 降低 路面结构强度, 使得水进入底层, 因此, 削弱旧路面的问题又延续到新路面中。 而裂缝产生的原因是路面无法承受因底层移动而产生的剪切应力和拉伸应力。这 种移动可由交通载荷 ( 轮胎压力) 或热载荷(膨胀和收缩) 引起。图 2在沥青罩面层中加铺玻纤土工格栅夹层, 抑制应力, 释放应变, 作为沥青混凝土拉 伸增强材料, 达到减少裂缝的目的。的弯曲荷载比相同挠度下未经加筋处理的对照试样高出 2 倍。而其应力分散模式为裂 缝扩展至玻纤格栅底部转向水平形成微裂纹。试验表明, 一条改变了方向的水平裂缝 的 对 应 裂 缝 能 量 可 从 其 起 点 移 动 016m ,115m宽的加筋材料有助于确保能量在裂缝两侧完全消散。较小的宽度会导致应力水平扩展, 在增强材料边缘垂直向上, 使夹层 的每一边形成较小的裂缝。 因此, 必须强调 一点, 玻纤土工格栅作为延缓反射裂缝产生 的夹层, 它的几何结构至关重要, 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极限, 而其孔 径必须有助于达到最佳剪切胶粘性, 促进集 料嵌锁与限制。图 3埃默里博士领导的独立实验室用 B ay M ills 公 司 生 产 的 GL A SGR ID R 样 品 进 行 对比试验, 结果表明, 经增强的试样断裂时 18 玻璃纤维1999 年第 5 期系密集区。 如果在软土基上修筑沥青道路,事先不对软土基进行处理, 则在车辆载荷的 作用下, 软土基发生沉降, 造成路堤发生破 坏、断裂。在软土基中采用玻纤土工格栅进行加筋处理, 它的网状结构有利于软土基的排 水: 在路堤填土荷载下, 软土中的水份渗出, 促使软土固结, 土基承载力提高。 软土基与 玻纤土工格栅共同作用形成嵌锁体系, 受到 车载时, 玻纤土工格栅受拉, 路堤中心轴处 竖向应力减小, 两侧竖向应力加大, 从而使 基底的竖向应力趋于均匀。图 4 原有面层裂缝的水平能区315处理软土基软 土 的 特 点 是 含 水 量 较 高 ( 20%40% ) , 土壤疏松多孔, 承载能力低, 在载荷 的作用下易沉降。多分布在沿海以及内陆水图 5 荷载在软土中的应力分析情况后, 在不提高道路建设和维护的综合成本的前提下, 延长了使用寿命。从新材料的推广、 应用角度来看, 玻纤土工格栅已在全国十多个省市得到广泛的应用实践, 其使用效果是 明显的, 而其长期增强、防止反射裂缝的作 用, 仍需进一步的事实论证。本篇论文对玻纤土工格栅防止、延缓裂 缝的机理只是作了一个粗浅的分析, 它必将在今后的实践与试验中逐步地得到完善。参考文献: 略4结语玻纤土工格栅作为一种新型土工材料,应用于沥青罩面中, 与沥青溶为一体, 具有抑制