玻璃纤维土工格栅的特性及应用机理

玻璃纤维土工格栅的特性及应用机理

作者：张杨

来源：《中国新技术新产品》2010年第04期

摘要:随着吉林市经济的快速发展,在城市道路建设中,经常需要对旧路进行改造,以满足不断增长的交通需求。本文对玻璃纤维土工格栅抗拉伸、耐高温、抗蠕变等特性作了简要介绍,分析其应用机理,并简要阐述其施工工艺。

关键词:玻璃纤维土工格栅;特性;应用机理

为了充分利用旧有路面,并改善其路面使用性能,通常采用沥青混凝土对旧路面进行罩面补强。随着沥青罩面层使用时间的增长,将会逐步出现各种病害,如疲劳开裂、车辙、低温收缩开裂、由下卧层接缝或者裂缝引发的反射裂缝等。近年来,为改善沥青路面的使用性能,各种各样的新型路面加筋材料被应用到路面中来,其中较为引人注目的,当属玻璃纤维土工格栅(以下简称玻纤格栅)。采用玻纤格栅对沥青路面进行加筋增强处理,已经成为道路建设技术人员致力研究的一个方向。

1 玻璃纤维土工格栅的特性

玻璃纤维土工格栅是一种以无碱玻璃纤维通过国际先进的经编工艺制成的网状基材,经表面涂覆处理而制成的半刚性制品,用于路面增强、老路补强,加固路基及软土基的优良土工合成材料。其主要成分:无碱E-玻璃纤维,亦称无碱玻璃纤维,是一种玻璃成分纤维状的材料,其融化点在1000℃以上,具有质轻、高强、绝缘、防腐、耐高温的性能,具有良好的电气绝缘性及机械性能。

1.1 高抗拉强度、低延伸率

玻纤格栅的原料为玻璃纤维,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%。

1.2 耐高温性

在道路施工中,摊铺的沥青混凝土温度高达130-140℃,一般的化纤、塑料土工网或其他有机织物,在如此高的温度中都会发生软化,再受到外力而变形,降低其抗拉强度,影响施工质量。玻璃纤维的熔化温度在1000℃以上,只要施工程序正确,这就会确保玻纤土工格栅在摊铺作业中承受热的稳定性。

1.3 物理化学稳定性

玻璃纤维是一种无机非金属材料,具有极好的物理化学稳定性,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,具有耐酸、耐盐碱、抗氧化等优异的性能。

1.4 抗蠕变性

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,保证产品能够长期保持性能。

1.5 结构的稳定性

玻璃纤维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,从而确保了玻璃纤维土工格栅在沥青层中不会与沥青混合料产生隔离,而是牢固地结合在一起。

同时,由于玻璃纤维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。

2 玻璃纤维土工格栅的应用机理

2.1 减缓反射裂缝

防止和控制反射裂缝是沥青罩面层设计的重点。沥青混凝土受荷载作用,在遭破坏前,参与承载的高度是整个沥青混凝土厚度;当路面破坏时,沥青混凝土面层底部出现裂缝,继续受荷,裂缝由底部向上逐渐扩展,参与承载的厚度逐渐减少,导致路面所能承受的荷载逐渐减小,而裂缝逐渐延长。沥青混凝土底部张开变形逐渐增大,直到断裂,此时路面底部变形与裂缝长度成比例发展。由于玻璃纤维土工格栅的模量可达到67Gpa,作为刚度大的硬夹层应用在沥青罩面层中,其作用是抑制应力,释放应变,同时作为沥青混凝土加筋材料,提高加铺层结构的抗拉和抗剪能力,从而达到减少裂缝的目的。而玻璃纤维土工格栅的网孔结构,是格栅对网孔内的混合料起了一个"箍固"作用。试验表明,加筋的沥青试件其抗裂能力比未加筋的试件高2倍以上。因此,当路面底部在荷载作用下出现裂缝并延伸到格栅处时,格栅的存在改变了裂缝尖端的受力状况,使裂缝处的张开变形受到限制,从而抑制裂缝向上发展。

2.2 抗疲劳开裂

在旧沥青混凝土路面上进行沥青混合料罩面,由于沥青罩面层下为与沥青罩面层同一性质的柔性面层,当受到荷载作用时,路表将发生弯沉,在直接与车轮接触的沥青罩面层受到压力,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,因此在两块受理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。

玻璃纤维土工格栅在沥青罩面层中,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,减少了应力突变对沥青罩面层的破坏。同时,玻璃纤维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渡变形。

2.3 耐高温车辙

沥青混凝土在高温时具有流变性,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机制,造成沥青面层的推移,即产生了塑性变形,在车辆的反复碾压的作用下塑性变形不断积累,形成车辙。

在沥青罩面层中使用玻璃纤维土工格栅,在其沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿与格栅间,形成符合力学嵌锁体系,限制集料运动,增加了沥青罩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。

2.4 抗低温收缩开裂

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,沥青混凝土遇冷收缩,产生拉应力。当拉应力超过沥青混凝土拉伸强度时,产生裂缝。

玻璃纤维土工格栅在沥青罩面层中的应用,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,使裂纹发生处的应力过于集中,但经玻璃纤维土工格栅的传递而逐渐消失,裂纹不再会发展成裂缝。

3 玻璃纤维土工格栅的施工工艺

3.1 处理旧路面

在玻璃纤维土工格栅铺设前,应当对旧路面进行病害处理,并用机械铣刨拉毛,旧路面裂缝、坑槽应进行封缝、补坑处理,在玻璃纤维土工格栅铺设前24小时起,进行路面清理,并进行交通管制。

3.2 浇洒粘层沥青

为了使玻璃纤维土工格栅与原路面保持良好粘接,并能满足沥青混凝土机械化摊铺的要求,必须在原路面上浇洒粘层沥青。在洒布粘层沥青后,在粘层沥青凝结前,应当进行玻纤格栅的铺设,然后在玻纤格栅上适量均匀地撒一些沥青砂,再用轻型钢轮压路机在其上作适度碾压。

3.3 玻璃纤维土工格栅的铺设

目前常用的玻纤格栅通常采用钉子固定。固定所需材料为: