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        玻璃纖維土工格柵的特性及應(yīng)用機理

        2010-12-31 18:23:04張楊
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2010年4期
        關(guān)鍵詞:罩面格柵土工

        張楊

        (吉林市市政設(shè)施管理處,吉林 吉林 132011)

        為了充分利用舊有路面,并改善其路面使用性能,通常采用瀝青混凝土對舊路面進行罩面補強。隨著瀝青罩面層使用時間的增長,將會逐步出現(xiàn)各種病害,如疲勞開裂、車轍、低溫收縮開裂、由下臥層接縫或者裂縫引發(fā)的反射裂縫等。近年來,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,其中較為引人注目的,當屬玻璃纖維土工格柵(以下簡稱玻纖格柵)。采用玻纖格柵對瀝青路面進行加筋增強處理,已經(jīng)成為道路建設(shè)技術(shù)人員致力研究的一個方向。

        1 玻璃纖維土工格柵的特性

        玻璃纖維土工格柵是一種以無堿玻璃纖維通過國際先進的經(jīng)編工藝制成的網(wǎng)狀基材,經(jīng)表面涂覆處理而制成的半剛性制品,用于路面增強、老路補強,加固路基及軟土基的優(yōu)良土工合成材料。其主要成分:無堿E-玻璃纖維,亦稱無堿玻璃纖維,是一種玻璃成分纖維狀的材料,其融化點在1000℃以上,具有質(zhì)輕、高強、絕緣、防腐、耐高溫的性能,具有良好的電氣絕緣性及機械性能。

        1.1 高抗拉強度、低延伸率

        玻纖格柵的原料為玻璃纖維,而玻璃纖維的強度較高,超過了其它纖維和金屬。同時它的模量很高,具有很高的抗變形能力,斷裂延伸率小于3%。

        1.2 耐高溫性

        在道路施工中,攤鋪的瀝青混凝土溫度高達130-140℃,一般的化纖、塑料土工網(wǎng)或其他有機織物,在如此高的溫度中都會發(fā)生軟化,再受到外力而變形,降低其抗拉強度,影響施工質(zhì)量。玻璃纖維的熔化溫度在1000℃以上,只要施工程序正確,這就會確保玻纖土工格柵在攤鋪作業(yè)中承受熱的穩(wěn)定性。

        1.3 物理化學(xué)穩(wěn)定性

        玻璃纖維是一種無機非金屬材料,具有極好的物理化學(xué)穩(wěn)定性,能夠抵抗各類物理磨損和化學(xué)侵蝕,還能抵御生物侵蝕和氣候變化,具有耐酸、耐鹽堿、抗氧化等優(yōu)異的性能。

        1.4 抗蠕變性

        作為增強材料,具備在長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.玻璃纖維不會發(fā)生蠕變,保證產(chǎn)品能夠長期保持性能。

        1.5 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

        玻璃纖維土工格柵在后處理工藝中涂覆的材料是針對瀝青混合料設(shè)計的,每根纖維都被充分涂覆,與瀝青具有很高的相容性,從而確保了玻璃纖維土工格柵在瀝青層中不會與瀝青混合料產(chǎn)生隔離,而是牢固地結(jié)合在一起。

        同時,由于玻璃纖維土工格柵是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),瀝青混凝土中的集料可以貫穿其中,這樣就形成了機械嵌鎖。這種限制阻礙了集料的運動,使瀝青混合料在受荷載的情況下能夠達到更好的壓實狀態(tài),更高的承重能力,更好的荷載傳遞性能。

        2 玻璃纖維土工格柵的應(yīng)用機理

        2.1 減緩反射裂縫

        防止和控制反射裂縫是瀝青罩面層設(shè)計的重點。瀝青混凝土受荷載作用,在遭破壞前,參與承載的高度是整個瀝青混凝土厚度;當路面破壞時,瀝青混凝土面層底部出現(xiàn)裂縫,繼續(xù)受荷,裂縫由底部向上逐漸擴展,參與承載的厚度逐漸減少,導(dǎo)致路面所能承受的荷載逐漸減小,而裂縫逐漸延長。瀝青混凝土底部張開變形逐漸增大,直到斷裂,此時路面底部變形與裂縫長度成比例發(fā)展。由于玻璃纖維土工格柵的模量可達到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,從而達到減少裂縫的目的。而玻璃纖維土工格柵的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),是格柵對網(wǎng)孔內(nèi)的混合料起了一個"箍固"作用。試驗表明,加筋的瀝青試件其抗裂能力比未加筋的試件高2倍以上。因此,當路面底部在荷載作用下出現(xiàn)裂縫并延伸到格柵處時,格柵的存在改變了裂縫尖端的受力狀況,使裂縫處的張開變形受到限制,從而抑制裂縫向上發(fā)展。

        2.2 抗疲勞開裂

        在舊瀝青混凝土路面上進行瀝青混合料罩面,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,當受到荷載作用時,路表將發(fā)生彎沉,在直接與車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,因此在兩塊受理區(qū)域的交界處即力的突變處容易發(fā)生破壞。在長期荷載的作用下,發(fā)生疲勞開裂。

        玻璃纖維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)力突變對瀝青罩面層的破壞。同時,玻璃纖維土工格柵的低延伸率減小了路面的彎沉量,保證了路面不會發(fā)生過渡變形。

        2.3 耐高溫車轍

        瀝青混凝土在高溫時具有流變性,在受到荷載時,面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土中集料運動的機制,造成瀝青面層的推移,即產(chǎn)生了塑性變形,在車輛的反復(fù)碾壓的作用下塑性變形不斷積累,形成車轍。

        在瀝青罩面層中使用玻璃纖維土工格柵,在其瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土中集料貫穿與格柵間,形成符合力學(xué)嵌鎖體系,限制集料運動,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,從而起到抵抗車轍的作用。

        2.4 抗低溫收縮開裂

        嚴寒地區(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。當拉應(yīng)力超過瀝青混凝土拉伸強度時,產(chǎn)生裂縫。

        玻璃纖維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,即使因為局部區(qū)域產(chǎn)生裂紋,使裂紋發(fā)生處的應(yīng)力過于集中,但經(jīng)玻璃纖維土工格柵的傳遞而逐漸消失,裂紋不再會發(fā)展成裂縫。

        3 玻璃纖維土工格柵的施工工藝

        3.1 處理舊路面

        在玻璃纖維土工格柵鋪設(shè)前,應(yīng)當對舊路面進行病害處理,并用機械銑刨拉毛,舊路面裂縫、坑槽應(yīng)進行封縫、補坑處理,在玻璃纖維土工格柵鋪設(shè)前24小時起,進行路面清理,并進行交通管制。

        3.2 澆灑粘層瀝青

        為了使玻璃纖維土工格柵與原路面保持良好粘接,并能滿足瀝青混凝土機械化攤鋪的要求,必須在原路面上澆灑粘層瀝青。在灑布粘層瀝青后,在粘層瀝青凝結(jié)前,應(yīng)當進行玻纖格柵的鋪設(shè),然后在玻纖格柵上適量均勻地撒一些瀝青砂,再用輕型鋼輪壓路機在其上作適度碾壓。

        3.3 玻璃纖維土工格柵的鋪設(shè)

        目前常用的玻纖格柵通常采用釘子固定。固定所需材料為:

        (1)直徑約為30mm的鐵皮,要求平整不翹角;

        (2)鋼釘或射釘

        釘子固定法鋪設(shè)玻纖格柵時,先將一端用鐵皮和釘子用錘擊固定在已灑布粘層油的下層結(jié)構(gòu)上,再將格柵縱向拉緊并分段固定,每段長度為3-4m。對于水泥混凝土路面,可按縮逢間距分段,鋼釘位置設(shè)于接縫處。要求格柵拉緊時玻纖格柵縱橫向均處于挺直張緊狀態(tài)。土工格柵搭接距離為縱向接頭搭接距離不小于30cm,橫向搭接距離不小于15cm。縱向搭接應(yīng)根據(jù)瀝青攤鋪方向?qū)⑶耙环糜诤笠环稀?/p>

        3.4 鋪筑瀝青罩面層并碾壓成型

        瀝青混合料的攤鋪必須在確認玻纖格柵鋪設(shè)良好并能滿足瀝青混合料攤鋪進度后方可進行。在玻纖格柵上鋪設(shè)瀝青混合料時,瀝青層最小厚度為5cm。瀝青混合料的拌制、運輸、攤鋪和壓實均應(yīng)符合現(xiàn)行《城市道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范(CJJ1-2008)》的規(guī)定和要求。

        4 結(jié)論

        玻璃纖維土工格柵是近年來發(fā)展迅速的一種增強瀝青路面性能的新型土工合成材料。因其優(yōu)良的化學(xué)和力學(xué)特性,被廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)中,主要解決以下問題:

        4.1 用于瀝青路面的加筋和舊路面發(fā)生裂縫時的修復(fù),能抵抗和延緩反射裂縫,從而延長道路的使用壽命;

        4.2 可以增強瀝青路面的整體強度,阻止反射裂縫的擴展,提高瀝青路面的抗疲勞性能;

        4.3 加筋玻纖格柵的路面結(jié)構(gòu)在保證工程質(zhì)量的前提下,可以相對減少路面結(jié)構(gòu)的厚度,從而降低建設(shè)成本。

        總之,采用玻纖格柵加筋后的瀝青混凝土罩面層,不僅可以提高工程質(zhì)量,延長道路使用壽命,還能減少養(yǎng)護費用,進而提高了道路運行的綜合效益,值得大力推廣。

        [1]管旭日等.玻璃纖維土工格柵在舊路改造中的應(yīng)用[J];甘肅科技,2005年.

        [2]胡德超,李海平.土工格柵在城市舊路改造中的應(yīng)用[J].沿海企業(yè)與科技,2006年.

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