玻璃纖維土工格柵的特性及應(yīng)用機(jī)理

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(jìn)行罩面補(bǔ)強(qiáng)。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(dāng)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(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(jìn)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(qiáng)、老路補(bǔ)強(qiáng)，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(qiáng)、絕緣、防腐、耐高溫的性能，具有良好的電氣絕緣性及機(jī)械性能。

1.1 高抗拉強(qiáng)度、低延伸率

玻纖格柵的原料為玻璃纖維，而玻璃纖維的強(qiáng)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(dá)130-140℃，一般的化纖、塑料土工網(wǎng)或其他有機(jī)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(jī)械嵌鎖。這種限制阻礙了集料的運(yùn)動，使瀝青混合料在受荷載的情況下能夠達(dá)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(jī)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(dāng)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(kuò)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(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。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(dāng)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(jìn)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(dāng)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(yùn)動的機(jī)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(yùn)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(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)力超過瀝青混凝土拉伸強(qiáng)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(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(dāng)對舊路面進(jìn)行病害處理，并用機(jī)械銑刨拉毛，舊路面裂縫、坑槽應(yīng)進(jìn)行封縫、補(bǔ)坑處理，在玻璃纖維土工格柵鋪設(shè)前24小時起，進(jìn)行路面清理，并進(jìn)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(jī)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(dāng)進(jìn)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(jī)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?？v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(rèn)玻纖格柵鋪設(shè)良好并能滿足瀝青混合料攤鋪進(jìn)度后方可進(jìn)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(yùn)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(qiáng)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(qiáng)瀝青路面的整體強(qiáng)度，阻止反射裂縫的擴(kuò)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(hù)費(fèi)用，進(jìn)而提高了道路運(yùn)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.