玻纖格柵在改造舊水泥混凝土路面中的應(yīng)用研究

盧愛民

摘 要：玻纖格柵作為近年來開發(fā)的新型土工合成材料，由于其具有較強的抗拉強度、較高的彈性模量和與瀝青混凝土相容性好等特點，已逐漸應(yīng)用于舊水泥混凝土路面改造工程中。本文對玻纖格柵增強路面混凝土結(jié)構(gòu)強度、延緩和減少裂縫產(chǎn)生的機理進(jìn)行了總結(jié)與分析。

關(guān)鍵詞：玻纖格柵；瀝青加鋪層；反射裂縫

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：Glass fiber geogrids as a newly developed geosynthetic materials has been gradually used in the old cement concrete pavement reconstruction project，thanks to its harder tensile strength， higher elasticity and better compatibility with HMA . This paper summarizes and analyzes the mechanism that glass fiber geogrid reduces and delays the cracks， strengthens concrete pavement structure.

Keywords： Glass Fiber；Geogrid Aphalt Overlay；Reflection Crack

0 引言

我國目前有大量的舊水泥混凝土路面不能滿足使用要求，亟待修復(fù)改造。加鋪瀝青面層改造舊水泥混凝土路面是當(dāng)前普遍應(yīng)用的路面工程改造技術(shù)，其不僅能夠有效地降低工程造價，而且施工過程較短不會對交通運輸形成較大的干擾，能夠很好地增強路面的性能。然而其中也存在些許的弊端就是瀝青加鋪層易發(fā)生反射裂縫。反射裂縫對瀝青加鋪層的使用性能影響較小，在外部惡劣的環(huán)境中能夠加速裂縫的發(fā)展，從而降低了瀝青加鋪層使用壽命。如何防止、延緩原有水泥混凝土路面的接縫和裂縫在加鋪層結(jié)構(gòu)中的反射是比較棘手的問題。目前用于防治反射裂縫的措施很多，使用較廣的方法是在瀝青加鋪層和舊水泥混凝土路面之間添加一層加筋夾層。玻璃纖維格柵（glass geogrid）主要是基于玻璃纖維的層面上構(gòu)制而成的平面網(wǎng)格狀材料。其具備較強的抗拉力、較高的彈拉性、較好的抗熱性、較好的防腐性、較低的延展性、穩(wěn)定的化學(xué)性、良好的融合性、較強的約束性等；開始廣泛的運用在了道路工程中。

1 玻纖格柵延緩反射裂縫作用機理

將瀝青層應(yīng)用到舊水泥混凝土路面上是一種獨特的路面結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)力、應(yīng)變特性原理與一般彈性層狀體系差別較大。由于存在接縫、裂縫，舊水泥混凝土板塊作為基層的整體強度將降低，在外界壓力的推動下促使瀝青混凝土加鋪層處于復(fù)雜的三維應(yīng)力狀態(tài)。車輛行駛通過不連續(xù)的舊水泥混凝土板體時，由于接縫、裂縫兩側(cè)相鄰板塊產(chǎn)生豎向位移差，瀝青混凝土加鋪層中出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力，然而隨著外界負(fù)荷壓力生成的剪切應(yīng)力就會形成荷載型反射裂縫。瀝青加鋪層溫度應(yīng)力主要是瀝青混凝土路面隨著氣候的變化而變化，使得瀝青加鋪層和舊水泥混凝土面板因收縮膨脹而出現(xiàn)裂縫。由于舊水泥混凝土路面接縫部位的應(yīng)力不均勻，瀝青加鋪層自身具有一定的應(yīng)力，一旦進(jìn)入寒冷季節(jié)瀝青混凝土加鋪層在接裂縫對應(yīng)處的拉應(yīng)力增加而形成裂縫，從而出現(xiàn)溫度型反射裂縫。

瀝青加鋪層設(shè)計的關(guān)鍵任務(wù)是對瀝青加鋪層厚度進(jìn)行設(shè)置，對于瀝青加鋪層厚度設(shè)計的主要目的是為了抵抗行車荷載、避免反射裂縫。舊水泥混凝土面板在基底層的剛性較強，然后增設(shè)瀝青加鋪層與舊水泥板的復(fù)合路面結(jié)構(gòu)，促使其強度能夠符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，能夠很好地防范反射裂縫的出現(xiàn)。舊水泥混凝土板塊+找平層+玻纖格柵加筋層+瀝青混凝土面層這種復(fù)合路面結(jié)構(gòu)中，通過這種復(fù)合型路面結(jié)構(gòu)形式來延緩裂紋的形成、避免路面出現(xiàn)痕跡、增加路面使用期限。

玻纖格柵的顯著特點為物理化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強、抗拉強度高、延伸率低、與瀝青混合料的相容性好、無蠕變等特點，其關(guān)鍵是為了能夠?qū)⑤S載有效的傳遞出去，便促使反射裂縫應(yīng)力從垂直方向轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较?，這樣既能增強瀝青結(jié)構(gòu)層的性能，還能很好地促進(jìn)瀝青結(jié)構(gòu)層的抗拉力，可促使拉應(yīng)力不斷的擴散到更大的空間中，使得結(jié)構(gòu)層的徐變程度有所減緩，從而很好地預(yù)防路面裂縫的發(fā)生，類似于鋼筋混凝土中鋼筋所起到的作用。使用玻纖格柵可有效地改善路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，增強瀝青混合料的整體抗拉強度，可有效地防止因路面負(fù)荷壓力增大而形成裂縫，繼而大大的增強道路的使用效率。

通過大量的工程研究顯示，玻纖格柵加筋層的有效使用可很好地減輕因負(fù)荷量、外界氣溫、地基脫空等造成的問題，不僅能夠精簡加鋪層厚度，還能夠極大的降低成本的投入。將玻纖格柵應(yīng)用到加鋪層中，隨著模量的增大其效用也在不斷地增加，然而由于瀝青混合料內(nèi)部的應(yīng)力較大，因此玻纖格柵應(yīng)該具備更高的強度，通常將格柵模量設(shè)置在4000MPa～6000MPa為最佳。當(dāng)舊路面有著較高的整體性、裂縫成均勻分布狀態(tài)時，可應(yīng)用接裂縫區(qū)局部鋪加夾層的方法，才能很好地對其進(jìn)行修復(fù)。

2 玻纖格柵在瀝青加鋪層中的作用

玻纖格柵是一種用于路面增強的優(yōu)良土工合成材料，其具備較低的延展性、較高的抗拉性，且存在抗熱性、抗冷性、抗氧化、抗侵蝕等優(yōu)良性能，可將其運用到改造舊水泥混凝土工程實踐中。 玻纖格柵在瀝青加鋪層中能起到延緩反射裂縫、抗低溫收縮開裂、耐高溫車轍等作用，具體如下：

2.1 減緩反射裂縫

在舊水泥混凝土道路上加鋪瀝青混凝土，瀝青加鋪層反射裂縫是由于瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中所造成的（舊混凝土面層裂縫周圍出現(xiàn)一定較大的應(yīng)力），其主要有：水平位移因外界的溫差變化導(dǎo)致的、豎向剪切位移因外界負(fù)荷壓力導(dǎo)致的兩種；水平位移導(dǎo)致瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)較集中的拉應(yīng)力（對應(yīng)舊水泥板接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層），豎向位移導(dǎo)致瀝青加鋪層經(jīng)受較大的彎拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力（對應(yīng)舊水泥板接縫上方的瀝青加鋪層）。在瀝青加鋪層中加鋪玻纖格柵夾層，其作用是抑制裂縫，有效的降低拉應(yīng)力，能夠有效的增強加鋪層結(jié)構(gòu)的性能和增強瀝青混合料整體強度方面效果明顯，起到減少裂縫的目的。通過足尺疲勞測試結(jié)果顯示，當(dāng)路面的結(jié)構(gòu)層與厚度相一致時，便可利用玻纖格柵來增強加鋪層的抗應(yīng)力效果。

2.2 抗低溫收縮開裂

在舊水泥混凝土道路上加鋪瀝青混凝土，瀝青混合料面層暴露在空氣中，表面溫度與外界溫度相差無幾。然而在寒冷季節(jié)瀝青混合料就會發(fā)生收縮形成較大的拉應(yīng)力，在經(jīng)過較高的負(fù)荷壓力后會促進(jìn)拉應(yīng)力的上升，當(dāng)瀝青混合料的拉應(yīng)力超過其自身的抗拉力就會產(chǎn)生裂縫，而且拉應(yīng)力在裂縫兩側(cè)的更強，由于歲月的積累裂縫便不斷地擴大。而在瀝青加鋪層中應(yīng)用玻纖格柵能夠極大的增強抗拉力，可以更好的抑制路面的拉應(yīng)力避免表面出現(xiàn)裂縫，一旦路面某一部位出現(xiàn)裂痕時，可利用玻纖格柵對拉應(yīng)力進(jìn)行有效的約束，避免裂痕發(fā)展成裂縫。玻纖格柵在基本性能的前提下要確保其幅寬大于1.5m，從而為玻纖格柵對裂縫的抑制提供有效的支持；然而按照瀝青混合料的級配來確定玻纖格柵的網(wǎng)格大小，從而確定最好的剪切膠粘性，繼而提升集料的抑制能力。

2.3 耐高溫車轍

在舊水泥混凝土道路上加鋪瀝青混凝土，然而此材料容易被外界溫度所影響，遇高溫質(zhì)地會變的又軟又粘，當(dāng)瀝青路面在高負(fù)荷的重壓下，在集中受力的區(qū)域就會出現(xiàn)一定的變形現(xiàn)象，只因道路面層中對于內(nèi)部集料流動的限制程度較小，當(dāng)外部負(fù)荷壓力移開后瀝青面層便無法再呈現(xiàn)出負(fù)荷前的狀態(tài)，由于具備較高的可塑性而發(fā)生了變形，然而瀝青路面在不斷地負(fù)荷壓力下造成變形情況就會不斷的加重，使得瀝青路面表層出現(xiàn)車輛行走的痕跡。

而將玻纖格柵應(yīng)用于瀝青加鋪層內(nèi)，可在其中起到很好的支撐功能。玻纖格柵中的網(wǎng)格能夠?qū)r青混凝土內(nèi)的集料進(jìn)行很好地控制，從而強化了瀝青加鋪層內(nèi)的穩(wěn)定性、牽制性，促使瀝青面層中各個結(jié)構(gòu)能夠相互牽制，有效地限制了瀝青面層內(nèi)部的移位，由此便很好地發(fā)揮了抗壓的功效。在舊水泥混凝土道路瀝青混凝土層中鋪設(shè)玻纖格柵，玻纖格柵的使用效果與鋪設(shè)施工質(zhì)量密切相關(guān)。

結(jié)論

玻纖格柵的顯著特點為物理化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強、抗拉強度高、延伸率低、與瀝青混合料的相容性好、無蠕變現(xiàn)象出現(xiàn)，其基本的目的是為了能夠輸送穩(wěn)定的軸載，并將垂直方向的反射裂縫應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较?，這樣既能增強瀝青結(jié)構(gòu)層的抗壓力、抗拉力等，還能促使應(yīng)力能夠分散在更大的空間內(nèi)，能夠有效的緩解瀝青結(jié)構(gòu)層的徐變現(xiàn)象，從而更好地避免路面出現(xiàn)裂縫。類似于鋼筋混凝土中鋼筋所起到的作用。使用玻纖格柵可有效地改善路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，增強瀝青混合料的整體抗拉強度，可以有效地抑制瀝青混凝土路面出現(xiàn)裂痕，繼而不斷地強化瀝青路面的使用效率。

對于玻纖格柵鋪設(shè)施工質(zhì)量非常重要，施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響玻纖格柵在運營中的使用效果，改進(jìn)和完善施工工藝、提高工程技術(shù)人員對玻纖格柵使用效果的認(rèn)識將有助于玻纖格柵得到更好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]熊有言.土工格柵在道路工程中的應(yīng)用[J].中外公路，1995（1）：48-51.

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