玻璃纖維土工格柵的特性及應用機理

張楊

（吉林市市政設施管理處，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，已經成為道路建設技術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編工藝制成的網狀基材，經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、塑料土工網或其他有機織物，在如此高的溫度中都會發生軟化，再受到外力而變形，降低其抗拉強度，影響施工質量。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中承受熱的穩定性。

1.3 物理化學穩定性

玻璃纖維是一種無機非金屬材料，具有極好的物理化學穩定性，能夠抵抗各類物理磨損和化學侵蝕，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.玻璃纖維不會發生蠕變,保證產品能夠長期保持性能。

1.5 結構的穩定性

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生隔離，而是牢固地結合在一起。

同時，由于玻璃纖維土工格柵是網狀結構，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，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裂縫，繼續受荷，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用在瀝青罩面層中，其作用是抑制應力，釋放應變，同時作為瀝青混凝土加筋材料，提高加鋪層結構的抗拉和抗剪能力，從而達到減少裂縫的目的。而玻璃纖維土工格柵的網孔結構，是格柵對網孔內的混合料起了一個"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的柔性面層，當受到荷載作用時，路表將發生彎沉，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域，面層受到拉力作用，由于兩處受力區域所受力性質不同，而又彼此緊靠，因此在兩塊受理區域的交界處即力的突變處容易發生破壞。在長期荷載的作用下，發生疲勞開裂。

玻璃纖維土工格柵在瀝青罩面層中，能夠將上述的壓應力與拉應力分散，在兩塊受力區域之間形成緩沖帶，在這里應力逐步變化而不是突變，減少了應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，即產生了塑性變形，在車輛的反復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，產生拉應力。當拉應力超過瀝青混凝土拉伸強度時，產生裂縫。

玻璃纖維土工格柵在瀝青罩面層中的應用，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力而不致發生破壞。另外，即使因為局部區域產生裂紋，使裂紋發生處的應力過于集中，但經玻璃纖維土工格柵的傳遞而逐漸消失，裂紋不再會發展成裂縫。

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前，應當對舊路面進行病害處理，并用機械銑刨拉毛，舊路面裂縫、坑槽應進行封縫、補坑處理，在玻璃纖維土工格柵鋪設前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，在粘層瀝青凝結前，應當進行玻纖格柵的鋪設，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

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構上，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。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。縱向搭接應根據瀝青攤鋪方向將前一幅置于后一幅之上。

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、攤鋪和壓實均應符合現行《城市道路工程施工與質量驗收規范(CJJ1-2008)》的規定和要求。

4 結論

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

4.1 用于瀝青路面的加筋和舊路面發生裂縫時的修復，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構在保證工程質量的前提下，可以相對減少路面結構的厚度，從而降低建設成本。

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量，延長道路使用壽命，還能減少養護費用，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用[J].沿海企業與科技，2006年.