玻璃纤维土工格栅在改造旧水泥混凝土路面中的应用

玻璃纤维土工格栅在改造旧水泥

混凝土路面中的应用

刘春红

(东北岩土工程勘察总公司,鞍山󰀁114002)

󰀁󰀁摘󰀁要:介绍了玻璃纤维土工格栅防止反射裂缝的机理及施工工艺。󰀁󰀁关键词:玻璃纤维土工格栅;沥青加铺层;反射裂缝

中图分类号:U418.8󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁文章编号:1673-6052(2010)02-0027-04

󰀁󰀁水泥混凝土路面是一种具有刚度大、材料来源丰富、扩散荷载能力强以及具有稳定性结构等许多优点的高级路面结构形式,在公路路面中占有很大的比重。水泥混凝土路面在行车与自然因素作用下,会因水泥混凝土面板、接缝和基层、土基的缺陷产生各种类型的损坏,其中既有设计的原因,也有施工质量的问题,以及人为的外界因素等,有时则是各种因素相互影响所造成的。水泥混凝土路面在养护良好的条件下,其使用期限要比其它路面长,但一旦开始损坏,则会引起路面损害的迅速发展。为了恢复路面结构的完整性或改善路面的使用性能,必须进行水泥混凝土路面养护和维修。但考虑到原水泥混凝土路面破损比较严重,路面标高受两侧建筑物,同时结合工程造价、原材料以及能较快恢复交通等方面的综合考虑,最终采用的修复措施是采取在经过处理后的旧水泥混凝土路面上直接加铺沥青面层或者基层处理后再加铺沥青面层。在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土具有󰀁刚柔相济󰀁󰀂黑白相结󰀁的特点,能够大大改善旧路面的使用性能,然而沥青加铺层中可能出现的反射裂缝,往往会缩短面层的使用寿命。因此,如何防治反射裂缝是关键。到目前为止,国内外尚无行之有效的方法。虽然可以采用加厚加铺层的办法,但单纯依靠增加加铺层,会增加工程造价,失去󰀁强基薄面󰀁的优势,同时过厚的面层会导致在夏季高温时蠕变而产生车辙。国内外实践表明,设置中间夹层对防治反射裂缝有一定的作用。1

玻璃纤维土工格栅防止反射裂缝的机理反射裂缝是指下层混凝土板的接缝或裂缝,由1.1󰀁反射裂缝产生的机理及防治

于温度和湿度的不断变化与车辆荷载的反复作用,在加铺层的相应位置上产生裂缝。国外研究表明:行车荷载和温度变化是引起旧水泥混凝土路面的沥青加铺层产生反射裂缝的主要原因。行车荷载主要使下层路面结构在接缝两侧产生竖向位移,引起剪切型反射裂缝,温度变化主要使路面结构在接缝两侧产生水平位移,引起张拉型反射裂缝,水泥混凝土板产生的水平位移,使沥青加铺层在接缝、裂缝处产生较大的拉应力,当拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时,即出现开裂。在温度、湿度应力和车辆荷载的综合作用下,裂缝不断向上发展,反射到加铺层表面。因此,需要对沥青混凝土面层反射裂缝进行综

合防治。

根据反射裂缝产生的机理,主要应从结构和材料两方面考虑防治的措施。加铺层面层厚度应保证超过10cm,可有效防止受拉疲劳产生的裂缝,还可以降低车辆荷载引起的剪应力。但单纯依靠增加加铺层厚度有其弊端,一方面增加加铺层厚度受到路面标高的,再有增加路面造价,而且在夏季高温的情况下沥青混合料高温蠕变易产生车辙,也就失去了由于旧水泥混凝土板作为基层所产生的强基薄面的优势,因而这一方法不可取。材料中适当增加沥青用量,减小混合料空隙率,可延缓裂缝的扩展。设计采用应力吸收层,可用APP改性沥青油毡、铺设玻璃纤维土工格栅加强混凝土的抵抗差动位移(剪切位移)的能力。铺设玻纤格栅是国内外公认的可用于减少沥青路面反射裂缝的技术措施1.2

玻纤格栅防止反射裂缝的机理

玻璃纤维土工格栅是以无碱玻璃纤维网布为基材经表面涂覆处理而成的半刚性制品,是一种增强[3]

。

󰀁28󰀁北方交通󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010

道路路面性能的新型优良土工基材。玻璃纤维的主要成分属硅酸盐,是一种理化性能极其稳定的材料。它具有很高的耐热性和优异的耐寒性(一般工作温度为-100~280󰀁),强度大、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀、膨胀系数低、尺寸稳定性好等特点。经表面改性并涂覆处理后,改变了玻璃纤维的表面性能,提高了其与沥青的复合性能,极大提高了该基材的耐磨性及抗剪切能力

[4]

K329+900段由于交通量大,排水不畅,损坏严重,已严重影响使用功能。经多方案比较,决定采用在旧水泥混凝土路面上加铺沥青玛蹄脂碎石(SMA)路面,并对部分板块修复压浆。图1~图4为研究路段主要病害的实拍照片。

。

(1)高抗拉强度、低延伸率:玻纤格栅是以玻璃纤维为原料,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%。

(2)无长期蠕变:作为增强材料,具备在长期荷载的情况下抵抗变形能力即抗蠕变性是极为重要的,玻璃纤维不会发生蠕变,这保证产品能够长期保持性能。

(3)热稳定性:玻璃纤维的熔化温度在1000󰀁以上,这确保了玻纤格栅在摊铺作业中承受的稳定性。

(4)与沥青混合的相容性:玻纤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,从而确保了玻纤格栅在沥青层中不会与沥青混合料产生隔离,而是牢固的结合在一起。

(5)优良的物理化学稳定性和耐老化性:经过特殊后处理剂进行涂覆处理,玻纤格栅能够抵抗各类物理磨损的化学侵蚀,还能抵御生物侵蚀和气候变化,保证其性能不受影响。

(6)集料嵌锁和:由于玻纤格栅是网状结构,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。这种阻碍了集料的运动,使沥青混合料在受荷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及较小的变形。

(7)良好的耐折性:经表面处理的玻纤土工格栅具有较好的耐疲劳性和耐折性,耐折次数达2~3万次。

玻纤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,但经玻纤格栅的传递而逐渐消失,裂纹不再会发展成裂缝。2

工程应用实例

本研究主要从工程应用实际出发,将成果应用

于某国道连接线改造工程中。其中K309+200~

第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁刘春红:玻璃纤维土工格栅在改造旧水泥混凝土路面中的应用2.1󰀁加铺层的结构设计方案

在详细调查路面损坏情况及病害形成原因的基础上,以国家有关规范和规程为依据,通过反复的研究和技术经济比较,结合本地碎石材料较丰富的情况,采用改性沥青玛蹄脂碎石混合料作为旧路面上的沥青加铺层,具体采用表1所述的三层式路面结构。

表1

结构层次上面层粘层下面层粘层防裂夹层调平层粘层旧混凝土板

󰀁29󰀁

中间铺设玻璃纤维土工格栅,一方面玻纤格栅可以作为应力消减夹层,延缓反射裂缝的产生,另一方面沥青面层的下半部分可作为裂缝缓冲层,在一定程度上可满足防裂的需要间的层间结合力。2.2

铺设玻纤格栅

由于沥青混合料的摊铺温度多在130~200󰀁

[5]

;设置粘层可加强各层之

国道沥青混合料加铺层结构方案

材料类型

SBS改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13

SBR乳化改性沥青

重交沥青AH-70中粒式沥青混凝土AC-20C

SBR乳化改性沥青玻璃纤维土工格栅

沥青砂SBR乳化改性沥青水泥混凝土

之间,玻纤格栅除满足一般技术要求外,还应具有优良的耐腐蚀性能和耐高温性能,否则高温下熔于沥青面层中玻纤格栅功能将大大减弱,甚至没有效果。2.2.1󰀁玻纤格栅性能指标

玻纤格栅的产品规格及产品代号应符合建材行业标准󰀁玻纤格栅土工格栅第1部分沥青路面用玻璃纤维土工格栅󰀁JC839.1-1998的规定。

玻纤格栅应采用无碱玻璃纤维,其碱金属氧化物的含量不大于0.8%。玻纤格栅性能指标应符合表2规定。

厚度(cm)

4-6.5--1~2-22

󰀁󰀁从以上的路面结构层可以看出:设置1~2cm的沥青砂调平层,以恢复路拱和路面平整度;在面层

表2

规格

网眼尺寸(mm)经向

断裂强度(kN/m)经向󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

伸长率(%)弹性模量(MPa)

幅宽(m)耐温性(󰀁)耐腐蚀性单位面积重量(g/m)

2

玻纤格栅性能指标

EGA1󰀁1C-19.0󰀁50󰀁44󰀁4670001.5~2.0-100~280优良440

EGA2󰀁2A-9.5󰀁50󰀁44󰀁4670001.5~2.0-100~280优良450

EGA2󰀁2B-9.5

󰀁100󰀁44󰀁4670001.5~2.0-100~280优良560

EGA1󰀁1A-19.0

󰀁28󰀁22󰀁4670001.5~2.0-100~280优良230

EGA1󰀁1B-19.0

󰀁50󰀁22󰀁4670001.5~2.0-100~280优良330

纬向

󰀁󰀁在选用玻纤格栅时,除其性能指标应符合表2规定之外,还应特别注意保证其幅宽不小于1.5m,以满足其作为控制反射裂缝夹层时有足够的横截面

积来充分消散能量;同时,其网眼尺寸宜为其上沥青面层材料最大粒径的0.5~1.0倍,这样有助于达到最佳剪切胶粘性,促进集料嵌锁与

[6]

自粘胶两种。本工程中选用自粘胶,故采用直铺法(不带自粘胶的可采用钢钉固定法)。直铺法可分为机械铺设和人工铺设。工程中采用人工铺设。具

体施工工艺为:施工人员戴上手套将有玻璃纤维土工格栅的滚筒放置于两斗车中间(施工人员施工起来省力),从滚筒上拉下玻璃纤维土工格栅并让有粘性的一面向下放在路面上,施工人员按需要的长度用刀将其割断,然后将玻璃纤维土工格栅纵向展

。

2.2.2󰀁玻纤格栅铺设施工技术

玻纤格栅的使用效果与铺设路面的处理情况密切相关,在铺设前必须将路面上可能影响格栅与底层结合强度的物质如油脂、油漆、封层料、水渍、污物等彻底清除干净,使铺设表面清洁干燥。玻纤格栅上感压式背腹属水溶性物质,如路面有水迹时,应待路面干燥后再进行铺设。铺设格栅之前需洒粘层油,粘层油使用乳化沥青,需在完全破乳干净后铺设

2

格栅。一般用量为0.4kg/m,洒布采用专用沥青洒布车进行,要求洒布均匀,无漏洒。

目前常用的玻璃纤维土工格栅有自粘胶和不带

图5󰀁工人铺设玻纤格栅󰀁30󰀁北方交通󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010

开拉紧,铺设完后采用胶轮压路机碾压。铺设玻璃纤维土工格栅重叠搭接时,横向搭接不小于55mm,纵向不小于150mm。图5为工人铺设玻纤格栅时实拍照片。

2.2.3󰀁施工注意事项

(1)严格控制运送混合料的车辆出入,在格栅层上禁止车辆急转向、急刹车和倾泻混合料脚料,以防止对玻纤格栅的损坏。

(2)玻纤格栅背胶易溶于水,雨天或路面潮湿时不得施工。

(2)格栅铺设时,要求路面温度为5~60󰀁。

(4)全幅铺设土工格栅时,一定要注意施工沥青面层时车辆对格栅的破坏,建议在土工格栅铺设完成后洒适量的瓜米石,防止土工格栅粘轮卷曲。2.2.4󰀁施工质量检验

(1)检查外观:玻纤格栅应无翘曲、褶皱、不平顺等,并且无损坏断丝现象。

(2)玻纤土工格栅的质量应符合设计要求,在平整的下承层按设计要求铺设,按设计要求张拉,紧粘下承层。格栅间的搭接方向、搭接长度及宽度应符合设计要求。3

应用效果评价

经过一年多的通车运营,全段沥青面层未出现反射裂缝及车辙现象,使用性能良好,效果较为理想。4

结论

沥青加铺层设计中考虑的主要因素是旧水泥路

面的结构强度和反射裂缝的防治。加铺玻纤格栅显著地提高了路面结构的抗拉、抗剪和抗弯拉强度,提高了沥青面层的高温抗车辙能力,有效延缓反射裂缝的产生和抑制它的进一步扩展,延长路面使用寿命,尤其是用于沥青罩面层用来减缓反射裂缝。加拿大AM大学的Texas交通学院用其特有的罩面试验仪对玻纤格栅加筋罩面做了大量的模拟温度循环效果的疲劳试验,试验表明,加筋的沥青试件其抗裂能力要比未加筋的试件高二倍以上。澳大利亚新南威尔士州伍伦贡市政局曾对玻纤格栅、聚丙烯格栅、土工织物及厚沥青混凝土罩面层等控制反射裂缝的产品进行了现场对比试验,结论是玻纤格栅铺设方便,控制反射裂缝效果最为显著,且造价适中,因而建议推广应用。

参考文献

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研究[J].公路,2002,(11).

StudyontheApplicationofGlassFiberGeogridintheReconstructionof

OldCementAsphaltPavement

Abstract󰀁Themechanismandconstructiontechnologyofusingglassfibergeogridtopreventreflectioncracksareintroduced.

Keywords󰀁Glassfibergeogrid;Asphaltoverlay;Reflectioncrack