玻璃纖維土工格柵作用機理研究

摘要：針對目前玻璃纖維土工格柵作用機理并沒有較為完整理論研究的情況，本文對玻纖格柵應用于瀝青道路上時的抗疲勞開裂，耐高溫車轍，抗低溫縮裂，延緩反射裂縫等功能作用進行了系統的研究，為更好地指導玻纖格柵的生產與應用提供了理論基礎，具有相當的理論意義與實用意義。

關鍵詞：玻璃纖維土工格柵；疲勞開裂；低溫縮裂；高溫車轍；反射裂縫

0 引言

玻璃纖維土工格柵目前在土工方面，尤其是在瀝青道路建設上得到了較為廣泛的應用，并取得了令人滿意的效果。路面防裂選用玻纖格柵可減少或延緩反射裂紋數量，減少瀝青路面車轍擁包，可適當提高半剛性基層的疲勞壽命，為進一步推廣這種性能優良的土工材料，有必要對作用機理進行研究，從而可以更好地指導玻纖格柵的生產與應用。

1 抗疲勞開裂

瀝青路面必須具有一定的承載能力，在規定的時間內不會發生疲勞破壞。根據柔性路面設計規范的規定，要求控制路表最大彎沉和層底面最大彎拉應力小于相應的容許量，以保證路面不致產生過度的變形和開裂。對瀝青路面受載荷的情況做受力分析：在直接與車輪接觸的下面層受到壓力，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，因此在兩塊受力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。

玻纖格柵在瀝青面層中，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面層的破壞。同時玻纖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度變形[2]。

在舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層，其主要作用是提高路面的使用功能，對承載作用則貢獻不大，加鋪層下的剛性混凝土路面仍起關鍵的承載作用。而在舊瀝青混凝土路面上進行瀝青罩面則不同，瀝青加鋪層將與舊瀝青混凝土路面一起承載。因此，在瀝青混凝土路面上進行瀝青罩面，除了會出現反射裂縫，同時還會因為荷載的長期作用而出現疲勞開裂。對舊瀝青混凝土路面上的瀝青加鋪層受荷情況做受力分析：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，因此在兩塊受力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。

玻纖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。同時玻纖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度變形。

2 耐高溫車轍

瀝青混凝土在高溫時具有流變性，具體表現在：夏季瀝青道路面層發軟、發粘；在車輛荷載作用下，受力區域產生了塑性變形；在車輛反復碾壓的作用下，塑性變形不斷積累，形成車轍。由于高溫下瀝青混凝土具有流變性，而在受到載荷時，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，這就是形成車轍的主要原因。

在瀝青面層中使用玻纖格柵，其在瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土中集料貫穿于格柵間，形成復合力學嵌鎖體系，限制集料運動，增加了瀝青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[3]。

3 抗低溫縮裂

嚴寒地區的瀝青道路，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，產生裂紋，在裂紋集中的地方產生裂縫，形成病害。從裂紋的成因看，如何使瀝青混凝土強度抵抗住拉應力是解決問題的關鍵。

玻纖格柵在瀝青面層中的應用，提高了面層橫向拉伸強度，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[4]。另外，即使因為局部區域產生裂紋，在裂紋發生處的應力集中，經玻纖格柵的傳遞而消失，裂紋不會發展成裂縫。

4 延緩反射裂縫

裂縫產生的原因是路面無法承受因底層移動而產生的剪切應力和拉伸應力，反射裂縫破壞道路表面的連續性，降低路面結構強度，使得水進入底層。

反射裂縫是由于舊混凝土面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內出現應力集中所造成的，它包括因溫度和濕度變化而產生的水平位移，以及因交通荷載作用而產生的豎向剪切位移。前者導致接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層內出現較集中的拉應力；后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經受較大的彎拉應力和剪切應力。

由于玻纖格柵的模量很大，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，提高加鋪層結構的抗拉和抗剪能力，從而減少裂縫。實踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對應裂縫能量可從其起點移動0.6米，1.5米以上寬度的加筋材料有助于確保能量在裂縫兩側完全消散。玻纖格柵對于降低加鋪層內因溫度下降引起的應力和應變作用不如橡膠瀝青應力吸收夾層、土工織物等軟夾層，但對于降低荷載產生的應力和應變的作用則遠大于軟夾層。

AM大學的Texas交通學院用其特有的罩面試驗儀對玻纖格柵加筋罩面做了大量的模擬溫度循環效果的疲勞試驗，試驗表明，加筋的瀝青試件其抗裂能力要比未加筋的試件高二倍以上。澳大利亞新南威爾士州伍倫貢市政局曾對玻纖格柵、聚丙烯格柵、土工織物及厚瀝青混凝土罩面層等控制反射裂縫的產品進行了現場對比試驗，結論是玻纖格柵鋪設方便，控制反射裂縫效果最為顯著，且造價適中，因而建議推廣應用[5]。

5 小結

玻璃纖維土工格柵強度高、剛度大，加入瀝青混凝土結構內部，可全面提高路面材料強度和路用性能，并會改變路面結構的應力分布，對其作用機理研究分析表明：

①在舊水泥混凝土板表面設置土工格柵，能夠改變瀝青層在車輛荷載和溫度作用下的受力狀態，大幅度地減小接縫處瀝青層的應力集中，從而阻礙了反射裂縫的產生和發展。

②設置土工格柵能夠增加路面整體剛度，使瀝青層表面彎沉減小，提高提高瀝青加鋪層的高溫抗車轍能力。

③高強土工格柵并不是依靠自身的較大變形來擴散應力，其防裂作用實質是一種隔離功能，它分隔了帶接（裂）縫尖端的應力集中區域，而由強度較高的土工格柵本身承受較大的拉應力，從而阻礙了裂縫的迅速擴展。

參考文獻

[1]中華人民共和國建材行業標準，《玻璃纖維土工格柵第1部分瀝青路面用玻璃纖維土工格柵》JC839.1—1998

[2]高群．玻纖格柵加筋瀝青路面的應用技術研究[D]．吉林：吉林大學，2006

[3]徐偉，白海濤，張肖寧.瀝青混凝土加鋪層結構中玻纖格柵作用試驗分析[J].中南公路，2003，（6）：19～21

[4]邢福才，劉偉強.玻纖格柵在舊水泥混凝土路面罩面改造工程中的應用[J].黑龍江交通科技，2006，（3）：22