玻纤格栅在防治反射裂缝中的应用

玻纤格栅在防治反射裂缝中的应用来源：中国论文下载中心 06-03-19 13:03:00 作者：陈中东编辑：studa9ngns 摘要：本文结合宁通公路六合东至江都段旧水泥混凝土路面加铺SMA沥青罩面的工程实践，论述了玻纤格栅的特性、防治反射裂缝的作用机理、施工措施、注意事项及经验体会。 核心词：玻纤格栅 防治 反射裂缝 1 引言随着公路交通量和汽车载重量的增大，对路面构造的破坏日渐加重，越来越多的旧混凝土路面面临着修复工作。与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复比较困难，虽然在旧混凝土路面上加铺沥青罩面层是一种改善其使用性能的有效措施，但在沥青加铺层中浮现反射裂缝仍是需要解决的重要问题。反射裂缝自身对罩面层的使用性能影响不大，但环境因素(雨雪、氧化、粉尘)的负效应，常常使得裂缝迅速向四周扩展，缩短罩面层寿命。为了能有效地减缓旧水泥混凝土路面上裂缝的反射速度，或减薄沥青罩面层厚度，国内外研究人员进行了大量的实验，既积累了成功经验，也吸取了许多失败的教训。 宁通公路六合东至扬州段水泥混凝土路面通过的运营，水泥混凝土路面浮现不同限度的损坏,涉及板块断裂、板角断裂、错台等状况,严重影响行车的舒服性和安全性,需在旧水泥混凝土路面上进行沥青混凝土罩面，并对如何延缓沥青罩面层反射裂缝的产生进行研究。 2 国内外防治反射裂缝的研究概况沥青混凝土加筋能提高路面构造层对裂缝的克制能力、对横向剪切破坏的抵御能力等，达到延长路面构造的疲劳寿命、节省材料、减少费用的目的。在沥青混凝土路面中采用加筋的措施来改善路面使用性能的设想由来已久，自三十年代开始掺加石棉纤维,到五、六十年代美国、加拿大和英国试用以金属网作为沥青混合料中的加筋材料使用，均因材料但是关未能履行。八十年代开始对PG(Polymer Geogrid聚合物网栅)进行应用研究，英国以NETLON有限公司为代表，研究了塑料格栅的材料性能及路用性能，并逐渐推广应用。这种格栅具有两种功能：一是能提高沥青构造层的强度，具有长期抵御拉应力的能力;二是能使应力均匀分布在较大的面积范畴内,大大减轻沥青构造层的徐变作用,最后达到避免沥青路面开裂的目的。 国内自八十年代末开始研究此技术。1992年北京市公路局设计研究院结合八达岭公路水泥混凝土路面大修，采用金属网加筋沥青混合料构造修筑了500m实验段，使用效果较好。哈尔滨建筑工程学院道路研究所于1993年7月提出了塑料网格在柔性路面构造工程中的应用研究报告，对室内外实验进行了具体论述,并提出了施工工艺。长沙交通学院也对塑料格栅进行了室内研究，提出了土工格栅对沥青路面抗车辙、抗开裂性能的实验研究初步报告。北京市政设计院研究所对加拿大贝密尔斯有限公司生产的自粘式沥青路面加劲网格进行了室内实验，得到了初步成果。 国内外对加筋格栅沥青混凝土实验研究的成果表白，加筋格栅具有减薄沥青层厚度、防治反射裂缝、减少车辙作用等特点，可以加强沥青路面的构造性能，提高道路的使用寿命。 3 沥青加铺层的开裂分析及设计措施旧水泥混凝土路面上加铺沥青层是一种特殊的路面构造，其应力应变特性与一般弹性层状体系有较大的差别。由于接裂缝的存在，旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度减少，并且在外力荷载作用下，沥青混凝土加铺层处在复杂的三维应力状态。车辆通过不持续的板体时，沥青混凝土加铺层中由于接裂缝两侧相邻板块产生竖向位移差，而浮现较大的剪切应力，这种剪切应力是沥青混凝土加铺层产生荷载型反射裂缝的最重要因素。此外，由于路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，沥青加铺层和旧水泥混凝土面板都会膨胀，产生温度应力。由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不持续，因此沥青加铺层同步承受它自身以及旧路面所产生的温度应力，特别是在冬季气温较低时，沥青混凝土加铺层会由于与接裂缝相应处的拉应力过大而开裂，形成所谓的温度型反射裂缝。因此，沥青加铺层设计是沥青加铺层厚度设计，而厚度由行车荷载和避免反射裂缝两个因素控制。由于水泥混凝土面板强度较高，将其作为基层，在其上加铺沥青混凝土的这种路面构造，强度一般能满足规定，核心是避免反射裂缝的产生。虽然国内目前旧水泥混凝土路面改建工程日益频繁，但现行的公路工程沥青路面设计规范并没有把旧水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层设计这一内容涉及在内。国外对这一问题的研究工作起步较早，目前已形成四种相对成熟的设计和计算措施，分别是ARE(AnstinResarchEngineers)设计措施、美国沥青协会(AI)法、美国工程兵团和联邦航空局(FAA)法、AASHTO罩面设计措施。由这四种计算措施得出的宁通公路六合东至江都段旧混凝土路面上加铺的沥青混凝土厚度在80100mm之间。4 玻纤格栅避免反射裂缝作用机理上述四种措施计算的旧水泥混凝土路面上沥青加铺层的厚度是作出某些假设后，按理论措施或是在国外某些实验成果的基本上得出的。为避免反射裂缝的产生，国外多采用加厚沥青加铺层的措施。但单纯依托增长加铺层厚度有其弊端：一方面增长加铺层厚度受到路面标高的限制(宁通公路上跨桥桥下净空在加铺后需满足4.8m规定)；再就是大幅度增长加铺层厚度必将增长路面造价，并且在夏季高温状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基层所产生的强基薄面的优势，因而加厚沥青加铺层这一措施不可取。 针对这一状况，在查阅大量资料，进行理论分析和论证的基本上，最后决定在旧水泥混凝土路面上布置玻纤格栅加筋层，其上再铺筑沥青混凝土面层。这样铺筑的路面对避免基层裂缝反射、减少路面车辙、延长路面寿命具有明显效果。玻纤格栅具有高抗拉强度、低延伸率、无蠕变，与沥青混合料的相容性好、物理化学性能稳定、耐高温、嵌锁与限制作用强等特点，其重要作用为均匀传递轴载，并将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方向。 使用玻纤格栅，可增强沥青混合料的整体抗拉强度，有效地改善路面构造应力分布，抵御和延缓由于路面的基层裂缝引起的沥青混凝土路面反射裂缝的发生，从而提高路面的使用寿命。 根据宁通公路六合东至江都段旧水泥混凝土板破损状况，不同路段采用了不同的解决方案：南京段加铺方案为4cm改性沥青SMA+6cm粗粒式沥青混凝土+玻纤格栅+2cm沥青找平层+18cm二灰碎石；扬州段加铺方案为4cm改性沥青SMA+6cm粗粒式沥青混凝土+玻纤格栅+2cm沥青找平层+改性沥青油毛毡贴缝。