维普资讯 http://www.cqvip.com 南京市政 ２００６年第４期（总第７８期） 玻纤格栅在道路路面维修中的应用 朱允蓉 （南京市市政设施综合养护管理处，江苏２１ＯＯＯ４） 摘 要：针本文通过对路面裂缝等病害产生的原因、玻璃纤维土工格栅的理化性能及其在沥青路面中的作用 机理分析，阐述了玻纤格栅在沥青混凝土罩面中的应用，并通过工程实例，介绍了玻纤格栅的施工技术和注意 事项。 关键词：裂缝；沥青混凝土罩面；玻璃纤维土工格栅 程，是应力和应变不断积累的结果。路面材料，特 １前言 别是沥青这种具有较大粘性、滞性的有机物质， 在长期车辆荷载和不断变化的环境、温度的作用 有针对性地对旧路进行改造、出新，以满足 下逐渐变化，各项物理力学性能不断降低，最终 不断增长的交通需求，是目前道路维护工作中的 导致裂缝或其它病害的产生。沥青混凝土作为旧 重要内容。为降低成本、提高效率，充分利用旧有 路面改造的罩面材料，有着很多的优点，但同时， 路面，并改善其路面使用性能，恢复道路的使用 也存在着抗拉强度低、易产生流变和塑变、稳定 功能，通常采用沥青混凝土对旧路面进行罩面处 性差等弱点。正是由于这些弱点的存在，导致了 理。但有很多道路在进行沥青混凝土罩面处理 较多的病害的较早出现。所以，为避免和减少此 后，效果并不理想，如处理投用后不久，又有较多 类裂缝或其它病害在设计使用年限的较早出现， 的裂缝出现，使得道路的使用寿命减短。 必须从改善和提高路面材料的物理力学性能方 为更好地解决上述问题，近年来，用玻璃纤 面入手，方可有效的解决问题。 维土工格栅对沥青混凝土罩面进行加强处理的 方法被广泛采用。此方法增强了路面修复出新的 ３玻纤格栅的特性 效果，减少减缓了裂缝的发生和发展，延长了道 路使用寿命，提高了行车舒适度。 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 ２路面裂缝的类型和产生原因 一种增强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 ２．１路基土失稳或路面基层强度不够导致的路面 其稳定的无机材料，它具有很高的耐热性和优异 开裂或其它病害 的耐寒性（一般工作温度为一１００—２８０℃），强度 此类路面开裂或病害是由于道路承载力不 大、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀、膨胀系数低、 够导致的。因为沥青混凝土罩面对道路的承载能 尺寸稳定性好等特点。经表面改性并涂覆处理 力贡献不大，通过沥青混凝土罩面处理或其它路 后，改变了玻璃纤维的表面性能，提高了其同沥 面面层处理是无法得到解决的，必须对道路的路 青的复合性能，极大提高了该基材的耐磨性能及 基和基层进行返修和加固。因此，该类路面开裂 抗剪切能力。具体为： 或其它病害的处理不是本文讨论的问题。 高抗拉强度、低延伸率——玻纤格栅是以玻 ２．２疲劳、低温收缩或下卧层裂缝反射引起的裂 璃纤维为原料，强度较高，超过了其它纤维和金 缝或其它病害 属。同时它的模量很高，具有很高的抗变形能力， 此类裂缝或病害有一个较为缓慢的发展过 断裂延伸率小于３％。 收稿日期：２００６－０９—１６； 作者简介：朱允蓉（１９６４一），女，工程师，现主要从事道路设施维护管理工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２０１￣５年第４期（总第７８期） 朱允蓉．玻纤格栅在道路路面维修中的应用 无长期蠕变——作为增强材料，具备在长期 缝或裂缝上方的沥青加铺层内出现较集中的拉 荷载的情况下抵抗变形的能力即抗蠕变性是极 应力，后者则使接缝上方的沥青加铺层经受较大 为重要的，玻璃纤维不会发生蠕变，这保证产品 的弯拉应力和剪切应力。旧混凝土面层接缝或裂 能够长期保持性能。 缝处的弯沉量和弯沉差是引起沥青加铺层反射 热稳定性——玻璃纤维的熔化温度在 裂缝的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温 １０００ｏＣ以上，这确保了玻纤格栅在摊铺作业中承 度变化产生的面层板伸缩位移的速率。因此，控 受热的稳定性。同时，玻纤格栅在一１００ｏＣ至 制反射裂缝应主要采用降低接缝或裂缝处的弯 ２８０ｏＣ之间都保持良好的物理力学性能，完全满 沉量和弯沉差以及增加加铺层弯拉强度和剪切 足路面用材的要求。 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。 物理化学稳定性——经过特殊处理剂进行 涂覆处理后，玻纤格栅能够抵抗各类物理磨损和 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。 集料嵌锁和限制——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。这种限制阻碍了集料的运 动，使沥青混合料在受荷载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。 良好的耐折性——经表面处理的玻纤格栅 具有较好耐折性，耐折次数达２—３万次。 较高的弹性模量——玻纤的杨氏弹性模量 为６７０００ＭＰａ，远远大于其它土工织物。 ４玻纤格栅的作用与机理 由于玻纤格栅所具有的 点，当它应用于 沥青罩面时，可以在以下几方面发挥重要作用： ４．１减缓反射裂缝 防止和控制反射裂缝是玻纤格栅在沥青罩 面层应用的重点。 对于水泥混凝土的反射裂缝。由于水泥混凝 土路面是刚性路面，同时具有接缝设计，因此旧 水泥混凝土路面接缝和裂缝更容易导致沥青罩 面层内反射裂缝的出现。反射裂缝是由于旧混凝 土面层在接缝或裂缝附近的较大位移引起其上 方沥青加铺层内出现应力集中所造成的，它包括 因温度和湿度变化而产生的水平位移 以及因交 通荷载作用而产生的竖向剪切位移。前者导致接 强度的措施。 对于沥青混凝土的反射裂缝。沥青混凝土路 面裂缝产生的主要原因是沥青老化和沥青混凝 土低温裂收缩引起的，提高裂缝处沥青混凝土的 罩面抗拉强度，是避免反射裂缝的关键。 由于玻纤格栅的模量很大，可达到 ６７０００ＭＰａ，作为刚度大的硬夹层应用在沥青罩面 层中时，其作用是抑制应力，释放应变，同时作为 沥青混凝土加筋材料，提高加铺层结构的抗拉和 抗剪能力，从而达到减少裂缝的目的。实践表明， 一条改变了方向的水平裂缝的对应裂缝能量可 从其起点移动０．６ｍ，１．５ｍ以上宽度的加筋材料 有助于确保能量在裂缝两侧完全消散。玻纤格栅． 对于降低加铺层内因温度下降引起的应力和应 变作用，不如橡胶沥青应力吸收夹层、土工织物 等软夹层，但对于降低荷载产生的应力和应变的 作用则远大于软夹层。 玻纤格栅近年来发展迅速，并广泛应用于沥 青路面，尤其是用在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 的沥青试件的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。 由于玻纤格栅对沥青罩面层的加筋作用，因 而可以在有效控制反射裂缝的前提下，减小沥青 罩面层的厚度（与不加铺玻纤格栅相比），降低造 价，从而取得较好的经济效益。 ４．２抗疲劳开裂 在旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层，其主 要作用是提高路面的使用功能，加铺层下的刚性 维普资讯 http://www.cqvip.com 南京市政 ２００６年第４期（总第７８期） 形成病害。从裂纹的成因看，如何使沥青混凝 混凝土路面仍起关键的承载作用。而在旧沥青混 缝， 凝土路面上进行沥青罩面则不同，沥青加铺层将 土强度抵抗住拉应力是解决问题的关键。与旧沥青混凝土路面一起承载。因此，在沥青混 凝土路面上进行沥青罩面，除了会出现反射裂 缝，同时还会因为荷载的长期作用而出现疲劳开 裂。我们对旧沥青混凝土路面上的沥青］ｂⅡ铺层受 荷情况做受力分析：由于沥青罩面层下为与沥青 罩面层同一性质的柔性面层，当受到荷载作用 时，路表将发生弯沉。在直接与车轮接触的沥青 玻纤格栅置于沥青中，使得沥青混凝土的抗 拉伸强度大大提高，可以抵抗较大的拉应力而不 致发生破坏。即使因为局部区域产生裂纹，但裂 纹发生处过于集中的应力经玻纤格栅的传递而 逐渐消失，裂纹不再会发展成裂缝。 ５玻纤格栅在道路维修工程中的 罩面层受到压力，在轮载边缘以外的区域，面层 受到拉力作用，由于两处受力区域所受力性质不 同，而又彼此紧靠，因此在两块受力区域的交界 处即力的突变处容易发生破坏。在长期荷载的作 用下，发生疲劳开裂。 将玻纤格栅置放在沥青罩面层中，能够将上 述的压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间 形成缓冲带，在这里应力逐步变化而不是突变， 减少了应力突变对沥青罩面层的破坏。同时，玻 纤格栅的低延伸率减小了路面的弯沉量，保证了 路面不会发生过度变形。所以，将玻纤格栅加在 沥青罩面层中，对于防止沥青路面疲劳裂缝的反 射的效果是非常显著的。 ４．３耐高温车辙 沥青混凝土在高温时具有流变性，具体表现 在：夏季沥青道路面层发软、发粘；在车辆荷载作 用下，受力区域产生凹陷，车辆荷载撤除后沥青 面层无法完全恢复至受荷前的状况，即产生了塑 性变形；在车辆的反复碾压的作用下塑性变形不 断积累，形成车辙。我们对沥青面层结构进行分 析后可知，由于高温下沥青混凝土具有流变性， 而在受到荷载时，面层中没有任何可以约束沥青 混凝土中集料运动的机制，这造成沥青面层的推 移，形成波形起伏、车辙。 在沥青罩面层中使用玻纤格栅，其在沥青面 层中起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿于格 栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增 加了沥青罩面层中的横向约束力，沥青面层中各 部分彼此牵制，从而防止了沥青面层的推移，起 到抵抗波浪、车辙发生的作用。 ４．４抗低温收缩开裂 严寒地区的沥青道路，冬季面层温度接近于 气温，在这样的温度条件下 沥青混凝土遇冷收 缩，产生拉应力。当拉应力超过沥青混凝土抗拉 伸强度时，产生裂纹，在裂纹集中的地方产生裂 应用实例 ５．１工程概况 沪宁高速公路南京连接线起于中山门，终至 绕城公路，是南京通往上海、苏州、无锡的主要城 市快速路，路幅宽ｌ９＿＿２４．５ｍ，双向四车道，路线 全长６．６ｋｍ，总行车道面积为ｌ６．３ｌ万 。 该路自１９９６年投入使用以来，由于交通量 的不断增长以及施工实施中的缺陷，道路整体路 况水平严重下降，特别是在重交通荷载反复作用 下，造成沥青面层纵向裂缝，以及半刚性基层的 干缩裂缝反射造成沥青面层产生较多的横向裂 缝，致使道路大修时间提前。为提高道路的服务 水平，迎接十运会在宁的召开，本次出新整治工 程于２００５年７月份实施。 ５．２出新整治方案 沪宁高速公路南京连接线全线沥青砼路面 采用改性沥青抗滑表层整体加铺。对于道路出现 的纵、横向裂缝，本次加铺先对裂缝段进行处理， 然后统一加铺４ｃｍ防滑面层（ＡＫ－－１３ｓ）。裂缝段 处理方法如下：将裂缝段沥青砼进行铣刨０ｃｍ 后，对所有的裂缝用热沥青灌缝，洒布石硝进行 碾压，铺一层玻纤格栅后，洒粘层沥青，然后再摊 铺６ｃｍ中粒式ＳＢＳ改性沥青砼（Ａｃ—２０ｓ）恢复 老路面沥青层。因为裂缝线型不规则，且考虑铣 刨、摊铺、碾压施工作业面的需要，本次出新要求 纵横向裂缝的铣刨拆除宽度不低于３ｍ。 ５．３玻纤格栅材料的选用 采用２０ Ｘ ２０ｒａｍ网格产品，抗拉强度≥５０ ｋＮ／ｍ，最大延伸率≤３％，其他技术指标符合 ＪＴＪ／Ｔ０６０—９８（公路土工合成材料试验规程》的质 量标准（注：该规程现已作废，由ＪＴＧ Ｅ５０－２００６ 《公路工程士工合成材料规程》替代）。本工程选用 了南京金路土工复合材料有限公司生产的无碱高 强度玻纤格栅，规格型号为Ｒ２５２２￣Ａ，产品符合 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第４期（总第７８期） 朱允蓉．玻纤格栅在道路路面维修中的应用 ３１ ＪＣ８３９．１—１９９８行业标准。其检测报告见下表。 检测项目 经向强度 纬向强度 伸长率 弹性模量 耐温性能 耐腐蚀性 单位面积重量 计量单位 ｋＮ／ｍ ｋＮ／ｍ ％ ＭＰａ ℃ ｇ／ｍ２ 技术标准 ５０ ５０ ≤３ ６７０００ －１００—２８０ 优良 ≥３５０ 实测结果 ６６．７ ６５．６ ２．８ ７３０００ —１００－２８０ 优良 ４２１ 评定 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 ５．４玻纤格栅施工技术 ． ５．４．１处理旧路面 按出新方案要求对原路面病害进行铣刨、灌 缝处理，并将路表面冲洗干净，清除尘土、松散颗 粒及杂物，由于玻纤格栅背胶属水溶性物质，如 路面有水迹时，应待路面干燥后再进行铺设。 ５．４．２浇洒粘层沥青 为了使玻纤格栅与原路面保持良好粘接，并 能满足沥青混凝土机械化摊铺的要求，必须在原 路面上浇洒粘层沥青，待粘层沥青已破乳或凝结 时，应立即进行玻纤格栅的铺设。如果情况特殊， 也可先铺设玻纤格栅，再浇洒粘层沥青，然后在 玻纤格栅上适量均匀地撒一些细粒石屑，再用轻 型胶辊压路机在其上作适度碾压。 ５．４．３铺设玻纤格栅 本工程采用固定钢钉法铺筑玻纤格栅。首先 将格栅的一端固定，然后用机械或人力纵横向拉 紧，张拉延伸率控制为１．５％，用２英寸水泥钢钉 加５０ Ｘ ５０ Ｘ ０．３ｒａｍ铁皮固定。玻纤格栅搭接距离 为：纵向接头搭接距离不小于２０ｃｍ，横向搭接距 离不小于１５ｃｍ，纵向搭接应根据沥青摊铺方向将 前一幅置于后一幅之上。固定玻纤格栅时，不能 将钉子钉于玻纤上，也不能用锤子直接敲击玻 纤。固定后如发现钉子断裂或铁皮松动，则应予 以重新固定。玻纤格栅铺设固定完毕后，需用轻 型胶辊压路机适度碾压稳定，使格栅与原路面粘 结牢固。在确认玻纤格栅铺设良好后，方可进行 沥青混凝土的铺设，严禁施工车辆在格栅层上急 转向、急刹车和倾倒混合脚料等，以防止对玻纤 格栅造成损伤或破坏。施工时施工人员必须戴防 护手套，以避免玻璃纤维对人体产生刺激。 ５．５使用效果 本单位负责的沪宁高速公路南京连接线出 新改造工程，应用了在沥青混凝土中加玻纤格栅 的技术，从实际使用情况看，效果非常明显。一年 多来，原旧路面存在较多裂缝的地段，改造施工 后均未出现路面反射裂缝，且至今尚未发现明显 的车辙和低温收缩裂缝。 ６结语 玻璃纤维土工格栅是近年来发展迅速的一 种增强沥青路面性能的新型土工合成材料。由于 玻纤格栅应用于沥青路面中能有效增强路面的 结构强度，抵抗各类裂缝的产生，特别是有效控 制反射裂缝的产生，施工简单易行，效果持久可 靠，应用在沥青混凝土罩面中，它与沥青混合料 溶为一体，抑制沥青混合料流动、防止车辙、延缓 裂缝，可提高沥青路面的质量，延长路面使用寿 命，减少道路养护费用，从而提高了道路运行的 综合效益，因而不但被广泛应用于在旧路面上的 沥青罩面中，也应用于在半刚性基层之上铺设沥 青混凝土面层防止基层裂缝反射。 从经济成本角度看，由于在沥青罩面中使用 了玻纤格栅，可以根据各自不同的情况减少沥青 罩面层的厚度，具有明显的经济价值。此外，由于 玻纤格栅理化性能极其稳定，不受气候条件及使 用环境的限制，此优良的特性延长了道路使用寿 命，减少维修费用，因此应用在道路维修中具有 很高的推广价值。 参考文献： 『１】建材行业标准《玻璃纤维土工格栅第１部分沥 青路面用玻璃纤维土工格栅｝ＪＣ８３９．１—１９９８． 【２】奚静．土工格栅在柔性路面结构中的应用．公路， １９９６（４）． 【３１邹允祥．浅析加筋格栅在路面工程中的应用．江 苏交通科技，１９９７（１）．