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土工格柵的定義:用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物經(jīng)熱塑或模壓而成的二維網(wǎng)格狀或具有一定高度的三維立體網(wǎng)格屏柵,當作為土木工程使用時,稱為土工格柵。
1、土工格柵
土工格柵是一種主要的土工合成材料,與其他土工合成材料相比,它具有獨特的性能與功效。土工格柵常用作加筋土結構的筋材或復合材料的筋材等。土工格柵分為塑料土工格柵、鋼塑土工格柵、玻璃纖維土工格柵和玻纖聚酯土工格柵四大類。
(1)塑料土工格柵
塑料土工格柵是經(jīng)過拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物網(wǎng)材,按其制造時拉伸方向的不同可為單向拉伸和雙向拉伸兩種。它是在經(jīng)擠壓制出的聚合物板材(原料多為聚丙烯或高密度聚乙烯)上沖孔,然后在加熱條件下施行定向拉伸。單 向拉伸格柵只沿板材長度方向拉伸制成,而雙向拉伸 格柵則是繼續(xù)將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸制成。
由于塑料土工格柵在制造中聚合物的高分子會隨加熱延伸過程而重新排列定向,加強了分子鏈間的聯(lián)結力,達到了提高其強度的目的。其延伸率只有原板材的10%~15%。如果在土工格柵中加入炭黑等抗老化材料,可使其具有較好的耐酸、耐堿、耐腐蝕和抗老化等耐久性能。
雙向土工格柵
雙向土工格柵是用高分子聚合物通過擠壓、成板、沖孔過程后再縱向、橫向拉伸而成。該材料在縱向和橫向上都具有很大的拉伸強度,這種結構在土壤中同樣也能提供一個更為有效的力的承擔和擴散的理想的連鎖系統(tǒng),適應于大面積 性承載的地基補強。
(3)鋼塑土工格柵
鋼塑土工格柵以高強鋼絲(或其他纖維),經(jīng)特殊處理,與聚乙烯(PE),并添加其他助劑,通過擠出使之成為復合型高強抗拉條帶,且表面有粗糙壓紋,則為高強加筋土工帶。由此單帶,經(jīng)縱、橫按一定間距編制或夾合排列,采用特殊強化粘接的熔焊技術焊接其交接點而成型,則為加筋土工格柵。
(4)玻璃纖維土工格柵
玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為材質,采用一定的編織工藝制成的網(wǎng)狀結構材料,為保護玻璃纖維、提高整體使用性能,經(jīng)過特殊的涂復處理工藝而成的土工復合材料。玻璃纖維的主要成份是:氧化硅、是無機材料,其理化性能 具穩(wěn)定,并具有強度大、模量高,很高的耐磨性和優(yōu)異的對寒性,無長期蠕變;熱穩(wěn)定性好;網(wǎng)狀結構使集料嵌鎖和限制;提高瀝青混合料的承重能力。因表面涂有特殊的改性瀝青使其具有兩重的復合性能, 大地提高了土工格柵的耐磨性及剪切能力。
有時配合自粘感壓膠和表面瀝青浸漬處理,使格柵和瀝青路面緊密結合成一體。由于土石料在土工格柵網(wǎng)格內互鎖力增高,它們之間的摩擦系數(shù)顯著增大(可達08~10),土工格柵埋入土中的抗拔力,由于格柵與土體間的摩擦咬合力較強而顯著增大,因此它是一種很好的加筋材料。同時土工格柵是一種質量輕,具有一定柔性的塑料平面網(wǎng)材,易于現(xiàn)場裁剪和連接,也可重疊搭接,施工簡便,不需要特殊的施工機械和專業(yè)技術人員。
耐高溫車轍
瀝青混凝土在高溫時具有流變性,具體表現(xiàn)在:夏季瀝青道路面層發(fā)軟、發(fā)粘;在車輛荷載作用下,受力區(qū)域產(chǎn)生凹陷,車輛荷載撤除后瀝青面層無法完全恢復至受荷前的狀況,即產(chǎn)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。我們對瀝青面層結構進行分析后,可以知道由于高溫下瀝青混凝土具有流變性,而在受到荷載時,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,這就是形成車轍的主要原因。
在瀝青罩面層中使用玻纖土工格柵,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。
4、抗低溫收縮開裂
嚴寒地區(qū)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(chǎn)生拉應力。當拉應力超過瀝青混凝土拉伸強度時,產(chǎn)生裂紋,在裂紋集中的地方產(chǎn)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(fā)生破壞。另外,即使因為局部區(qū)域產(chǎn)生裂紋,使裂紋發(fā)生處的應力過于集中,但經(jīng)玻纖土工格柵的傳遞而逐漸消失,裂紋不再會發(fā)展成裂縫。
玻纖格柵作用機理 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。由于水泥混凝土路面是剛性路面,同時具有接縫設計,因此舊水泥混凝土路面接縫和裂縫更容易導致瀝青罩面層內反射裂縫的出現(xiàn)。本文將以舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層設計為例,談談玻纖土工格柵減緩反射裂縫的作用機理。
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(xiàn)應力集中所造成的,它包括因溫度和濕度變化而產(chǎn)生的水平位移,以及因交通荷載作用而產(chǎn)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(xiàn)較集中的拉應力;后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經(jīng)受較大的彎拉應力和剪切應力。
美國瀝青協(xié)會(AI)認為舊混凝土面層接縫或裂縫處的彎沉量和彎沉差是引起瀝青加鋪層反射裂縫的主要原因,因為輪載的施加速度遠高于溫度變化產(chǎn)生的面層板伸縮位移的速率。因此,控制反射裂縫應主要采用降低接縫或裂縫處的彎沉量和彎沉差以及增加加鋪層彎拉強度和剪切強度的措施。
由于玻纖土工格柵的模量很大,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,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。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。玻纖土工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(chǎn)生的應力和應變的作用則遠大于軟夾層。
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