玻璃纤维土工格栅的性能及在沥青路面中的应用
一、前言
在公路与城市道路建设中，常常需要对旧路进行改造，以知足不断增加的交通需求。为了充分利用旧有路面，并改善其路面利用性能，通常采用沥青混凝土对旧路面进行罩面补强。随着沥青罩面层使历时刻的增加，将会慢慢出现各类病害，如疲劳开裂、车辙、低温收缩开裂、由下卧层接缝或裂痕引发的反射裂痕等。最近几年来，为改善沥青路面的利用性能，各类各样的新型路面加筋材料被应用到路面中来，其中较为引人注目的，当属玻璃纤维土工格栅（以下简称玻纤格栅）。采用玻纤格栅对沥青路面进行加筋增强处置，已经成为道路建设技术人员致力研究的一个方向。
二、玻纤格栅特性
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置而成的半刚性制品，是一种增强道路路面性能的新型优良土工基材。玻璃纤维的主要成份属硅酸盐，是一种理化性能极为稳固的材料。它具有很高的耐热性和优良的耐寒性（一般工作温度为-100~280℃），强度大、模量高、化学稳固性好、耐侵蚀、膨胀系数低、尺寸稳固性好等特点。经表面改性并涂覆处置后，改变了玻璃纤维的表面性能，提高了其同沥青的复合性能，极大提高了该基材的耐磨性能及抗剪切能力。
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，具有在长期荷载的情形下抵抗变形的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维持性能。
3）热稳固性——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经受热的稳固性。
4）与沥青混合的相容性——玻纤格栅在后处置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路。
5）物理化学稳固性——通过特殊后处置剂进行涂覆处置，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转变，保证其性能不受影响。
6）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能够贯穿其中，如此就形成了机械嵌锁。这种限制阻碍了集料的运动，使沥青混合料在受荷载的情形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。
三、玻纤格栅作用机理
玻纤格栅具有上述特点，当它应用于沥青罩面时，能够在以下几方面发挥重要作用。 一、减缓反射裂痕。
避免和控制反射裂痕是沥青罩面层设计的重点。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痕更易致使沥青罩面层内反射裂痕的出现。本文将以旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层设计为例，谈谈玻纤格栅减缓反射裂痕的作用机理。
反射裂痕是由于旧混凝土面层在接缝或裂痕周围的较大位移引发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转变而产生的水平位移，和因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移。前者致使接缝或裂痕上方的沥青加铺层内出现较集中的拉应力；后者则使接缝上方的沥青加铺层经受较大的弯拉应力和剪切应力。
美国沥青协会（AI）以为旧混凝土面层接缝或裂痕处的弯沉量和弯沉差是引发沥青加铺层反射裂痕的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温度转变产生的面层板伸缩位移的速度。因此，控制反射裂痕应主要采用降低接缝或裂痕处的弯沉量和弯沉差和增加加铺层弯拉强度和剪切强度的办法。
由于玻纤格栅的模量专门大，达到67Gpa，作为刚度大的硬夹层应用在沥青罩面层中，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，从而达到减少裂痕的目的。实践表明，一条改变了方向的水平裂痕的对应裂痕能量可从其起点移动0.6米，1.5米以上宽度的加筋材料有助于确保能量在裂痕双侧完全消散。玻纤格栅对于降低加铺层内因温度下降引发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。
玻纤格栅最近几年来进展迅速，并普遍应用于沥青路面，尤其是用在沥青罩面层用来减缓反射裂痕。加拿大AM大学的Texas交通学院用其特有的罩面实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实验，实验表明，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痕的产品进行了现场对比实验，结论是玻纤格栅铺设方便，控制反射裂痕效果最为显著，且造价适中，因此建议推行应用。
由于玻纤格栅对沥青罩面层的加筋作用，因此能够在有效控制反射裂痕的前提下，减小沥青罩面层的厚度（与不加铺玻纤格栅相较），降低造价，从而取得较好的经济效益。
二、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利用功能，对承载作用则奉献不大，加铺层下的刚性混凝土路面仍起关键的承载作用。而在旧沥青混凝土路面上进行沥青罩面则不同，沥青加铺层将与旧沥青混凝土路面一路承载。因此，在沥青混凝土路面上进行沥青罩面，除会出现反射裂痕，同时还会因为荷载的长期作用而出现疲劳开裂。咱们对旧沥青混凝土路面上的沥青加铺层受荷情形做受力分析：由于沥青罩面层下为与沥青罩面层同一性质的柔性面层，当受到荷载作历时，路表将发生弯沉。在直接与车轮接触的沥青罩面层受到压力，在轮载边缘之外的区域，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壤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。
玻纤格栅在沥青罩面层中，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，在这里应力慢慢转变而不是突变，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渡变形。
3、耐高温车辙
沥青混凝土在高温时具有流变性，具体表此刻：夏日沥青道路面层发软、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。咱们对沥青面层结构进行分析后，能够明白由于高温下沥青混凝土具有流变性，而在受到荷载时，面层中没有任何能够约束沥青混凝土中集料运动的机制，造成沥青面层的推移，这就是形成车辙的主要原因。
在沥青罩面层中利用玻纤格栅，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，沥青面层中各部份彼此牵制，避免了沥青面层的推移，从而起到抵抗车辙的作用。
4、抗低温收缩开裂
酷寒地域的沥青道路，冬季面层温度接近于气温，在如此的温度条件下，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拉伸强度时，产生裂纹，在裂纹集中的地方产生裂痕，形成病害。从裂纹的成因看，如何使沥青混凝土强度抵抗住拉应力是解决问题的关键。
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，能够抵抗住较大的拉应力而不致发生破坏。另外，即便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，裂纹再也不会进展成裂痕。
四、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《玻璃纤维土工格栅第1部份沥青路面用玻璃纤维土工格栅》—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%。玻纤格栅其它性能指标应符合下表规定
规格 网眼尺寸（mm）经向 纬向 断裂强度（KN/m）经向 纬向 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/m2） EGA1×1A— ≥28 ≥22 ≤4 67000 ~ -100~280 优良 230 EGA1×1B— EGA1×1C— EGA2×2A— EGA2×2B— ≥50 ≥22 ≤4 67000 ~ -100~280 优良 330 ≥50 ≥44 ≤4 67000 ~ -100~280 优良 440 ≥50 ≥44 ≤4 67000 ~ -100~280 优良 450 ≥100 ≥44 ≤4 67000 ~ -100~280 优良 560 在选用玻纤格栅时，除其性能指标应符合上表规定之外，还应特别注意保证其幅宽不小于1.5m，以知足其作为控制反射裂痕夹层时有足够的横截面积来充分消散裂痕能量；同时，其网眼尺寸宜为其上沥青面层材料最大粒径的~倍，如此有助于达到最佳剪切胶粘性，增进集料嵌锁与限制。
五、玻纤格栅的应用
在一些发达国家，如德国、美国、加拿大、澳大利亚及日本等，玻纤格栅的应用已有十连年时刻，在高品级公路、市政道路及机场道面等要求较高的领域应用相当普遍，对其作用机理也作了大量系统研究，制定了一些相应的设计应用规范。
在我国，玻纤格栅的应用相对较晚，1995~1996年的沪宁高速公路建设率先采用玻纤格栅用于沥青路面中避免面基层裂痕而引发的沥青面层反射裂痕的产生，经连年来的观察，效果明显，故在1997年至2002年沪宁高速公路的维修工程中，仍采用玻纤格栅，用于原路面洗刨后的新罩面层中，以增强罩面层强度，避免反射裂痕产生。
近几年来，在由我院承担的旧路改造工程设计中，普遍采用玻纤格栅来避免和减缓沥青罩面层中反射裂痕的产生，路面结构如下图所示。如2000年的G107深圳宝安段改造工程、
东莞大道工程旧路改造段，刚建成的东莞八一路洪福路改造工程、东莞厚街256省道改造工程，和在建的东莞市口岸大道工程旧路改造段，均在沥青罩面层中采用了玻纤格栅。通过几年来的观察，发觉玻纤格栅用在沥青罩面层中，对于减缓反射裂痕的产生，改善沥青罩面层的利用性能，效果显著。
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