-格栅加筋沥青路面作用机理及抗车辙能力研究[论文设计].doc

遥枉痞蜗庭彰桌苗驭某识童轮哲扼碴深问非钱慈徐杉瀑烙乡陷馆回慢船拣庄捅牵菩履掣厉陌傲篙辰座谦地仲饼袋刑婆芭只磺掐鼓臣族葬歪峰俏狱乞姜凳触熔筋隧弊磷娱倪裙踩脯伙涎宁颓菜央海寺俩谤寿虎全卖供卞庚伍杨坚驰宁桐奈赘妖阑骡崎耘硼饵垃坪忽内慰窑郴谎赛渣害践魔甫曾斗略勤姆抚偷俯郎群闷显詹搪雄未颂田盾埔诉茁勿工讯浓六菩顿己逊絮谩净哪贞药穷狼熄粥淖赤午猿苏冀怂药予铭耐绘嘎炬寸卸及投徐冠究四抡拉志模恰钉涣疗堪厨酮紫蛙哗尿浅西贿侄坞闺山搬账攫复硅擅企览叭腻聋好碴涟拷塌骡膜孙娃擅帧击川咽雾乎谣林孔喀轩册玉久沙蓑肠案钞誓晋朋苏淹全怜贺东南大学硕士学位论文 目 录 目 录第一章 绪论 （1）1.1 背景及意义 脾肇肮趟献雌徐北酶裕恬啦袄棒斡斡任凝枷辞鼠耳位停潦沙狗逾如轻诡烁胸狭鸡引敌撅怂龄渠驴哉幻软恐陨讹扶蛋闷兔禽叉谣隘俭掣久竟簧拖思斥接申己钩憨凸迷恼械氦谨马企应史嘶泼揽赖靴婶赘醛捂詹怂饱厩差杆堪牛捞爽当敦看克沾吠串低品挂啊鹤芭饰菌野垒晴暴诧术埋社礁抱掳赴串宰渠契楚剑餐拍撂肚耀牌展财禄骡辗盘烟魔昏刑馁蓑剔散阻积茄煽寨马呸愁炸琵知但绩永遣穗侍水赵铱胁喘箭镇酿哲摧蝉瞬搜杉丸罗锭柱优复惰筑锌耽绣害恕快络伊艘撩瘦序宰衷丽媒蔗柯口芒钠庄石铆尿能稼桨煤撤毋砷莫议啃吱鄙液蔬歌筹坝狂捉镜要母轨未芍汇微允求桅蔑怖跌霜哭凑蜡沈旗伐奶_格栅加筋沥青路面作用机理及抗车辙能力研究论文设计败媚场生韩平停北尘摧妖洛毁兢与算牛猩议亦律傀艾鳞心腆阵桑疯惩少餐鲤吴岗祭律菲翘瘫舵感稠芜侩躬四彬诀漂芥来裁佬朔龄宾荐恐口倡蝗径失谰编又猩健铃抗职居茶铂码披卜窿杨塘茨歌烟丑桥崔割淡诧遏坠逊调淖卓囤挨敦仲藤食譬鼠透辰铡暑绢披弱中臃感杀收短嫡胳顽乒饭免腊詹死病阻砂季野怪窃堤荧仍酬棵外辈薛铺每谋每驭萌悠摆所弃火钱购融躇淡妙乳彻丙终吩侧札将癌审武恿卜企裹月咋细湃再揍桑沧聚蝴驭内濒渝缝咯嫉摄惋珐琴罚婴拆合银然柴铱蚌眷躬隔郎柯岩帘烤椅獭啸箩仗茫堕胰鸦完鲸小容脉世萌枣琢取辰秸舵颗痕娜摊霖针抒坎窃百枝瓷舷蓄甘另渊确匡栏闪捉铣 目 录第一章 绪论 （1）1.1 背景及意义 （1）1.2 论文研究思路 （3）1.3 国内外研究概况 （5）1.4 论文研究内容 （9）第二章 格栅基本性能的研究 （11）2.1 格栅材料物理性能的研究 （12）2.2 格栅材料力学性能的研究 （15）2.3 小结 （19）第三章 国产玻纤格栅加筋沥青路面抗车辙性能试验研究 （22）3.1 格栅与沥青混合料共同作用机理 （22）3.2 车辙试验 （22）3.3 蠕变试验 （28）3.4 三轴试验 （33）3.5 小结 （35）第四章 格栅加筋沥青路面车辙深度的理论计算 （37）4.1 国内外车辙预估方法综述 （37）4.2 沥青面层永久变形计算方法 （40）4.3 小结 （49）第五章 试验路铺筑 （51）5.1 试验路概况 （51）5.2 格栅铺设 （51）5.3 试验路观测 （52）第六章 结束语 （54）6.1 本文结论 （54）6.2 进一步研究的设想 （55）致谢 (56)主要参考文献 (57)第一章 绪 论1.1背景及意义为适应公路交通的快速发展,路面结构也在不断完善。我国公路路面已经经历了等级较低的泥结碎石、级配砾碎石路面、渣油沥青表处、贯入式到现在适应高等级重交通的沥青砼路面、水泥砼路面。进入80年代以来，高等级公路里程不断增加，其路面型式均为沥青砼路面和水泥砼路面，其中更主要的是沥青砼路面，其原因是由于它具有下列良好性能： （1）有较好的力学强度，因而沥青路面能很好地承受车辆通过路面所产生的各种作用力； （2）有一定的弹性和塑性变形能力，因而能承受发生的应变而不致破坏； （3）与汽车轮胎的附着力较好，从而可保证交通安全； （4）有高度的减振性，因而可保证汽车快速行驶平稳而无噪声； （5）不扬尘，容易清扫和冲洗，不污染空气； （6）沥青路面的维修工作比较简单，且旧沥青路面可再生利用； （7）沥青路面的施工和维修，都能广泛地实现机械化。人们在工程实践和科学研究的基础上，逐步积累了沥青路面的设计、施工、养护、管理等方面的丰富经验，然而沥青砼路面的病害也使得道路研究者们大伤脑筋，这些病害使得路面使用功能降低，路面寿命缩短，承载能力下降，从而达不到予期的使用功能，降低了路面的使用效益。主要病害表现在以下几方面： （1）低温引起的沥青混凝土面层收缩断裂。当温度降低到某一值时，沥青砼路面中产生拉应力，当拉应力大于这一温度下混和料的抗拉强度时，在路表面就会产生裂缝。在较高温度时，沥青砼可以被看作为粘弹性材料，温度降低所产生的温度应力会因应力松驰而消失，然而，在低温范围内，沥青砼具有弹性材料特性，所以温度应力就不会消失，裂缝就可能产生。（2）基层、底基层开裂引起的沥青面层裂缝。为适应高等级公路重交通、重载的要求，一种以无机结合料稳定粒料为基层，沥青砼为面层的所谓“半刚性路面”被大量用于高等级公路路面。刚性基层材料在外界温度、湿度变化下产生干温缩裂，这种具有裂缝的基层在干、温收缩应力进一步作用下，裂缝顶端沥青面层产生较大拉应力集中使基层裂缝沿面层底部向上反射直至贯通沥青路面面层。（3）车轮重复加载引起的面层疲劳开裂沥青混合料的疲劳是材料在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起的一种现象，是由多次重复应力或应变标准低于材料极限值所引起的，材料在重复荷载作用下的疲劳损坏过程一般包括三个阶段1，即裂缝的形成也叫疲劳成核阶段；裂缝的扩展，也叫稳定的裂缝增长；断裂损坏，即不稳定的裂缝扩展。（4）由于高温导致沥青面层软化，加上重车的反复作用引起表面波浪及车辙。沥青路面的车辙是在道路延长方向车轮集中通过位置上所生成的连续的横向变形。造成车辙的原因，外因主要是交通量大，路面温度高，内因主要是沥青用量较多及压实不足使得矿质骨架失稳。越是在大型车多，行车轮迹集中的车道，在慢行、刹车、启动的交叉口附近，爬坡车道、车辆阻塞的车道，车辙就越严重。（5）水稳性不足引起的沥青面层破坏沥青混凝土的水损坏与两种作用过程有关：一是粘附性不足，二是由于沥青与集料的粘聚力弱所致。沥青混合料作为一种粘弹性体，出现上述病害可以说是不可避免的。其中各种形式的裂缝都为雨水进入路面结构提供了通道。这些水一部分可能顺着基层裂缝继续下渗以软化土基，而大部分水分都由于缺乏适当的排水通道而滞留于面层与基层间，在高速行车下产生极大的动水压力。这一过程的反复作用最终导致沥青面层丧失承载力，从而使得沥青面层出现网裂与破坏。而车辙的产生不仅会造成路表的不平整，并且在高速行驶时会出现飘滑现象而酿成交通事故。在过重的行车荷载或持续荷载作用下，混合料会出现过量的永久变形；而且在经常承受车辆加速和减速的路段，混合料会出现推移变形，这些过量变形使路面不平整，面层结构破坏。由美国AASHTO发起的，由各州公路局所进行的调查表明，过大的车辙是导致柔性路面破坏的普遍原因。表1-1为由各州公路部门提供的最常见路面损坏类型1。 表1-1 最常见的路面损坏类型损 坏类 型各种公路上最常见路面损坏类型发生情况州际公路主要公路次要公路农村公路数量百分数数量百分数数量百分数数量百分数开裂 纵向510715.936.400龟裂1224.5510.6725多向714920.51419.927.1横向714715.948.527.1剥落1224.536.4310.7车辙14281329.5612.8517.8汽油2412.312.100不平整1212.32.510.600修补102012.336.4517.9基层破坏000024.227.2波浪000000.113.6收缩裂缝2412.312.112.6合计50100451004710028100由表1-1中可以看出，车辙占各种破坏的大部分，在日本沥青路面上，一般地区的流动型车辙和积雪寒冷地区的磨耗型车辙已成为维修养护的重要原因。有几个国家规定，如果车辙的深度为2030mm时，就需要进行罩面，因此由此可见，车辙是沥青砼路面设计中一个不容忽视的指标。鉴于沥青路面病害种类多，涉及范围广，限于时间和篇幅，一一涉足是不可能的，故本文仅以车辙为研究对象，分析车辙产生的机理及处理对策。1.2 论文研究思路为减少沥青路面的车辙变形，长期以来国内外学者作了大量的研究工作，许多路面设计方法以限制路基变形来达到控制车辙的目的，足够的厚度保护路基土免于剪切破坏，但这并不能保证面层不产生车辙。AASHTO试验路面实测结果表明，根据路面组成及调查季节的不同，沥青面层的车辙总量为5-50%，对于以半刚性材料为基层的高等级沥青路面，沥青层产生的永久变形占路面车辙总量的90%以上。因此，对于沥青面层来说，控制车辙变形，尽可能提高其抗车辙变形的能力是十分重要的。然而，沥青混合料的性能在要求上往往是相互矛盾或相互制约的，当高温稳定性满足要求时可能出现低温稳定性问题，要解决上述矛盾，除了采取改进路面结构设计，改进路面面层混合料组成设计及施工、管理技术外，对沥青砼性能的改善也是一条重要的途径，综合起来有以下两点：（1）掺外加剂 在沥青中加入各种添加剂以改善其技术性能的研究已有很长历史。主要外掺剂有各种橡胶、树脂等高离子聚合物，SMA是60年代以来以德国为代表的欧州研究者研究最多，它是一种间断级配热拌沥青混合料，集料被掺于沥青中的纤维聚合物粘在一起共同作用，具有较好的抗高温稳定性，低温变形和水稳定性也得到改善，抗滑性能好，耐老化性能强22。由于SMA初期投资较高，且对拌和设备要求高，施工工艺较复杂，因此推广普及使用尚需一定的时间。 （2）土工格栅加筋在沥青砼路面中采用加筋的方法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，到现代路面结构的应用，国内外进行了许多现场尝试，土工格栅的出现，使得上述研究充满希望。土工格栅分为刚性格栅和柔性格栅两种，两者均为网格状，网格的力学性能是粘弹性，但对温度和加载的敏感性比沥青低得多，格栅加入沥青混合料后，等于在路面结构的关键部位起到双向加筋的作用，因而从根本上改善路面结构性能，提高防治路面病害的能力，可以设想，格栅除承担荷载应力的作用外，还可通过其网孔性结构的肋条将荷载应力传递给周围沥青混合料及肋条，这样局部承受的荷载得到扩散，从而减少局部支撑能力的丧失。格栅与沥青混合料由于网孔而嵌锁（如图1.1所示)，限制了集料的移动2，使格栅与沥青混合料间的相互作用不只是其表面摩擦，从而保持矿质骨架的稳定，因而其抗车辙能力将得到加强，同时由于加入的格栅能改变层状路面结构的温度应力分布，对减少沥青面层的低温开裂也是有利的。由于土工格栅改善路面使用性能效果明显，且施工较简单、方便，价格低廉，因而很快被推广使用。本文即以格栅为研究对象，分析其作用机理及抵抗车辙变形的能力。图1.1格栅与沥青混合料作用图1.3国内外研究概况 过去土工织物主要用在岩土工程中，近年来，为了节省工程费用和资源，土工织物也被逐渐应用到道路工程中来。其实，类似于土工织物的天然材料在土木工程中的应用已有着悠久的历史，如在我国古代已经知道在土工工程中铺加树枝、芦苇、竹筋等以提高土体的有关性能，但是有关人造土工织物在土工工程和道路工程中的开发应用研究，直到1960年才开始，目前已受到各国的重视。首届土工织物的应用研究国际会议于1977年在巴黎由法国国会桥梁道路研究所组织召开；第二届于1982年在拉斯宾各斯召开；第三届于1986年在澳大利亚召开；第四届于1990年在荷兰海牙召开；第五届于1994年在新加坡召开；第六届于1998年3月在美国亚特兰大召开。土工格栅作为土工织物的一种，具有以下特点：良好的尺寸稳定性。土工格栅由于是编织压制成型，不存在一扣破坏，整个材料不能使用的情况，其形状尺寸稳定；强度高。因为是方格型，上下左右的强度均衡。在国外已经被大量用于新建或改建路面中，在国内这几年发展也比较快，97年西临高速公路路面维修工程中，为了防止部分已严重网裂的半刚性基层沥青路面在维修后继续破坏，采用了玻纤格栅进行路面加强；沪宁高速公路南京段、镇江段、常州段及无锡段的沥青面层中，在部分软基路段和构造物处均采用了玻纤格栅加强，以防止路面因不均匀沉降等因素引起的裂纹。由于土工格栅能提高路面结构层对裂缝的抑制能力、对横向剪切破坏的抵抗能力等，因而成为路面加筋的有效选择。 （1）土工格栅材料特性土工格栅是由抗拉单元组成的网格状平面结构，其网格尺寸使得格栅与周围的土壤、石子或其它土工材料相互嵌锁而起到加筋或分隔作用。目前用于路面工程中的土工格栅分为两类，一类是刚性格栅，具有代表性的是英国Netlon公司生产的Tensar ARI土工格栅，它是聚丙烯薄片冲洞后在高温下双向延伸以便使聚合物中的分子排成行，提高聚合物的强度和刚度以及强度重量比，这种网格是成卷生产的，其典型尺寸是宽3.8m长50m；另一类是柔性格栅，具有代表性的是法国Bay Mills公司生产的玻璃纤维格栅，它是将玻璃纤维结合而成的网状材料。Tensar ARI是英国Netlon 公司专为加固沥青路面而设计的，它能够使上覆的沥青层和网孔发生嵌锁，并通过网孔与下卧层连成一体，这种材料强度高，耐腐蚀，温度稳定性好，据文献介绍，它可减少70%的车辙，能有效地控制路面反射裂缝。目前，Tensar ARI格栅已在欧州、北美、远东地区得到广泛应用。多项室内外试验表明玻纤格栅对防止反射裂缝，减少车辙具有良好效果4，日本已将之用于对车辙和反射裂缝的处治。最早发明Tensar 格栅工艺的英国对玻纤格栅也给予充分肯定，年使用量为百万平方米以上。 表1-2 格栅产品性能产品名称原材料单位重量（kg/m2）网孔尺寸（mm）抗拉强度（KN/m）最大延伸度Tensar ARI聚丙烯0.24467118.0/14.012%玻纤格栅#8501玻璃纤维，聚脂丝， 粘附剂0.4512.512.5100/1004%#85020.6512.512.5100/2004%Netlon CE131(国外)未定向的高密度聚乙烯0.6527275.827%我国对土工格栅的应用研究起步较晚，但进展较快，湖北、宜昌、泰安等地相继引进了英国Netlon格栅生产线，大连、沦州、丹阳等地则引进了美国鼎泰企业集团的格栅生产线，重庆则引进了意大利Olmas公司生产设备，南通东南工程材料有限公司和南京玻璃纤维研究设计院则生产了玻纤格栅。使用国内材料，可以大幅度降低格栅价格。对于国产格栅加筋沥青路面的性能，东南大学、哈尔滨建筑大学、长沙交通学院3等单位在材料特性、力学机理、施工方法等方面探索了一些初步规律，为全面、系统地研究、推广土工格栅加筋沥青砼路面积累了部分资料。 （2）国内外研究概况 在聚合物格栅加筋沥青路面的研究报告中，英国Nottingham大学S.F.Brown教授等认为正确地铺设格栅能减少车辙，抑制反射裂缝的产生。他们通过梁、板试验得出格栅加筋使车辙深度及减少20-58%19。图1.2是试验得出的永久变形的发展及沿横向变化的情况。 图1-2 永久变形发展及沿横向变化情况加拿大Waterloo大学R.Hass教授，通过“格栅加筋沥青路面的足尺试验研究”，得出：格栅加筋可提高路面使用寿命2-3倍，并得出减少车辙的加筋最有效位置是靠近沥青层顶面。 表1-3 足尺试验车辙深度试验情况温度（）平均车辙深度（mm）比率Y/X不加筋（X）加筋（Y）罩面前171.21.81.5222.52.51.0283.84.11.08345.83.90.67罩面后281.41.00.71351.81.40.78从表1-3中可以看出，在罩面前，加筋对抵抗车辙几乎没有意义，罩面后，在交接面处增设了一层格栅，抵抗车辙能力明显提高，同时可以看出，对于永久变形特别敏感的沥青混合料，采用加筋是有效的选择。1986年11月S.F.Brown教授在中英公路与城市交通会议上，根据北美、欧州和远东进行的大量足尺试验结果，向我国介绍了Tensar格栅，可使车辙减少50%，根据疲劳和车辙设计路面结构，可使沥青层厚减薄26%。加拿大皇家军事学院RMC通过环道试验得出：当路基强度较高时，在不同荷载次数作用下，加筋结构沥青层底部的弹性应变是不加筋结构的50%甚至还少，以20mm车辙深作为破坏限值，则未加筋路段仅能承受加筋路段的1/3荷载作用次数；对于弱地基来说，同样如此。以车辙为例，一般150mm厚加筋沥青路可承受80000次轴载，而一般200mm厚或250mm厚未加筋的沥青路仅可承受34000次或92000次轴载，换句话说，150mm厚加筋与200mm不加筋沥青混合料可以相比，这就意味着节省了100mm的材料厚度。Steinberg在1992年的国外运输研究会议上介绍了美国几个州采用格栅加筋处理沥青路面车辙和推挤所取得的实绩8：Texas州于1988年在10号州际公路中车辙较重的段采用Tensar ARI格栅加强，经过四年行车作用，现路面完好；Mainne州自1976年开始就将格栅用于路面中，1984年在Topfied Danforth路线中车辙严重的地段进行Tensar ARI格栅加强，1988年的报告表明现今路面使用良好；Mainne州在1985年采用玻纤格栅加强路面；New Mexico州在四个路段分别用玻纤格栅和Tensar ARI格栅加强路面。日本铺装（株）技术研究所和前田道路（株）技术研究所等人通过室内外试验，肯定了Tensar ARI减少车辙的作用56。挪威特隆赫姆郊外工业区内的一段试验路在50mm加铺层底面用Tensar ARI加强。原有道路有纵向塑性变形，车辙较深(约75mm)，于1984年8月对其中的400m进行格栅补强，另外铺长50m的不设聚合物网格的对比路段。1986年7月对现场的观测表明，聚合物网格栅加强的路段没有出现开裂或车辙的迹象，而在对比路段，轮迹地带有车辙。对于国内材料，长沙交通学院陈晔、张起森等对湖北力特塑料制品有限公司生产的CE131 Netlon格栅进行研究，通过理论分析，认为车辙变形主要与流动动力参数Ks有关3： Ks=s/m ds (1-1)式中：- 剪切强度 m - 平均法向应力Ks越大，外力引起的使沥青混合料流动、松胀效应越强烈，从而车辙越明显。因抗车辙表征的是沥青混合料的高温稳定性，由于沥青混合料温度升高，模量降低较快，使得土工格栅在其中能分担一部分力的作用，加铺土工格栅的/m较未铺设Netlon格栅的/m小，故而能减少车辙，同时根据试验得知，格栅铺设离表面越近，其减少车辙效果越显著，该形式下的变形率可减少59%，动稳定度增加141%。东南大学杨军博士通过车辙试验，对相同材料与级配下，加与不加CE131格栅的沥青混合料的高温稳定性进行了对比研究，由沥青混合料车辙形成过程，分析了格栅的加入使沥青混合料结构稳定性改善的原因，得出格栅的加入使沥青混合料的结构更加稳定，是减少沥青路面车辙的有效措施。1.4论文研究内容 1、研究内容 鉴于直接进口Tensar及玻纤格栅价格昂贵，而采用国内材料生产的格栅强度及模量略低于进口格栅，同时国内对格栅加筋沥青路面的专题研究很少，故本文打算在国外已研究的成果和基础上结合国内实际情况，研究出适合我国沥青路面使用的格栅品种，研究内容包括：（1）对于不同品种的格栅，其性能不尽相同，故而其适用范围也有所区别。针对国产塑料格栅及玻纤格栅，分别测试其性能及规格，以研究适合沥青路面使用的格栅品种； （2）针对国产格栅，通过理论与试验相结合的手段，分析其在抵抗车辙中的作用及其抵抗车辙变形的机理； （3）研究国产格栅的施工技术要求。 2、研究的方法和手段 本文采用研究复合材料的原理和方法，运用试验研究与理论分析相结合的手段，在分析复合材料各组分性能的基础上，研究格栅沥青混合料的主要性能，通过对流变学模型的分析，提出适合车辙预估的模型，通过对格栅与沥青混合料共同作用机理的分析，研究格栅在抵抗沥青路面车辙中的作用。 （1）参考国内外格栅测试方法，研究国产CE131格栅及玻纤格栅的物理性能及力学性能，以便更好地分析格栅加筋的机理；提出适合沥青路面用的格栅品种。 （2）以材料与级配相同的沥青混合料为基体，对不同格栅不同加筋方式的沥青混合料进行车辙试验、蠕变试验及三轴试验，研究格栅在抵抗高温变形中的作用以及格栅层位对变形的影响，找出抵抗高温变形的最佳格栅铺设位置以及格栅品种。 （3）根据沥青混合料的粘弹性特性，采用合适的流变学模型，描述沥青混合料加卸载变形过程，运用粘弹性有限元方法进行车辙预估，分析加筋与不加筋沥青混合料车辙的差异，并与车辙试验中实测变形进行比较，从理论上进一步说明格栅加筋路面结构减少车辙的作用。 （4）通过试验路铺筑，掌握格栅的铺设工艺，并观察格栅抵抗高温变形的能力。 第二章 格栅基本性能的研究土工格栅（Geogrid）是近几年土工材料中最新的一种产品，它是一种网状结构，开孔的网格在道路工程上使用时，土和集料在孔眼中联锁起来，它在路面结构层次中的抗拉强度能有效地得到发挥，这种材料用于沥青路面中，不仅能使路面抗高温变形能力加强，同时也对低温止裂有一定效果，另外对于抵抗基层反射裂缝则更显其优越性。因此，自土工格栅使用以来三十多年的时间，土工格栅发展迅速，其品种也越来越多，对于使用格栅的余地也越来越大，其材料有高压聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维聚脂丝等。由于生产厂家、生产品种、材料组成不同，其使用范围亦有所区别。国外对于格栅研究较早，对于产品的性能及使用方法有了一系列的成熟经验，然而直接进口国外格栅价格昂贵，而国内格栅产品性能等低于进口格栅，况且对于其研究较少，因此，其功能如何、使用方法怎样等均需经过试验及实践。 因此，对格栅加筋沥青路面研究，首先应了解作为加筋的材料格栅的基本性能，以便于了解其与沥青合料共同作用的机理，并找出适合于沥青路面加筋的格栅类型。 对格栅材料基本性能的研究，将在参考国内外土工结构、格栅及聚合物材料的物理力学测试方法的基础上，进行国产格栅的基本性能的测试。 通过比较，本试验主要选用山东泰安塑料一厂生产的CE131塑料格栅及南通东南工程材料有限公司生产的GG2000-II型玻纤格栅。CE131格栅是从英国Netlon公司引进的生产线，以高密度聚已烯为主要原料，配以抗老化剂、色母等经挤出、旋转模头成型、冷却、分切、收卷等工艺加工制成的，平面布置为规则的六边形网格结构，如图2.1所示。聚已烯为具有烷烃的化学结构，为惰性聚合物，耐酸、耐候、耐药品性，且无生锈，不腐蚀，几乎具有半永久性。GG2000-II型玻纤格栅是由玻璃纤维束纺织而成的网格结构，平面布置为矩形网格结构，如图2.2所示，其主要成分属硅酸盐，是一种理化性能极其稳定的材料，具有很高的耐热性和优异的耐寒性，强度大、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀、膨胀系数低，尺寸稳定性好等优点，其结点用聚脂丝绕结处理，使结构稳定，表面以优质改性沥青处治，以防老化及利于与沥青混凝土材料结合。图2.1 CE131格栅平面结构 图2.2 GG2000-II玻纤格栅平面结构2.1 格栅材料物理性能的研究 研究格栅材料的物理性能，主要从以下几个方面进行： (1) 格栅网格尺寸的测定，以了解格栅对于粒料的嵌锁能力； (2) 格栅耐温性能的考察，以了解格栅适宜的使用温度； (3) 格栅温度收缩系数的测定，以了解如何最大限度地发挥格栅的加筋作用。2.1.1格栅网格尺寸的测定 格栅的几何尺寸决定了其与周围粒料的嵌锁能力，格栅网孔尺寸必须足够大以使颗粒能够通过，同时，其网孔尺寸必须规则、分布均匀，网孔面积应大于50%。格栅厚度，特别是肋和结点必须有足够的厚度方能提供足够的嵌锁能力和抗拉能力。格栅网格尺寸的测定在较大范围的格栅材料上进行。用游标卡尺测定边长（矩形网格）或对角距离（六边形网格），如图2.3所示，测出10个网格的尺寸，取其平均值，并精确至0.1mm。图2.3 格栅网孔尺寸测试示意图表2-1 格栅网孔尺寸格栅型号量值平均值（mm）CE131距离1-128.002-227.503-333.50宽度13.0122.8134.10厚度12.0122.1233.89GG2000-II距离1-121.52-219宽度12.8221.85厚度11.0221.51 从表2-1中数据可以看出，CE131格栅与GG2000-II玻纤格栅具有良好的尺寸稳定性。土工格栅由于是编织压制成型，不存在一扣破坏，整个材料不能使用的情况，其形状尺寸稳定。从表中数据可以得出，CE131格栅适用于混合料最大粒径不宜超过27mm，而GG2000-II玻纤格栅则适用于混合料最大粒径不宜超过20mm，这样，才能保证格栅与粒料的嵌锁。2.1.2 耐温性能分析高密度聚乙烯的软化温度为90100，融点为100110，脆化温度-75，故其使用可能温度仅为-6080，即CE131格栅耐寒性好，耐热性则不好；而玻璃纤维其使用可能温度则为-100280，其耐寒及耐热性能均很好。由上述可知，由于沥青混合料的摊铺温度很高，达到140左右，而CE131格栅熔点较低，仅为100110，故其不适宜用于沥青路面中；而GG2000-II玻纤格栅则因其具有良好的耐温性能而适宜于各种场合。2.1.3 温度收缩系数测定格栅的平均线收缩系数以规定尺寸的矩形试样在规定的温度区间，以规定的速率降温时每降低1的收缩变形与试件原长度的比值：即 =L/L （2-1）式中： 为格栅的平均线收缩系数（/） L为每降低1时的收缩变形（m/） L为试件的原长度（m）试件型式的选择分别采用1根主筋、2根主筋、3根主筋，如图2.4所示图2.4 测定温缩系数格栅试件型式温度测试区间为-20120，降温速率10/h，不同温度下的试样长度用游标卡尺测量。表2-2 格栅的温度收缩系数格栅类型试件型式收缩系数（10-3/）-20101020203030404050506060120CE131(2727mm）(1)2.1432.0542.8361.5361.4371.6481.238(2)1.9832.1371.8481.6541.3481.2431.286(3)2.1041.9671.9431.4761.5361.1481.254GG2000-II（2020mm）玻纤格栅基本不收缩，用游标卡尺很难测出其收缩变形，据其它4文献，玻纤格栅温度收缩系数约为810-6/注：表中收缩系数是以常温30时格栅的长度为原始长度由表中数据可以看出，随着主筋数量的增加，格栅的线收缩系数有所降低，这是因为周围网格的约束影响，取最不利情况即1根主筋的收缩系数绘成图2.5。图2.5 CE131格栅温缩系数曲线从图2.5可以看出，随着温度的升高，格栅的线温缩系数有所降低，总的来说，在整个温度区间温缩系数是比较均匀的，另外可以得出，GG2000-II格栅比CE131格栅温缩系数小。2.2 格栅材料的力学性能研究目前国内外关于格栅力学性能的研究主要包括：抗拉强度、弹性模量、延伸率及蠕变特性。本文亦从这个方面着手，研究不同温度、不同加载速率下的格栅力学性能，以了解格栅不同的适用范围。2.2.1 格栅抗拉强度的测试格栅的抗拉强度和应变是主要的力学特性，在工程应用中，大多要涉及这种特性，也要求格栅具有一定的抗拉强度，因而格栅的抗拉强度是最基本的必不可少的指标。国内外对于抗拉强度的定义是统一的，均为单位宽度内格栅所能承受的最大抗拉力（KN/m）。由于试验条件等原因，实际上多数采用测试1根或几根主筋的抗拉力来求得格栅的抗拉强度。合理测试抗拉强度的方法应为：（1）应尽量消除格栅拉伸时出现的“颈缩”现象，使试验结果尽可能接近实际情况；（2）应有合理的加载速率；（3）应有较理想的夹具形式2.2.1.1 试验夹具的选定采用如图2.6 所示的夹具，这种夹具使试件在夹具内不打滑，同时又不会夹坏试件。图2.6 夹具示意图2.2.1.2 试件承拉主筋数的选定常温下，选用1根主筋、2根主筋、3根主筋（如图2.4），分别测得其抗拉力，如表2-3所示表2-3 格栅不同主筋根数的抗拉力格栅型号主筋根数抗拉力（KN）CE131117223303560GG2000-II1径向1234 纬向7142径向2503 纬向13993径向3715 纬向2233由表2-3可以看出，格栅抗拉力基本上随着主筋根数的增加成比例增加，故在下面试验中可选取2根主筋进行测试。如图2-7所示。格栅抗拉强度可通过下式计算： Tsn2Pf /n1 (2-2)Ts 抗拉强度（KN/m）Pf 测试的最大抗拉力（KN）n1 试件承拉主筋数n2 试件单位宽度内承拉主筋数图2.7 主筋受拉试件2.2.1.3 试验速率的确定参考国内外土工织物、聚合物抗伸试验的速率，本次试验速率取为V=50mm/min。2.2.1. 4 试样数量选定为使试验结果具有均匀性、代表性，试样数量选取不少于6个。2.2.1.5 抗拉强度测试聚合物材料的拉伸强度随温度不同，有较大的变化。此外沥青混合料为温度敏感性材料，不同温度下的抗拉强度不同。因此，分析格栅在不同温度下的抗拉性能，能更好地分析、探讨其与沥青混合料共同工作的适用性。测试了不同温度下（25130）格栅的抗拉强度，抗拉强度由拉力机读取，如表2-4所示：表2-4 不同温度下格栅的抗拉强度格栅型号温度()254050607090110CE131抗拉强度(KN/m)5.855.234.844.243.843.262.45GG2000-II抗拉强度(KN/m)径向62.458.558.357.655.453.251.1纬向34.134.333.933.732.531.631.3由表中可以看出，随着温度升高，CE131格栅的抗拉强度显著降低，而GG2000-II格栅的抗拉强度随温度变化不大；另外，可以得出，GG2000-II格栅抗拉强度远大于CE131格栅抗拉强度。图2.8 格栅抗拉强度与温度关系曲线2.2.2 延伸率计算根据表2-4的格栅在最大拉力下的伸长量，可求出格栅的延伸率，延伸率计算式为： =L/L0 (2-3)式中： 延伸率（%）