【文章內(nèi)容簡介】 水利工程上試用，截止到 1986 年，我國累計土工布總產(chǎn)量約 100 萬 m2。進入 90 年代土工合成材料在道路工程中得到了廣泛應(yīng)用。目前主要應(yīng)用在以下幾個方面：（1）路堤加筋和軟弱地基處理；（2）臺背路基填土加筋；（3）過濾、排水及路基防護；（4）路面裂縫防治，土工合成材料在道路路面工程中的應(yīng)用主要是減少或降低反射裂縫的數(shù)量或程度，減少瀝青路面的車轍。雖然土工合成材料可適當(dāng)提高基層的疲勞壽命，同時可以降低路面的車轍程度，但是應(yīng)用效果并不令人滿意。國外對土工合成材料的應(yīng)用已有多年的歷史，1926 年美國在北卡羅林納州的高速公路采用了棉纖維土工布修筑公路。20 世紀(jì) 30 年代末或 40 年代初，聚氯乙烯薄膜應(yīng)用于土工的防滲；50 年代末期，. Ｂarrett 在美國佛羅里達州利用聚氯乙烯織物作為海岸混凝土護岸的翻修工程中，用以代替常規(guī)的砂石料反濾層；1956～1957 年著名的荷蘭三角洲工程用機織土工織物加固防海潮大壩；20 世紀(jì) 60 年代，合成纖維土工織物在美國、歐洲和日本逐漸推廣。20 世紀(jì) 70年代，美國使用聚丙烯（PP）針刺無紡織物解決了瀝青路面開裂問題。 20 世紀(jì) 80 年代初英國諾丁漢大學(xué)布朗教授和加拿大滑鐵盧大學(xué)漢斯教授，經(jīng)過三、四年的試驗和研究，首次將10000m2 土工格柵用于已裂縫的水泥混凝土路面的瀝青罩面加筋，以控制反射裂縫。目前全球發(fā)達國家在產(chǎn)品種類、質(zhì)量、應(yīng)用范圍的廣度與深度等方面的發(fā)展都比發(fā)展中國家快，尤以北美發(fā)展最快，歐洲則以德國、法國、荷蘭、意大利等西歐國家發(fā)展較快，亞洲主要是日本、馬來西亞、韓國發(fā)展較快，國外產(chǎn)品類型、品種較多，規(guī)格齊全，以非織造型、合成型、復(fù)合型所占比例較大。美國歐文斯?科寧公司是世界最大的玻纖生產(chǎn)廠商之一，它在全世界有 20 座玻纖工廠，年產(chǎn) 65 萬噸連續(xù)玻璃纖維，銷售額為 10 億美元，占公司總銷售額的 1/5。2022 年上市的聚酯玻纖布在美國 Kansas City of Missouri，Lakeland Florida，Orville of California, Texarkans of Arkansas 等諸多工程中得到了廣泛應(yīng)用，主要用于舊路面性能的修復(fù)、防裂和橋面防水，表 列出了幾個代表性工程，并統(tǒng)計了聚酯玻纖布的使用效果。表 聚酯玻纖布國外的應(yīng)用情況統(tǒng)計表聚酯玻纖布應(yīng)用位置實踐時間 實踐內(nèi)容 路用性能觀測堪薩斯州城綁，密蘇里州 土工織物與聚酯玻纖布（1500m 2）罩面（）對比 整體除少量裂縫以外，聚酯玻纖布路用性能良好佛羅里達州，湖泊地區(qū)在舊瀝青路面裂縫上加鋪 2in 或 熱瀝青覆蓋，聚酯玻纖布鋪500m2除聚酯玻纖布在近兩年來路用性能良好，其他新罩面均在 3個月內(nèi)出現(xiàn)裂縫密蘇里州，貝爾頓 土工織物與聚酯玻纖布實施的路面（1000m 2）對比 到目前為止沒有什么區(qū)別 伊利諾斯州，芝加哥 土工織物與聚酯玻纖布鋪設(shè)的路面（4000m 2）進行對比在城市街道實施，工作路用性能很好，土工織物施工較不方便懷俄明州（3000m 2） ，阿肯色州（ 22022m2） ，俄亥俄州恪守柯?。?60700m2）等其路用性能均較好 我國土工合成材料發(fā)展趨勢在法國圣戈班、美國歐文斯?科寧和 PPG“三巨頭”厚重的市場積淀面前，中國玻纖土工合成工業(yè)不動聲色地打破了國外品牌幾十年的市場壟斷格局。國內(nèi)土工合成材料的發(fā)展將由以紡織技術(shù)生產(chǎn)為主的形式轉(zhuǎn)向以適應(yīng)各種實際工程需要為目的進行生產(chǎn)，產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢向系列型、復(fù)合型、綜合型發(fā)展。復(fù)合土工布是這幾年國外大公司競相開發(fā)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品包括排水管與土工布復(fù)合，機織布與非織造布復(fù)合，大流量排水板與土工布復(fù)合等許多新型復(fù)合材料。我國在這方面則處于起步階段，現(xiàn)有的復(fù)合產(chǎn)品為復(fù)合土工膜、針刺機織布和非織造布復(fù)合土工布、非織造布復(fù)合結(jié)構(gòu)的排水管，并且還都處于試制和試用階段。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，每年全國公路維修中耗用的玻纖土工織物為 3000 萬 m2，再加上在今后的十年內(nèi)，我國將建高速公路 11600km，即平均每年新建約 1000 多 km，這一項將使用玻纖土工織物 2022 萬 m2，即總需求將突破 5000 萬平方米，由此表明玻纖土工織物尤其是復(fù)合型的土工合成材料在我國有著廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。 主要研究內(nèi)容聚酯玻纖布是一種新型的復(fù)合土工合成材料，在國內(nèi)外尚未開展研究，本文擬在以下幾個方面進行探索和研究：（1）通過室內(nèi)試驗研究聚酯玻纖布的物理力學(xué)性質(zhì)；分析評價聚酯玻纖布與瀝青面層的層間粘結(jié)效果。（2）通過室內(nèi)試驗對聚酯玻纖布復(fù)合瀝青混合料的低溫性能、抗永久變形性能、滲透性能等進行評價。（3）通過應(yīng)力控制和應(yīng)變控制的疲勞試驗，研究和探討聚酯玻纖布復(fù)合瀝青混合料疲勞性能和評價方法。（4）對反射裂縫的形成機理進行詳細(xì)的理論分析，并設(shè)計能模擬荷載型反射裂縫的試驗?zāi)Ｐ瓦M行室內(nèi)模擬試驗，分析聚酯玻纖布的防裂效果。（5）鋪筑試驗路，根據(jù)工程施工情況，總結(jié)聚酯玻纖布施工工藝，并評價聚酯玻纖布的使用效果和經(jīng)濟性。第二章 聚酯玻纖布的工程特性聚酯玻纖布（FiberglassPolyester paving mat）是隨著土工合成材料的發(fā)展，是美國歐文斯?科寧公司（Owens Corning）開發(fā)的一種新型土工合成材料，Koerner（1994）定義土工合成材料為浸透性的土工織物材料（Synthetic） ，通常在土壤、巖土或其他土工技術(shù)工程材料中使用以提高人工產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)或體系的性能和降低成本。 《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》 （JTJ/T10998）對土工合成材料的定義是：以人工合成的聚合物為原料制成的各種類型產(chǎn)品，是巖土工程中應(yīng)用的合成材料的總稱?？芍糜趲r土或其它工程結(jié)構(gòu)物內(nèi)部、表面或各結(jié)構(gòu)層之間，具有加強、保護巖土和其他結(jié)構(gòu)功能的一種新型工程材料。土工合成材料的歷史比較短暫，70 年代以后逐漸形成一門新的學(xué)科。進入 80 年代以后才以很快的速度發(fā)展起來。目前已廣泛應(yīng)用于水利、水電、公路、鐵路、建筑、海港、礦業(yè)、軍工等工程領(lǐng)域。土工合成材料的種類繁多，早期曾將其分成土工織物（Geotextile）和土工膜（Geomembrane）兩類（1977 年， 和 ） ，分別代表透水和不透水合成材料。近十年來大量的以合成聚合物為原料的其他類型的土工合成材料紛紛問世，復(fù)合材料、特種材料產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，已經(jīng)超出了“織物”和“膜”的范疇。1983 年 建議使用“土工合成材料” （Geosynthetics）一詞來概括各種類型的材料。當(dāng)今，比較一致的看法如《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》 （GB 5029098）所示，把土工合成材料分成四大類，即土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復(fù)合型土工合成材料（圖 21） 。??????????????????）復(fù) 合 排 水 材 料 （復(fù) 合 土 工 織 物復(fù) 合 土 工 膜復(fù) 合 型 土 工 合 成 材 料 等超 輕 型 合 成 材 料 ， ）土 工 格 室 （ ）土 工 墊 （ ）土 工 網(wǎng) （ ）玻 纖 網(wǎng) （ ）土 工 膜 袋 （ ）土 工 格 柵 （特 種 土 工 合 成 材 料 聚 合 物 土 工 膜瀝 青 土 工 膜）土 工 膜 （ ）無 紡 （ ）有 紡 （）土 工 織 物 （）土 工 合 成 材 料 （ drain teGocmpsEPSgeoclatnlsfbriomgedGeombranowvxilicsGeoynth圖 21 土工合成材料分類土工合成材料在工程建設(shè)中主要用于過濾、排水、隔離、加筋、邊坡防護和防滲等。土工織物在道路系統(tǒng)中的應(yīng)用主要集中在阻止細(xì)顆粒進入砂礫基層、排水或過濾路面系統(tǒng)中的水、阻止或延緩反射裂縫[Abdelhalim (1983), Barksdale(1991) 和 Koerner（1994）]。相關(guān)研究證明，盡管土工合成材料的應(yīng)用增加了路面系統(tǒng)的強度，但土工合成材料的應(yīng)用是為路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計的，而不是為加筋夾層的強度。 土工合成材料的原材料用作土工合成材料的聚合物一般有：聚乙烯（Polyethy： PE） 、聚丙烯（Polypropylene：PP） 、聚酯（Polyester ：PET） 、聚酰胺（Polyamide：PA） 、聚乙烯醇（ Polyvinylalchohol：PVA） 、聚氯乙稀（Polyvinglchloride：PVC ） 、聚丙烯酯（Polyacrylonitvritle：PAN） 、聚烯烴（Polyolefin：PO ） 、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene：PTFE ） 、聚氨基甲酸酯（Polyurethane：PUR） 、腈及腈橡膠（Nitrile rubber） 、氯醇橡膠（Chlorophdrin rubber） 、氯丁橡膠（Neprene） 、丁基橡膠（ Butyl rubber） 、聚苯乙烯（Polystyrene：PS ）等。雖然生產(chǎn)土工合成材料的原料相同，但由于聚合物分子量、結(jié)晶作用、添加劑及加工方式的差異，使土工合成材料在外觀及力學(xué)性質(zhì)等方面存在較大差別。 聚酯玻纖布的組成及特點聚酯玻纖布（FiberglassPolyester paving mat）是 60％玻璃纖維和 40％聚酯纖維組成的一種復(fù)合土工合成材料。經(jīng)研究，聚酯玻纖布與其它土工織物相比，它具有如下特點[2]：①抗拉強度高，延伸率低；②沒有長期蠕變性。聚酯玻纖布不發(fā)生蠕變，保證了產(chǎn)品能夠長期使用；③高溫穩(wěn)定性好。聚酯玻纖布的熔點在 230℃以上，在 230℃時聚酯玻纖布物理化學(xué)特性穩(wěn)定。所以，在 160℃熱鋪瀝青混凝土下穩(wěn)定性不受任何影響；④與瀝青和瀝青混合料具有良好的相容性。一般是在開裂的路面上均勻的噴灑瀝青粘油，再鋪土工織物夾層，熱鋪面層應(yīng)能吸收織物下的粘油使其達到飽和，故要求織物有良好的吸附能力，聚酯玻纖布滿足此要求。⑤化學(xué)穩(wěn)定性，經(jīng)過特殊處理后的聚酯玻纖布能防止各類化學(xué)侵蝕，抵制生物侵蝕和氣候變化。⑥聚酯玻纖布與粘層油形成防水層，即使面層出現(xiàn)裂縫，也能有效防止地表水下滲，從而保證基層材料不會被破壞。⑦施工沒有正反面，不易皺褶，方便施工。聚酯玻纖布主要用于路面養(yǎng)護，目前具體的應(yīng)用范圍有：高速公路、道路罩面、停車場、滲透性路面、機場道面等。 聚酯玻纖布的工程特性聚酯玻纖布（FiberglassPolyester paving mat）是繼土工布、土工格柵、條帶聚合物之后發(fā)展起來的一種新型復(fù)合土工合成材料。相關(guān)研究表明，所有以聚合物為基礎(chǔ)的產(chǎn)品均具有粘彈性，這與瀝青混合料的特性類同，故與瀝青混合料都有良好的相容性。很多工程實踐表明，玻纖格柵的孔徑與瀝青材料特別與上層瀝青混合料之間能提供很好的嵌擠作用，同時也能分散應(yīng)力，但不能夠防水；土工布能防止水下滲，但是土工布在熱瀝青混合料攤鋪溫度超過 160℃時，其性能可能不穩(wěn)定；而聚酯玻纖布克服了這兩者的缺點。本文主要研究聚酯玻纖布是否提高高速公路罩面防裂、防水、抗車轍（永久性變形） 、加筋等路用性能。自從 2022 聚酯玻纖布上市以來，在美國很多州（密蘇里州、佛羅里達州、賓夕法尼亞州、加利福尼亞洲、俄亥俄州）的諸多工程實踐中廣泛應(yīng)用，俄亥俄州的工程實踐表明：聚酯玻纖布中用乳化瀝青作為粘層油不能發(fā)揮粘結(jié)的效果；聚酯玻纖布能較好的處理路面裂縫、水損壞、車轍等的病害。 聚酯玻纖布的材料特性本試驗選用了兩種全新的聚酯玻纖布即 1＃和 2＃，均是美國歐爾斯?格寧公司（Owens Corning）生產(chǎn)的玻璃纖維和聚酯纖維復(fù)合的土工材料 ，用于 公路路面建設(shè)和養(yǎng)護工程中防裂和防水。按照試驗規(guī)程，對各種聚酯玻纖布的物理力學(xué)性能進行了試驗 [4]，每項指標(biāo)均試驗了 6 個平行試件，其主要試驗技術(shù)參數(shù)的均值見表 。表 兩種聚酯玻纖布的主要技術(shù)參數(shù)平 均 值試驗項目 單 位1＃ 2＃ 參 照 標(biāo) 準(zhǔn)單位面積質(zhì)量 g/m2 136 328 ASTMD5261厚度（2kPa） mm ISO986390T W kN/5cm SL/T2351999T 6 W ％ 6 5 SL/T2351999T 22 319梯形撕裂W kN 19 12 ASTMD4532握持強度 T N 238 232 ASTMD4632W 147 76T 10 W % 15 Mullen 脹破強度 kPa 395 317 ASTMD3786瀝青吸收量 L/m2 － Tex616J收縮率 ％ 0 0 Tex616J熔點 ℃ ＞230 ＞230 ASTMD276【注】：本試驗是委托江蘇南京水科院進行試驗的，送檢單位：美國歐文斯?科寧公司。僅僅對來樣負(fù)責(zé)。T 代表是縱向，W 代表是橫向。試驗結(jié)果分析：GB5029098 路面與道路反射裂縫的防治規(guī)定：其土工織物的單位質(zhì)量不應(yīng)大于 200g/m2；極限抗拉強度宜大于 8kN/m，耐溫性宜在 170℃以上。JTJ/T01998 規(guī)定加筋材料要求滿足縱向抗拉強度大于 6kN/m，橫向抗拉強度大于 5kN/m，拉伸模量大于 100kN/m。本試驗 1＃聚酯玻纖布延伸率稍大于同類玻纖土工織物，其極限抗拉強度縱向為 ，橫向抗拉強度 。隨著新材料的開發(fā)，合理的土工合成材料標(biāo)準(zhǔn)也有待進一步研究，要提出合理的強度指標(biāo)，以便于新材料的推廣應(yīng)用。 聚酯玻纖布浸透瀝青試驗道路上的行車荷載是一個連續(xù)不斷的反復(fù)荷載，路面層內(nèi)某一點的上方有車輛通過時，經(jīng)歷一個從受壓變成受拉、又變成受壓的循環(huán)過程。聚酯玻纖布在高速公路罩面工程中應(yīng)用，它與粘層油形成一個夾層存在于路面結(jié)構(gòu)中。路面是由集料、瀝青和聚酯玻纖布組成的一個復(fù)合結(jié)構(gòu)，必須考慮玻纖布作為復(fù)