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土工格栅是一种主要的土工合成材料,与其他土工合成材料相比,它具有独特的性能与功效。常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃纤维土工格栅和聚酯经编涤纶土工格栅四大类。格栅是用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅,当作为土木工程使用时,称为土工格栅。塑料双向塑料土工格栅经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材,按其制造时拉伸方向的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔,然后在加热条件下施行定向拉伸。
单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成;双向拉伸格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。由于塑料土工格栅在制造中聚合物的高分子会随加热延伸过程而重新排列定向,加强了分子链间的联结力,达到了提高其强度的目的。其延伸率只有原板材的10%~15%。如果在土工格栅中加入炭黑等抗老化材料,可使其具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗老化等耐久性能。矿用矿用格栅是一种煤矿井下用塑料护帮网,以聚丙烯为主要原材料,经过阻燃、抗静电技术处理后,采用双向拉伸方法形成的整体结构的“双抗”塑料网。该产品便于施工,成本低,美观矿用土工格栅在煤矿工作中也称作煤矿井下用双向拉伸塑料网假顶,简称假顶网。
矿用土工格栅是专门为煤矿井下回采工作面假顶支护和巷道护帮支护设计制造的,是采用几种高分子聚合物并填加其它改性剂,经加热,挤压,成型,冲孔,拉伸,定型,卷取等工序制造而成。矿用土工格栅与金属纺织网,塑料编织网相比,具有重量轻,强度大,各向同性,抗静电,无腐蚀,阻燃的特点,是一种新型煤矿井下支护工程及土木工程用网状格栅材料。矿用土工格栅主要用于煤矿井下回采工作面假顶支护工程,矿用格栅亦可用作其它矿山巷道工程、边坡防护工程、地下土建工程和交通道路工程的土石锚固、加强的材料,矿用格栅是塑料纺织网的佳替代产品之一。
技术优势磨擦不易产生静电。在煤矿井下的环境里,塑料网表面电阻平均值均在1×109Ω以下。阻燃性能良好。可分别达到煤炭行业标准MT141-2005、MT113-1995规定的阻燃性能。便于洗煤。塑料网的密度在0.92左右,小于水的密度,在洗煤过程中,破碎的网片漂浮在水面,易于被冲洗掉。防腐蚀能力强,抗老化。便于施工和运输。塑料网相对比较柔软,在施工中不宜划伤工人,而且具有容易卷曲打捆,矿用格栅剪裁和比重轻的优点,因而便于井下运输、携带和施工。纵横方向均有较强的承载能力。由于这种塑料网是双向拉伸而非编织的,所以网孔蠕变量小,而且网孔尺寸均匀,能有效防止碎煤块的掉落,保护井下工人的和矿井下工人的和矿车运行的。应用领域该产品主要用于煤矿井下开采时的护帮,可作为锚杆巷道、支护巷道、锚喷巷道等多种巷道的支护材料。用于假顶时,双层以上联合使用。
玻纤土工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,可以抵抗住较大的拉应力而不致发生破坏。另外,即使因为局部区域产生裂纹,使裂纹发生处的应力过于集中,但经玻纤土工格栅的传递而逐渐消失,裂纹不再会发展成裂缝。在选用玻纤土工格栅时,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,以满足其作为控制反射裂缝夹层时有足够的横截面积来充分消散裂缝能量;同时,其网眼尺寸宜为其上沥青面层材料大粒径的0.5~1.0倍,这样有助于达到佳剪切胶粘性,促进集料嵌锁与限制。
玻纤土工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土工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土工格栅、聚丙烯土工格栅、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,结论是玻纤土工格栅铺设方便,控制反射裂缝效果为显著,且造价适中,因而建议推广应用。 在一些发达,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多年时间,在高等级公路、市政道路及机场道面等要求较高的领域应用相当广泛,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,玻纤土工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土工格栅用于沥青路面中防止面基层裂缝而引起的沥青面层反射裂缝的产生,经多年来的观察,效果明显,故在1997年至2002年沪宁高速公路的维修工程中,仍采用玻纤土工格栅,用于原路面洗刨后的新罩面层中,以增强罩面层强度,防止反射裂缝产生。
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玻璃纤维的主要成份是:氧化硅、是无机材料,其理化性能极具稳定,并具有强度大、模量高,很高的耐磨性和优异的对寒性,无长期蠕变;热稳定性好;网状结构使集料嵌锁和限制;提高沥青混合料的承重能力。因表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能,极大地提高了土工格栅的耐磨性及剪切能力。
有时配合自粘感压胶和表面沥青浸渍处理,使格栅和沥青路面紧密结合成一体。由于土石料在土工格栅网格内互锁力增高,它们之间的摩擦系数显著增大(可达08~10),土工格栅埋入土中的抗拔力,由于格栅与土体间的摩擦咬合力较强而显著增大,因此它是一种很好的加筋材料。同时土工格栅是一种质量轻,具有一定柔性的塑料平面网材,易于现场裁剪和连接,也可重叠搭接,施工简便,不需要特殊的施工机械和专业技术人员。*
作用原理:1、减缓反射裂缝
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。前者导致接缝或裂缝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。
由于土工格栅的模量很大,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0.6米,1.5米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。
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