雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋瀝青路面的室內(nèi)性能試驗(yàn)分析

查旭東，湯 濤，陳勇強(qiáng)，謝 耿

雙絞合鋼絲網(wǎng)是一種新型路面加筋材料，于20世紀(jì)80年代由意大利開(kāi)發(fā)，并于近幾年來(lái)引入中國(guó)［1］。路面加筋用雙絞合鋼絲網(wǎng)（Road Mesh）由專(zhuān)用機(jī)械編制而成，由雙絞合的可調(diào)整尺寸的六邊形鋼絲網(wǎng)孔（標(biāo)準(zhǔn)尺寸為8cm×12cm）及橫向每隔一定距離（標(biāo)準(zhǔn)尺寸為兩個(gè)網(wǎng)孔間距16cm）插入加強(qiáng)筋條而組成，網(wǎng)面寬度為3.5～4m。其中，橫向加強(qiáng)筋條可分為圓形加強(qiáng)鋼絲和扁平扭結(jié)鋼條兩種［2］，而廣泛采用的是圓形加強(qiáng)鋼絲。對(duì)于橫向設(shè)置圓形加強(qiáng)鋼絲的雙絞合鋼絲網(wǎng)，其網(wǎng)格型號(hào)可分為常規(guī)型和高強(qiáng)型兩種，常規(guī)型的絞合鋼絲及橫向加強(qiáng)鋼絲的直徑分別為2.4mm和4.4mm，高強(qiáng)型的絞合鋼絲以及橫向加強(qiáng)鋼絲的直徑分別為2.7mm和4.9mm。

1994年意大利在阿格里真市首次鋪筑了400m2的試驗(yàn)路，驗(yàn)證了雙絞合鋼絲網(wǎng)的優(yōu)良抗裂及抗車(chē)轍性能，并在歐洲得到廣泛應(yīng)用［3－4］。美國(guó)于1999年從歐洲引進(jìn)雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋瀝青路面技術(shù)，因其優(yōu)良的抗裂效果，至2008年鋪筑了6.7×104m2的試驗(yàn)路［5］。隨后，南非、英國(guó)、巴西、印尼、匈牙利、比利時(shí)、挪威、俄羅斯及愛(ài)爾蘭等國(guó)家也先后鋪筑了試驗(yàn)路，其抗裂、抗車(chē)轍均取得了優(yōu)良的應(yīng)用效果［6－7］。大量的工程實(shí)踐和研究表明，雙絞合鋼絲網(wǎng)不僅能有效地防止瀝青路面的反射開(kāi)裂、疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍及結(jié)合部差異沉降開(kāi)裂，而且能夠減薄瀝青面層厚度和增強(qiáng)瀝青路面的抗疲勞性能［8－9］。

中國(guó)于2008年開(kāi)始引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)，并在湖南省和浙江省鋪筑了多條試驗(yàn)路及實(shí)體工程［9］。其中，于2011年8～10月在湖南省婁新高速公路拓寬路段的新、老路面結(jié)合部鋪筑了近8×104m2的實(shí)體工程，經(jīng)兩年時(shí)間的考驗(yàn)，至今抗裂、抗車(chē)轍和抗疲勞性能優(yōu)良。然而，目前瀝青路面雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋技術(shù)在中國(guó)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。為此，作者依托浙江省衢州市開(kāi)化城關(guān)（獨(dú)山）至江西?。ò咨酬P(guān)）省際公路K6＋000～K6＋600段老路拓寬工程試驗(yàn)路［10－11］，為了比較不同筋材的加筋效果，擬選取雙絞合鋼絲網(wǎng)、自粘式玻纖格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵及聚酯長(zhǎng)絲土工布等4種筋材，分別設(shè)置于基面層間和面層層間，進(jìn)行了加筋組合試件的高溫車(chē)轍和低溫彎曲等路用性能試驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了抗差異沉降模擬試驗(yàn)，從而分析比較雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋瀝青路面的性能。

1 筋材性能試驗(yàn)

兩種橫向加強(qiáng)筋條的雙絞合鋼絲網(wǎng)如圖1所示，本試驗(yàn)采用應(yīng)用廣泛的圖1（a）橫向設(shè)置圓形加強(qiáng)鋼絲的常規(guī)型雙絞合鋼絲網(wǎng)。

圖1 雙絞合鋼絲網(wǎng)Fig.1 Double twisted steel wire mesh

通過(guò)試驗(yàn)，得到雙絞合鋼絲網(wǎng)、自粘式玻纖格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵及聚酯長(zhǎng)絲土工布等4種筋材的性能指標(biāo)，見(jiàn)表1。其中：縱向是指筋材沿路面行車(chē)縱向鋪設(shè)的方向，橫向是指垂直于行車(chē)方向；由于鋼塑復(fù)合土工格柵表面有漆包線(xiàn)，皮是指漆包線(xiàn)。

表1 4種筋材性能試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of performances for 4kinds of reinforced materials

從表1中可以看到：

1）雙絞合鋼絲網(wǎng)與自粘式玻纖格柵是正交各向異性材料，縱向與橫向的抗拉強(qiáng)度和延伸率各不相同。同時(shí)，雙絞合鋼絲網(wǎng)僅在橫向的抗拉強(qiáng)度略小于玻纖格柵的，其他各個(gè)方向的抗拉強(qiáng)度均比其他筋材的高，且鋼絲的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他筋材的。這說(shuō)明其強(qiáng)度高，抗變形能力強(qiáng)。特別是其設(shè)置有橫向加強(qiáng)鋼絲，加強(qiáng)了橫向抗變形能力，在老路拓寬工程中，有利于提高結(jié)合部的抗差異沉降能力。

2）雙絞合鋼絲網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸較大，混合料的大粒徑集料能夠穿過(guò)網(wǎng)孔，形成三維嵌鎖網(wǎng)箍作用，有利于提高上、下層之間的粘結(jié)，以及瀝青混合料層間的抗高溫推移能力。

3）雙絞合鋼絲網(wǎng)采用鍍鋅（或者鍍高爾凡）的鋼絲編制而成，因此，其高溫性能、整體性、耐腐蝕、抗蠕變及抗疲勞等性能均優(yōu)于其他筋材的。

2 路用性能試驗(yàn)

為了評(píng)價(jià)不同筋材加筋瀝青路面的高溫和低溫等路用性能，根據(jù)試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)和混合料類(lèi)型及筋材鋪設(shè)位置，采用加筋組合試件，分別進(jìn)行高溫車(chē)轍和低溫彎曲等性能試驗(yàn)。試件組合分為基面層間和面層層間兩種加筋方式，基面層間筋材鋪設(shè)在瀝青下面層與水泥穩(wěn)定碎石基層之間，面層層間筋材鋪設(shè)在瀝青上、下面層之間。其中：試驗(yàn)路舊路面為水泥混凝土路面，并在其上加鋪18cm 4.5%水泥穩(wěn)定碎石基層＋6cmA－70＃普通AC－20C下面層＋4cm A－70＃普通AC－13C上面層；拓寬部分新路面為瀝青路面，其上3層結(jié)構(gòu)與舊水泥混凝土路面上的加鋪結(jié)構(gòu)相同并齊平，其下為20cm3.5%水泥穩(wěn)定碎石底基層和15cm碎石墊層。試驗(yàn)時(shí)，瀝青混合料和水泥穩(wěn)定碎石混合料的原材料與配合比及透層和粘層的原材料與配合比均按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用和配制。

2.1 高溫穩(wěn)定性能

按圖2中的兩種組合方式，分別制備3層式300mm×300mm×150mm（基面層間加筋）和雙層式300mm×300mm×100mm（面層層間加筋）車(chē)轍板加筋組合試件，并采用加厚的車(chē)轍儀進(jìn)行60℃高溫車(chē)轍試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 加筋的車(chē)轍組合試件Fig.2 Reinforced composite rutting specimens

從表2中可以看到：

1）按不同筋材加筋組合試件的動(dòng)穩(wěn)定度由大到小依次排列的順序?yàn)椋弘p絞合鋼絲網(wǎng)、自粘式玻纖格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵、聚酯長(zhǎng)絲土工布及未加筋，其中：雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋的雙層式和三層式動(dòng)穩(wěn)定度分別是未加筋的3.2和2.6倍。這表明加筋有利于提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，且雙絞合鋼絲網(wǎng)的加筋效果最為顯著。

2）筋材相同時(shí)，雙層式比三層式組合試件的動(dòng)穩(wěn)定度高出5%～25%，其總變形減小了3%～12%。這說(shuō)明筋材鋪設(shè)在越靠近路表車(chē)輪位置時(shí)，高溫性能增強(qiáng)越明顯。因此，從提高瀝青路面的抗車(chē)轍能力來(lái)看，筋材鋪設(shè)在瀝青面層層間時(shí)，其加筋效果最佳。

表2 高溫車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of high temperature rutting test

2.2 低溫抗裂性能

由于不同筋材的網(wǎng)孔尺寸差別較大，考慮到尺寸效應(yīng)的影響，低溫彎曲小梁試件尺寸統(tǒng)一取為300mm×150mm×100mm，且組合試件均為雙層式。與圖1類(lèi)似，其中基面層間加筋去掉了瀝青上面層。由此得到的－10℃低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3中可以看到：

1）與未加筋的相比，各加筋組合試件的彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變均有所提高，其中雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋的提高幅度最大，其彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變?cè)诨鎸娱g加筋中分別提高了39.0%和30.2%，在面層層間加筋中分別提高了35.3%和21.4%。按低溫抗裂性能由優(yōu)到劣依次排列順序?yàn)椋弘p絞合鋼絲網(wǎng)、自粘式玻纖格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵、聚酯長(zhǎng)絲土工布及未加筋。這表明加筋可有效提高瀝青路面的低溫抗裂性，且雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋的效果最佳。

2）從加筋位置來(lái)看，與未加筋的相比，筋材鋪設(shè)在基面層間時(shí)的彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變較鋪設(shè)在面層層間時(shí)的提高幅度更大。同時(shí)，從試驗(yàn)過(guò)程裂縫擴(kuò)展的情況來(lái)看，基面層間加筋的裂縫擴(kuò)展速度小于面層層間加筋的。因此，雙絞合鋼絲網(wǎng)鋪設(shè)在基面層間時(shí)，對(duì)提高瀝青路面低溫抗裂能力的效果最佳，且能加強(qiáng)瀝青路面的抗疲勞和抗反射開(kāi)裂能力。

表3 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of low temperature bending test

3 抗差異沉降性能試驗(yàn)

公路改、擴(kuò)建工程中，新、老路基結(jié)合部容易產(chǎn)生差異沉降，即使較小的路基差異沉降也會(huì)在瀝青路面中產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力，而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。特別是在新、老路面結(jié)合部的路表附近形成負(fù)彎矩區(qū)，會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，而導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生自上而下的開(kāi)裂，形成縱向裂縫。

為了評(píng)價(jià)加筋瀝青路面的抗差異沉降能力，作者設(shè)計(jì)了抗差異沉降性能模擬試驗(yàn)。其中，組合試件尺寸為300mm×300mm×100mm，加筋方式為基面層間加筋，加載方式與低溫彎曲試驗(yàn)相似，但組合試件置于加載平臺(tái)上的方式不同，即將組合試件倒置，水泥穩(wěn)定碎石層置于上部，而瀝青混合料AC－20C層置于下部，如圖3所示。3點(diǎn)加載后，瀝青混合料層處于受拉區(qū)，從而模擬差異沉降引起的瀝青面層附加拉應(yīng)力。

為了比較不同筋材抑制裂縫擴(kuò)展的能力，在瀝青混合料層拉裂后，停止加載，并測(cè)得組合試件的極限承載力。隨后，再次對(duì)已開(kāi)裂的組合試件進(jìn)行加載，直至試件完全斷裂為止，由此獲得開(kāi)裂試件的極限荷載作為殘余極限承載力。相應(yīng)的－5℃條件下的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖3 抗差異沉降模擬試驗(yàn)Fig.3 Simulated test of differential settlement resistance

表4 抗差異沉降模擬試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of simulated test of differential settlement resistance

從表4中可以看到：

1）與未加筋的相比，加筋組合試件的極限承載力、彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變均得到不同程度的提高，其中：雙絞合鋼絲網(wǎng)的彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變分別提高了18.6%和15.3%。按極限抗裂能力由強(qiáng)到弱依次排列順序?yàn)椋弘p絞合鋼絲網(wǎng)、自粘式玻纖格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵、聚酯長(zhǎng)絲土工布及未加筋。這表明加筋提高了瀝青路面的抗差異沉降能力，而雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋的抗裂能力最強(qiáng)。

2）按殘余承載力由大到小依次排列順序?yàn)椋弘p絞合鋼絲網(wǎng)、鋼塑復(fù)合土工格柵、自粘式玻纖格柵、聚酯長(zhǎng)絲土工布及未加筋，其中：雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋的殘余承載力是未加筋的3.7倍。這表明雙絞合鋼絲網(wǎng)對(duì)裂縫擴(kuò)展的抑制作用優(yōu)于其他筋材。

4 結(jié)論

依托老路拓寬工程試驗(yàn)路路面加筋情況，選取雙絞合鋼絲網(wǎng)、自粘式玻纖格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵及聚酯長(zhǎng)絲土工布等4種筋材，分別設(shè)置于基面層間和面層層間，進(jìn)行了加筋組合試件的高溫車(chē)轍、低溫彎曲和抗差異沉降等性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）雙絞合鋼絲網(wǎng)采用專(zhuān)門(mén)防腐處理的鋼絲編制，且橫向設(shè)有加強(qiáng)鋼絲，與其他筋材相比，其獨(dú)特的三維網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，強(qiáng)度高，抗變形能力強(qiáng)，整體性好，耐腐蝕，抗疲勞。

2）按高溫車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度及低溫彎曲彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變由大到小依次排列順序?yàn)椋弘p絞合鋼絲網(wǎng)、自粘式玻纖格柵、鋼塑復(fù)合土工格柵、聚酯長(zhǎng)絲土工布及未加筋。這表明不同筋材加筋后提高了瀝青路面的高溫抗車(chē)轍和低溫抗裂性能，且雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋效果最佳。同時(shí)，當(dāng)筋材鋪筑于面層層間時(shí)，有利于提高瀝青路面的抗車(chē)轍能力；而當(dāng)筋材鋪筑于基面層間時(shí)，有利于提高瀝青路面的抗裂能力。

3）抗差異沉降模擬結(jié)果與高、低溫性能類(lèi)似，與其他筋材相比，雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋組合試件抗差異沉降的極限承載力、彎拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和殘余承載力均最強(qiáng)。這表明其具有優(yōu)良的抗差異沉降開(kāi)裂能力，且能有效抑制裂縫擴(kuò)展。

因此，雙絞合鋼絲網(wǎng)是一種性能優(yōu)良的新型路面加筋材料，可在道路改、擴(kuò)建的拓寬和加鋪工程中推廣應(yīng)用。

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