雙絞合鋼絲網加筋瀝青路面的室內性能試驗分析

查旭東，湯 濤，陳勇強，謝 耿

雙絞合鋼絲網是一種新型路面加筋材料，于20世紀80年代由意大利開發，并于近幾年來引入中國［1］。路面加筋用雙絞合鋼絲網（Road Mesh）由專用機械編制而成，由雙絞合的可調整尺寸的六邊形鋼絲網孔（標準尺寸為8cm×12cm）及橫向每隔一定距離（標準尺寸為兩個網孔間距16cm）插入加強筋條而組成，網面寬度為3.5～4m。其中，橫向加強筋條可分為圓形加強鋼絲和扁平扭結鋼條兩種［2］，而廣泛采用的是圓形加強鋼絲。對于橫向設置圓形加強鋼絲的雙絞合鋼絲網，其網格型號可分為常規型和高強型兩種，常規型的絞合鋼絲及橫向加強鋼絲的直徑分別為2.4mm和4.4mm，高強型的絞合鋼絲以及橫向加強鋼絲的直徑分別為2.7mm和4.9mm。

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

中國于2008年開始引進該項技術，并在湖南省和浙江省鋪筑了多條試驗路及實體工程［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、老路面結合部鋪筑了近8×104m2的實體工程，經兩年時間的考驗，至今抗裂、抗車轍和抗疲勞性能優良。然而，目前瀝青路面雙絞合鋼絲網加筋技術在中國的研究和應用尚處于起步階段，缺乏系統的設計和施工技術。為此，作者依托浙江省衢州市開化城關（獨山）至江西?。ò咨酬P）省際公路K6＋000～K6＋600段老路拓寬工程試驗路［10－11］，為了比較不同筋材的加筋效果，擬選取雙絞合鋼絲網、自粘式玻纖格柵、鋼塑復合土工格柵及聚酯長絲土工布等4種筋材，分別設置于基面層間和面層層間，進行了加筋組合試件的高溫車轍和低溫彎曲等路用性能試驗，并設計了抗差異沉降模擬試驗，從而分析比較雙絞合鋼絲網加筋瀝青路面的性能。

1 筋材性能試驗

兩種橫向加強筋條的雙絞合鋼絲網如圖1所示，本試驗采用應用廣泛的圖1（a）橫向設置圓形加強鋼絲的常規型雙絞合鋼絲網。

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

通過試驗，得到雙絞合鋼絲網、自粘式玻纖格柵、鋼塑復合土工格柵及聚酯長絲土工布等4種筋材的性能指標，見表1。其中：縱向是指筋材沿路面行車縱向鋪設的方向，橫向是指垂直于行車方向；由于鋼塑復合土工格柵表面有漆包線，皮是指漆包線。

表1 4種筋材性能試驗結果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度和延伸率各不相同。同時，雙絞合鋼絲網僅在橫向的抗拉強度略小于玻纖格柵的，其他各個方向的抗拉強度均比其他筋材的高，且鋼絲的彈性模量遠遠高于其他筋材的。這說明其強度高，抗變形能力強。特別是其設置有橫向加強鋼絲，加強了橫向抗變形能力，在老路拓寬工程中，有利于提高結合部的抗差異沉降能力。

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

3）雙絞合鋼絲網采用鍍鋅（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于其他筋材的。

2 路用性能試驗

為了評價不同筋材加筋瀝青路面的高溫和低溫等路用性能，根據試驗路路面結構和混合料類型及筋材鋪設位置，采用加筋組合試件，分別進行高溫車轍和低溫彎曲等性能試驗。試件組合分為基面層間和面層層間兩種加筋方式，基面層間筋材鋪設在瀝青下面層與水泥穩定碎石基層之間，面層層間筋材鋪設在瀝青上、下面層之間。其中：試驗路舊路面為水泥混凝土路面，并在其上加鋪18cm 4.5%水泥穩定碎石基層＋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層結構與舊水泥混凝土路面上的加鋪結構相同并齊平，其下為20cm3.5%水泥穩定碎石底基層和15cm碎石墊層。試驗時，瀝青混合料和水泥穩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場實際情況選用和配制。

2.1 高溫穩定性能

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）車轍板加筋組合試件，并采用加厚的車轍儀進行60℃高溫車轍試驗，得到的試驗結果見表2。

圖2 加筋的車轍組合試件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穩定度由大到小依次排列的順序為：雙絞合鋼絲網、自粘式玻纖格柵、鋼塑復合土工格柵、聚酯長絲土工布及未加筋，其中：雙絞合鋼絲網加筋的雙層式和三層式動穩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定性，且雙絞合鋼絲網的加筋效果最為顯著。

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

表2 高溫車轍試驗結果Table 2 Results of high temperature rutting test

2.2 低溫抗裂性能

由于不同筋材的網孔尺寸差別較大，考慮到尺寸效應的影響，低溫彎曲小梁試件尺寸統一取為300mm×150mm×100mm，且組合試件均為雙層式。與圖1類似，其中基面層間加筋去掉了瀝青上面層。由此得到的－10℃低溫彎曲試驗結果見表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度和破壞應變均有所提高，其中雙絞合鋼絲網加筋的提高幅度最大，其彎拉強度和破壞應變在基面層間加筋中分別提高了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到劣依次排列順序為：雙絞合鋼絲網、自粘式玻纖格柵、鋼塑復合土工格柵、聚酯長絲土工布及未加筋。這表明加筋可有效提高瀝青路面的低溫抗裂性，且雙絞合鋼絲網加筋的效果最佳。

2）從加筋位置來看，與未加筋的相比，筋材鋪設在基面層間時的彎拉強度和破壞應變較鋪設在面層層間時的提高幅度更大。同時，從試驗過程裂縫擴展的情況來看，基面層間加筋的裂縫擴展速度小于面層層間加筋的。因此，雙絞合鋼絲網鋪設在基面層間時，對提高瀝青路面低溫抗裂能力的效果最佳，且能加強瀝青路面的抗疲勞和抗反射開裂能力。

表3 低溫彎曲試驗結果Table 3 Results of low temperature bending test

3 抗差異沉降性能試驗

公路改、擴建工程中，新、老路基結合部容易產生差異沉降，即使較小的路基差異沉降也會在瀝青路面中產生很大的附加應力，而導致路面結構開裂。特別是在新、老路面結合部的路表附近形成負彎矩區，會產生很大的拉應力，而導致瀝青面層產生自上而下的開裂，形成縱向裂縫。

為了評價加筋瀝青路面的抗差異沉降能力，作者設計了抗差異沉降性能模擬試驗。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相似，但組合試件置于加載平臺上的方式不同，即將組合試件倒置，水泥穩定碎石層置于上部，而瀝青混合料AC－20C層置于下部，如圖3所示。3點加載后，瀝青混合料層處于受拉區，從而模擬差異沉降引起的瀝青面層附加拉應力。

為了比較不同筋材抑制裂縫擴展的能力，在瀝青混合料層拉裂后，停止加載，并測得組合試件的極限承載力。隨后，再次對已開裂的組合試件進行加載，直至試件完全斷裂為止，由此獲得開裂試件的極限荷載作為殘余極限承載力。相應的－5℃條件下的試驗結果見表4。

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

表4 抗差異沉降模擬試驗結果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、彎拉強度和破壞應變均得到不同程度的提高，其中：雙絞合鋼絲網的彎拉強度和破壞應變分別提高了18.6%和15.3%。按極限抗裂能力由強到弱依次排列順序為：雙絞合鋼絲網、自粘式玻纖格柵、鋼塑復合土工格柵、聚酯長絲土工布及未加筋。這表明加筋提高了瀝青路面的抗差異沉降能力，而雙絞合鋼絲網加筋的抗裂能力最強。

2）按殘余承載力由大到小依次排列順序為：雙絞合鋼絲網、鋼塑復合土工格柵、自粘式玻纖格柵、聚酯長絲土工布及未加筋，其中：雙絞合鋼絲網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對裂縫擴展的抑制作用優于其他筋材。

4 結論

依托老路拓寬工程試驗路路面加筋情況，選取雙絞合鋼絲網、自粘式玻纖格柵、鋼塑復合土工格柵及聚酯長絲土工布等4種筋材，分別設置于基面層間和面層層間，進行了加筋組合試件的高溫車轍、低溫彎曲和抗差異沉降等性能試驗，試驗結果表明：

1）雙絞合鋼絲網采用專門防腐處理的鋼絲編制，且橫向設有加強鋼絲，與其他筋材相比，其獨特的三維網孔結構使其具有優良的物理力學性能，強度高，抗變形能力強，整體性好，耐腐蝕，抗疲勞。

2）按高溫車轍動穩定度及低溫彎曲彎拉強度和破壞應變由大到小依次排列順序為：雙絞合鋼絲網、自粘式玻纖格柵、鋼塑復合土工格柵、聚酯長絲土工布及未加筋。這表明不同筋材加筋后提高了瀝青路面的高溫抗車轍和低溫抗裂性能，且雙絞合鋼絲網加筋效果最佳。同時，當筋材鋪筑于面層層間時，有利于提高瀝青路面的抗車轍能力；而當筋材鋪筑于基面層間時，有利于提高瀝青路面的抗裂能力。

3）抗差異沉降模擬結果與高、低溫性能類似，與其他筋材相比，雙絞合鋼絲網加筋組合試件抗差異沉降的極限承載力、彎拉強度、破壞應變和殘余承載力均最強。這表明其具有優良的抗差異沉降開裂能力，且能有效抑制裂縫擴展。

因此，雙絞合鋼絲網是一種性能優良的新型路面加筋材料，可在道路改、擴建的拓寬和加鋪工程中推廣應用。

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）：

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