双绞合钢丝网加筋沥青路面的室内性能试验分析

查旭东，汤 涛，陈勇强，谢 耿

双绞合钢丝网是一种新型路面加筋材料，于20世纪80年代由意大利开发，并于近几年来引入中国［1］。路面加筋用双绞合钢丝网（Road Mesh）由专用机械编制而成，由双绞合的可调整尺寸的六边形钢丝网孔（标准尺寸为8cm×12cm）及横向每隔一定距离（标准尺寸为两个网孔间距16cm）插入加强筋条而组成，网面宽度为3.5～4m。其中，横向加强筋条可分为圆形加强钢丝和扁平扭结钢条两种［2］，而广泛采用的是圆形加强钢丝。对于横向设置圆形加强钢丝的双绞合钢丝网，其网格型号可分为常规型和高强型两种，常规型的绞合钢丝及横向加强钢丝的直径分别为2.4mm和4.4mm，高强型的绞合钢丝以及横向加强钢丝的直径分别为2.7mm和4.9mm。

1994年意大利在阿格里真市首次铺筑了400m2的试验路，验证了双绞合钢丝网的优良抗裂及抗车辙性能，并在欧洲得到广泛应用［3－4］。美国于1999年从欧洲引进双绞合钢丝网加筋沥青路面技术，因其优良的抗裂效果，至2008年铺筑了6.7×104m2的试验路［5］。随后，南非、英国、巴西、印尼、匈牙利、比利时、挪威、俄罗斯及爱尔兰等国家也先后铺筑了试验路，其抗裂、抗车辙均取得了优良的应用效果［6－7］。大量的工程实践和研究表明，双绞合钢丝网不仅能有效地防止沥青路面的反射开裂、疲劳开裂、车辙及结合部差异沉降开裂，而且能够减薄沥青面层厚度和增强沥青路面的抗疲劳性能［8－9］。

中国于2008年开始引进该项技术，并在湖南省和浙江省铺筑了多条试验路及实体工程［9］。其中，于2011年8～10月在湖南省娄新高速公路拓宽路段的新、老路面结合部铺筑了近8×104m2的实体工程，经两年时间的考验，至今抗裂、抗车辙和抗疲劳性能优良。然而，目前沥青路面双绞合钢丝网加筋技术在中国的研究和应用尚处于起步阶段，缺乏系统的设计和施工技术。为此，作者依托浙江省衢州市开化城关（独山）至江西省（白沙关）省际公路K6＋000～K6＋600段老路拓宽工程试验路［10－11］，为了比较不同筋材的加筋效果，拟选取双绞合钢丝网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅及聚酯长丝土工布等4种筋材，分别设置于基面层间和面层层间，进行了加筋组合试件的高温车辙和低温弯曲等路用性能试验，并设计了抗差异沉降模拟试验，从而分析比较双绞合钢丝网加筋沥青路面的性能。

1 筋材性能试验

两种横向加强筋条的双绞合钢丝网如图1所示，本试验采用应用广泛的图1（a）横向设置圆形加强钢丝的常规型双绞合钢丝网。

图1 双绞合钢丝网Fig.1 Double twisted steel wire mesh

通过试验，得到双绞合钢丝网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅及聚酯长丝土工布等4种筋材的性能指标，见表1。其中：纵向是指筋材沿路面行车纵向铺设的方向，横向是指垂直于行车方向；由于钢塑复合土工格栅表面有漆包线，皮是指漆包线。

表1 4种筋材性能试验结果Table 1 Test results of performances for 4kinds of reinforced materials

从表1中可以看到：

1）双绞合钢丝网与自粘式玻纤格栅是正交各向异性材料，纵向与横向的抗拉强度和延伸率各不相同。同时，双绞合钢丝网仅在横向的抗拉强度略小于玻纤格栅的，其他各个方向的抗拉强度均比其他筋材的高，且钢丝的弹性模量远远高于其他筋材的。这说明其强度高，抗变形能力强。特别是其设置有横向加强钢丝，加强了横向抗变形能力，在老路拓宽工程中，有利于提高结合部的抗差异沉降能力。

2）双绞合钢丝网网孔尺寸较大，混合料的大粒径集料能够穿过网孔，形成三维嵌锁网箍作用，有利于提高上、下层之间的粘结，以及沥青混合料层间的抗高温推移能力。

3）双绞合钢丝网采用镀锌（或者镀高尔凡）的钢丝编制而成，因此，其高温性能、整体性、耐腐蚀、抗蠕变及抗疲劳等性能均优于其他筋材的。

2 路用性能试验

为了评价不同筋材加筋沥青路面的高温和低温等路用性能，根据试验路路面结构和混合料类型及筋材铺设位置，采用加筋组合试件，分别进行高温车辙和低温弯曲等性能试验。试件组合分为基面层间和面层层间两种加筋方式，基面层间筋材铺设在沥青下面层与水泥稳定碎石基层之间，面层层间筋材铺设在沥青上、下面层之间。其中：试验路旧路面为水泥混凝土路面，并在其上加铺18cm 4.5%水泥稳定碎石基层＋6cmA－70＃普通AC－20C下面层＋4cm A－70＃普通AC－13C上面层；拓宽部分新路面为沥青路面，其上3层结构与旧水泥混凝土路面上的加铺结构相同并齐平，其下为20cm3.5%水泥稳定碎石底基层和15cm碎石垫层。试验时，沥青混合料和水泥稳定碎石混合料的原材料与配合比及透层和粘层的原材料与配合比均按现场实际情况选用和配制。

2.1 高温稳定性能

按图2中的两种组合方式，分别制备3层式300mm×300mm×150mm（基面层间加筋）和双层式300mm×300mm×100mm（面层层间加筋）车辙板加筋组合试件，并采用加厚的车辙仪进行60℃高温车辙试验，得到的试验结果见表2。

图2 加筋的车辙组合试件Fig.2 Reinforced composite rutting specimens

从表2中可以看到：

1）按不同筋材加筋组合试件的动稳定度由大到小依次排列的顺序为：双绞合钢丝网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅、聚酯长丝土工布及未加筋，其中：双绞合钢丝网加筋的双层式和三层式动稳定度分别是未加筋的3.2和2.6倍。这表明加筋有利于提高沥青路面的高温稳定性，且双绞合钢丝网的加筋效果最为显著。

2）筋材相同时，双层式比三层式组合试件的动稳定度高出5%～25%，其总变形减小了3%～12%。这说明筋材铺设在越靠近路表车轮位置时，高温性能增强越明显。因此，从提高沥青路面的抗车辙能力来看，筋材铺设在沥青面层层间时，其加筋效果最佳。

表2 高温车辙试验结果Table 2 Results of high temperature rutting test

2.2 低温抗裂性能

由于不同筋材的网孔尺寸差别较大，考虑到尺寸效应的影响，低温弯曲小梁试件尺寸统一取为300mm×150mm×100mm，且组合试件均为双层式。与图1类似，其中基面层间加筋去掉了沥青上面层。由此得到的－10℃低温弯曲试验结果见表3。

从表3中可以看到：

1）与未加筋的相比，各加筋组合试件的弯拉强度和破坏应变均有所提高，其中双绞合钢丝网加筋的提高幅度最大，其弯拉强度和破坏应变在基面层间加筋中分别提高了39.0%和30.2%，在面层层间加筋中分别提高了35.3%和21.4%。按低温抗裂性能由优到劣依次排列顺序为：双绞合钢丝网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅、聚酯长丝土工布及未加筋。这表明加筋可有效提高沥青路面的低温抗裂性，且双绞合钢丝网加筋的效果最佳。

2）从加筋位置来看，与未加筋的相比，筋材铺设在基面层间时的弯拉强度和破坏应变较铺设在面层层间时的提高幅度更大。同时，从试验过程裂缝扩展的情况来看，基面层间加筋的裂缝扩展速度小于面层层间加筋的。因此，双绞合钢丝网铺设在基面层间时，对提高沥青路面低温抗裂能力的效果最佳，且能加强沥青路面的抗疲劳和抗反射开裂能力。

表3 低温弯曲试验结果Table 3 Results of low temperature bending test

3 抗差异沉降性能试验

公路改、扩建工程中，新、老路基结合部容易产生差异沉降，即使较小的路基差异沉降也会在沥青路面中产生很大的附加应力，而导致路面结构开裂。特别是在新、老路面结合部的路表附近形成负弯矩区，会产生很大的拉应力，而导致沥青面层产生自上而下的开裂，形成纵向裂缝。

为了评价加筋沥青路面的抗差异沉降能力，作者设计了抗差异沉降性能模拟试验。其中，组合试件尺寸为300mm×300mm×100mm，加筋方式为基面层间加筋，加载方式与低温弯曲试验相似，但组合试件置于加载平台上的方式不同，即将组合试件倒置，水泥稳定碎石层置于上部，而沥青混合料AC－20C层置于下部，如图3所示。3点加载后，沥青混合料层处于受拉区，从而模拟差异沉降引起的沥青面层附加拉应力。

为了比较不同筋材抑制裂缝扩展的能力，在沥青混合料层拉裂后，停止加载，并测得组合试件的极限承载力。随后，再次对已开裂的组合试件进行加载，直至试件完全断裂为止，由此获得开裂试件的极限荷载作为残余极限承载力。相应的－5℃条件下的试验结果见表4。

图3 抗差异沉降模拟试验Fig.3 Simulated test of differential settlement resistance

表4 抗差异沉降模拟试验结果Table 4 Results of simulated test of differential settlement resistance

从表4中可以看到：

1）与未加筋的相比，加筋组合试件的极限承载力、弯拉强度和破坏应变均得到不同程度的提高，其中：双绞合钢丝网的弯拉强度和破坏应变分别提高了18.6%和15.3%。按极限抗裂能力由强到弱依次排列顺序为：双绞合钢丝网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅、聚酯长丝土工布及未加筋。这表明加筋提高了沥青路面的抗差异沉降能力，而双绞合钢丝网加筋的抗裂能力最强。

2）按残余承载力由大到小依次排列顺序为：双绞合钢丝网、钢塑复合土工格栅、自粘式玻纤格栅、聚酯长丝土工布及未加筋，其中：双绞合钢丝网加筋的残余承载力是未加筋的3.7倍。这表明双绞合钢丝网对裂缝扩展的抑制作用优于其他筋材。

4 结论

依托老路拓宽工程试验路路面加筋情况，选取双绞合钢丝网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅及聚酯长丝土工布等4种筋材，分别设置于基面层间和面层层间，进行了加筋组合试件的高温车辙、低温弯曲和抗差异沉降等性能试验，试验结果表明：

1）双绞合钢丝网采用专门防腐处理的钢丝编制，且横向设有加强钢丝，与其他筋材相比，其独特的三维网孔结构使其具有优良的物理力学性能，强度高，抗变形能力强，整体性好，耐腐蚀，抗疲劳。

2）按高温车辙动稳定度及低温弯曲弯拉强度和破坏应变由大到小依次排列顺序为：双绞合钢丝网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅、聚酯长丝土工布及未加筋。这表明不同筋材加筋后提高了沥青路面的高温抗车辙和低温抗裂性能，且双绞合钢丝网加筋效果最佳。同时，当筋材铺筑于面层层间时，有利于提高沥青路面的抗车辙能力；而当筋材铺筑于基面层间时，有利于提高沥青路面的抗裂能力。

3）抗差异沉降模拟结果与高、低温性能类似，与其他筋材相比，双绞合钢丝网加筋组合试件抗差异沉降的极限承载力、弯拉强度、破坏应变和残余承载力均最强。这表明其具有优良的抗差异沉降开裂能力，且能有效抑制裂缝扩展。

因此，双绞合钢丝网是一种性能优良的新型路面加筋材料，可在道路改、扩建的拓宽和加铺工程中推广应用。

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）：

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