沥青路面结构层间加筋性能试验研究_黄立葵.pdf

第 20 卷 第 2 期2023 年 2 月铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and EngineeringVolume 20 Number 2February 2023沥青路面结构层间加筋性能试验研究黄立葵1,2，冯晓东1,2，夏爱辉3，姜正晖4，黄冰1,2(1.湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082；2.绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410082；3.马克菲尔(长沙)新型支档科技开发有限公司，湖南 长沙 410600；4.浙江数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012)摘要：为了研究钢丝加筋网在沥青路面结构层间的力学性能，探讨钢丝加筋网的行为机理，选择3种不同规格的钢丝加筋网、玻纤格栅和自粘式应力布共5种材料，通过车辙试验和层间剪切试验，研究不同加筋材料路面结构组合试件的抗车辙性能和层间抗剪切性能。通过3种规格钢丝网试件的拉拔试验，研究钢丝网在路面结构层间的锚固性能。研究结果表明：钢丝加筋网、玻纤格栅、自粘式应力布对于提高结构抗车辙能力都有积极的影响，钢丝加筋网因其“平面限制效应”，与集料有更强的嵌锁作用，抗车辙能力有显著改善；钢丝网与集料间的嵌锁导致钢丝网具有良好的“被动抗剪”作用，能改善结构层间抗剪能力，自黏式应力布和玻纤格栅因层间接触面的隔离作用，对界面抗剪强度有不利影响；型加强钢丝的抗拉拔能力和锚固稳定性比直丝型钢丝大大提高，增大加强钢丝直径也能提升型钢丝网的层间锚固性能；因型钢丝网受力变形后，提高了钢丝与层间材料之间的摩阻力和型驼峰的“端部承压”作用，型驼峰能显著提高钢丝网在路面结构层间的锚固性能。关键词：沥青路面；钢丝加筋网；抗车辙性能；抗剪切性能；锚固性能中图分类号：U414 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7029（2023）02-0600-11Experimental research on mechanical properties of pavement layer interface with reinforced materialsHUANG Likui1,2,FENG Xiaodong1,2,XIA Aihui3,JIANG Zhenghui4,HUANG Bing1,2(1.College of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China;2.Key Laboratory for Green&Advanced Civil Engineering Materials and Application Technology of Hunan Province,Changsha 410082,China;3.Maccaferri(Changsha)Enviro-Tech Co.,Ltd.,Changsha 410600,China;4.Zhejiang Digital and Intelligent Transportation Science and Technology Co.,Ltd.,Hangzhou 310012,China)Abstract:Five different types of reinforced materials such as three different sizes of steel wire mesh,fiberglass grid,and self-adhesive geotextile were selected for experiments to study the mechanical properties of pavement 收稿日期：2022-03-17基金项目：浙江省交通运输厅科技计划项目(2018019)；国家自然科学基金资助项目(51678232)通信作者：黄立葵(1964)，男，湖南浏阳人，教授，从事道路工程教学与研究；Email：DOI:10.19713/ki.43-1423/u.T20220488第 2 期黄立葵，等：沥青路面结构层间加筋性能试验研究layer interface with steel wire mesh and explore the reinforcement mechanism.The rutting resistance and interlayer shear resistance of composite specimens reinforced with different materials were studied using the rutting tests and interlayer shear tests,and the anchoring performance of steel wire mesh between pavement structural layers was studied using the pull-out tests.The results show that steel wire mesh,fiberglass grid,and self-adhesive geotextile have a positive effect on improving the rutting resistance of composite specimens.The anti-rutting ability of composite specimens reinforced with steel wire mesh was significantly improved due to the stronger interlocking effect with the aggregates and the“plane confinement effect”.The steel wire mesh improves the shear resistance of composite specimens due to the satisfactory“passive shear”effect from the interlocking effect between steel wire mesh and aggregates.The self-adhesive geotextile and fiberglass grid have an adverse effect on the interlayer shear strength due to the isolation of the pavement layer interface.The pull-out resistance and anchoring stability of reinforced-type steel wire are greatly improved as compared to straight wires,and the increased diameter of reinforced steel wire could also improve the anchoring performance of-type steel wire mesh.The-type hump could significantly enhance the anchoring performance of steel wire mesh between structural layers as a result of an increase in the frictional resistance between steel wire and interlayer aggregate and the“end bearing”effect of-type hump after the deformation of the-type mesh.Key words:Asphalt pavement;steel wire mesh;rutting resistance;shear resistance;anchoring performance 沥青路面建设行业正不断寻求提高施工效率、改善路面性能、节约资源和推进环境管理的方案12。半刚性基层沥青路面在荷载和温度耦合作用下容易产生反射裂缝，雨水渗入裂缝进一步恶化路面状况34。为防止和延缓反射裂缝，通常在路面结构中铺设筋材、增加路面结构层厚度、使用改性沥青等，以此增强沥青层的抗疲劳性能58。土工合成材料是应用最广泛的路面加筋材料，能有效防止沥青路面的反射裂缝，提高沥青路面的抗车辙性能，并在一定程度上减小沥青面层的厚度911。近年来，钢丝加筋网逐渐受到重视，相比于土工合成材料，钢丝加筋网具有更高的性价比和更好的长期性能12。BROWN 等13对钢丝加筋网、玻纤格栅、土工布进行了层间剪切试验和疲劳性能试验，表明钢丝加筋网试件层间粘结性能较好，设置钢丝加筋网的沥青层疲劳寿命提高了3倍。AL-QADI等14利用三维有限元分析，证明了钢丝加筋网可以提高沥青加铺层50%90%的使用寿命。ELSEIFI等15利用有限元模拟Virginia Smart Road的I和L路段路面结构，证实钢丝加筋网对路面的抗疲劳性能都有所改善。AHMED等16进行了疲劳试验和永久变形试验，表明钢丝加筋网能提高试件疲劳寿命和抵抗车辙变形的能力。VANELSTRAETE等17对钢丝加筋网、土工织物、玻纤格栅等加筋材料进行了数值模拟和室内试验，表明钢丝加筋网比其他几种材料具有更好的低温抗裂性能。CONI等18采用静力和动力分析方法研究了钢丝加筋网对沥青路面受力性能的影响，表明加筋网能够降低沥青路面的应力应变水平。ROMEO等19对设置钢丝加筋网的沥青混凝土试件进行了三点弯曲试验，并利用数字图像技术研究试件中应变变化和损伤分布，表明加筋网能提供更好的抗剪切性能，加筋网与沥青混合料的力学联锁优化了荷载的传递。NARENDRA等2021通过静载试验得出了钢丝加筋网对基层的荷载改善系数为1.41.9，通过直接剪切试验证明了加筋网试件层间剪切强度峰值高于土工格栅试件。查旭东等22建立了三维有限元模型，分析发现钢丝加筋网可以提高AC+PCC复合式路面结构抗开裂能力。MAZZOTTA等23对沥青层层间的钢丝加筋网进行了拉拔试验，证明型钢丝网在沥青层层间的锚固性能优于直丝型钢丝网。SUKU等24通过静载试验和重复加载试验证实了钢丝加筋网能够分散路面所受压力，减少路面变形，提高路面的使用寿命。TANG等25通过车辙试验和冻融劈裂试验，证明了钢丝加筋网试件有很好的抗车辙和抗开裂性能。查旭东等26选取钢丝加筋网、自粘式玻纤格栅、钢塑复合土工格栅和聚酯长丝土工布4种材料进行层间加筋601铁 道 科 学 与 工 程 学 报2023 年 2月试验，发现钢丝加筋网提高试件高温抗车辙性能和低温抗开裂性能效果最好。以往的研究表明，钢丝加筋网可以优化路面结构层间的荷载传递，改善加筋结构力学性能，提高路面抗疲劳和抗车辙性能，然而钢丝网加筋沥青路面的作用机制及影响因素研究甚少。本文选择3种不同规格的钢丝加筋网、玻纤格栅和自粘式应力布共5种材料，通过车辙试验和层间剪切试验，研究不同加筋材料路面结构组合试件的高温抗车辙性能和层间抗剪切性能，通过 3种规格钢丝加筋网试件的拉拔试验，研究钢丝网在路面结构层间的锚固性能，旨在进一步探讨沥青路面层间加筋的行为机理，综合评价不同类型加筋方式对沥青路面层间力学性能的改善效果，为工程应用提供参考。1 材料和试验方法1.1材料和准备过程1.1.1混合料设计试验所用SBS改性沥青技术指标如表1所示。粗细集料均为石灰岩集料，矿料级配如表2所示。采用马歇尔法确定混合料沥青用量27，AC-13最佳油石比为4.7%，AC-20最佳油石比为4.