基于DIC技术的高RAP掺量环氧改性热再生沥青混合料疲劳开裂特性研究

作     者：程龙 冉武平 张磊 冉晋 代晓敏 刘振清 

作者机构：新疆大学交通运输工程学院 新疆交通基础设施绿色建养与智慧交通管控重点实验室 东南大学智能运输系统研究中心 北京新路纵横交通科技有限公司 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51778142) 山东省重大科技专项(2022BH08) 新疆自然科学基金面上项目(2024D01C30) 新疆维吾尔自治区“天池英才”引进创新领军人才项目(51052401401) 新疆维吾尔自治区“天池英才”引进青年人才项目 新疆交通投资(集团)有限公司项目资助(ZKXFWCG-202211-010) 

主　　题：道路工程 再生沥青混合料 DIC技术 疲劳开裂 环氧沥青 Paris方程 

摘      要：环氧树脂力学性能优异，作为改性剂可大幅度提升RAP掺量，但高RAP掺量环氧改性热再生沥青混合料的（EMRAM）材料组成多样，导致其损伤分布特征和开裂行为产生复杂演化。因此，本文制作了90个半圆试件，分别进行单调加载试验和循环加载的SCB疲劳试验，引入数字图像关联技术（DIC）动态监测试件表面应变及疲劳裂纹扩展，分析普通沥青混合料、再生沥青混合料和EMRAM在疲劳过程中应变场与疲劳裂缝的演化规律，联合KD-tree算法捕捉EMRAM开裂路径，实现裂缝长度实时测量。同时，建立三维细观异质内聚力（CZM）有限元模型确定EMRAM开裂应变阈值，确保KD-tree算法测量裂缝长度的准确性。对比不同应力比下沥青混合料疲劳裂缝扩展速率，并构建Paris主曲线疲劳方程预测不同沥青混合料的疲劳寿命，进而评价RAP、环氧掺量对EMRAM疲劳寿命及开裂特性的作用机理。结果表明：在90%的荷载作用时间（Nf）内EMRAM都无裂缝产生，而普通再生沥青混料在20%的Nf内就产生的多条裂缝。普通再生沥青混合料和EMRAM的开裂应变阈值分别为2000με和5000με。构建的Paris主曲线疲劳方程可消除应力比对Paris参数的影响，在宽荷载范围内评估不同沥青混合料之间疲劳性能的差异。掺入环氧沥青后，再生沥青混合料疲劳寿命显著提升，环氧掺量越高，应力比越低，提升效果越明显，AC20、R50、R70、E30R70、E30R50和E50R50的疲劳寿命分别为：3.34E+07、5.35E+06、2.18E+06、9.21E+07、2.36E+08和1.0948E+09。