基于界面微结构演变的乳化沥青冷再生混合料疲劳开裂细微观机理研究

Fatigue cracking mechanism for cold recycled mixture with asphalt emulsion (CRM) is the key fundamental issue that need to be studied. The project aims at investigating the fatigue cracking mechanism of CRM by microscopic cracking behavior and interfacial microstructure characteristic. Firstly, the microscopic cracking behavior and time-varying regularity of for CRM is studied by means of image processing technology and X-ray CT, and key parameters of microscopic cracking and fatigue cracking mode are determined. Then, the interfacial microstructure characteristic of CRM is investigated by means of SEM, laser raman spectroscopy and nanoindentation technology. Lastly, the association between microscopic cracking behavior and microstructure characteristic for interface between asphalt emulsion mortar and RAP of CRM under different curing times is qualitative and quantitative analyzed. The fatigue damage model with mesoscopic-microscopic unified is established and the meso-micro fatigue cracking mechanism of CRM under different curing times is revealed. The significance of the project is providing a theoretical basis for in-depth understanding and improving the fatigue cracking resistance of CRM as well as effectively applicating of CRM.

疲劳开裂机理是乳化沥青冷再生混合料应用中亟待重点研究的关键基础问题。本项目拟从细观开裂行为结合界面微观结构特征揭示冷再生混合料的疲劳开裂机理。首先，采用图像处理技术及X-ray CT研究冷再生混合料的细观疲劳开裂行为及时变规律，确定关键的细观开裂参数及疲劳失效模式；然后，基于细观开裂的特征区域，采用扫描电镜、激光拉曼光谱及纳米压痕等技术深入分析冷再生混合料中RAP-胶浆界面微观结构特征；最后，定性及定量分析疲劳开裂过程及不同养生时间下冷再生混合料细观疲劳开裂行为与界面微结构特征之间的关联性，建立细观-微观统一的疲劳损伤模型，揭示不同养生时间下乳化沥青冷再生混合料疲劳开裂的细微观机理。本项目的意义在于为深入认识及提升乳化沥青冷再生混合料的疲劳抗裂能力提供理论支撑，进而为推进乳化沥青冷再生混合料的高效应用提供理论基础。

沥青路面冷再生技术由于具有废旧沥青混合料（RAP）利用率高和能耗低等显著优势，在我国处于快速发展阶段。然而，沥青路面中冷再生混合料层疲劳抗裂性能不足已成为制约该技术发展的瓶颈，揭示疲劳开裂机理是乳化沥青冷再生混合料应用中亟待重点研究的关键基础问题。.本项目从细观开裂行为结合界面微观结构特征揭示了冷再生混合料的疲劳开裂机理。首先，采用半圆弯拉疲劳试验研究了冷再生混合料的疲劳开裂特性，建立了不同养生时间下冷再生混合料的疲劳方程；其次，采集了疲劳过程中冷再生混合料表面疲劳裂纹的扩展状态，深入分析了冷再生混合料表面一维裂纹的扩展规律，并建立了疲劳损伤演化模型；然后，采用多种微观测试方法深入分析了冷再生混合料二维疲劳断面的微观结构特征，获取了断面中“断点”的微观形貌演变和界面区显微硬度发展规律，研究发现随着养生时间的增加，冷再生混合料中水泥水化与乳化沥青破乳同步进行，且水泥水化产物与乳化沥青破乳形成的沥青膜也逐渐交织形成致密的结构，从而使得水泥乳化沥青砂浆的的硬度与模量增加；再次，基于X-ray CT研究了冷再生混合料疲劳加载过程中的三维空隙及裂缝演化，研究发现冷再生混合料中疲劳裂纹萌生后在荷载作用下形成主裂纹，主裂纹扩展过程中串连冷再生混合料中的孔隙，并主要通过集料-砂浆界面区域进行扩展；最后，结合不同维度下冷再生混合料疲劳裂缝的扩展规律以及冷再生混合料的界面微观结构特征，分析了冷再生混合料界面微结构演变与疲劳开裂的关联性，揭示了不同养生时间下冷再生混合料疲劳开裂的细微观机理，为提升冷再生混合料的疲劳抗裂能力提供了理论支撑。