乳化沥青冷再生混合料的裂纹发展行为及抗裂机理研究

国内外研究表明乳化沥青冷再生路面均表现出优异的抗裂性能，但对其裂纹发展行为及抗裂机理缺乏研究。本课题拟从以下几个方面对其全面研究。首先，基于CT技术和数字图像处理技术分析乳化沥青冷再生混合料的颗粒分布、空隙分布和空隙特征，重构三维数值化模型。其次，基于Arcan疲劳试验和非接触式数字图像相关法（Digital Image Correlation, DIC）分析乳化沥青冷再生混合料在不同开裂形态下的裂纹发展行为和疲劳寿命；结合Arcan断裂验和疲劳试验的离散元方法（Discrete Element Method, DEM）模拟，分别得到界面强度和疲劳损伤参数。最后，通过对乳化沥青冷再生混合料和热沥青混合料疲劳开裂的仿真研究，建立离散元模型，全面分析不同因素对开裂过程和疲劳寿命的影响。并通过与热沥青混合料抗裂性能的差异性分析，揭示乳化沥青冷再生混合料的抗裂机理。

乳化沥青就地冷再生技术是以乳化沥青作为再生剂，适当添加水泥、新料等，采用就地冷再生机组设备对旧沥青路面进行铣刨、再生利用的一项技术。根据目前的长期跟踪观测，针对我国公路半刚性基层沥青路面，乳化沥青冷再生混合料作为干线公路的中下面层，路面使用状况良好，具有较好的工程和环境适应性，能够有效地延缓反射裂缝。.首先，以乳化沥青冷再生混合料为研究对象，根据初始压实阶段和设计压实阶段的压实曲线特征，提出初始压实能量指标PCEI和设计压实能量指标SCEI，用于评价乳化沥青冷再生混合料的压实特性，提出乳化沥青冷再生混合料设计压实次数Ndes确定的新方法。根据PCEI最大时对应的含水量和SCEI最小时对应的含水量，提出确定乳化沥青冷再生混合料的最佳含水量的新方法。.其次，利用X射线断层扫描技术分析乳化沥青冷再生混合料的细观结构。采用改进的OTSU法将乳化沥青冷再生混合料分割成粗集料、空隙、砂浆三部分。通过数字图像处理技术分析体积参数与分布特征。采用集料分布均匀性指数、平均长轴倾角、长轴倾角集中度、扁平比、棱角性指数以及表面纹理指数分析粗集料特征；根据空隙的数量、等效直径以及空隙“级配”分析空隙特征；通过沥青砂浆的厚度与分布形态分析沥青砂浆特征。.然后，采用Arcan断裂试验评价乳化沥青冷再生混合料的复合型抗裂性能，获取断裂强度、开裂角度和断裂能等关键参数。同时，结合非接触式数字图像相关法DIC捕捉Arcan断裂试验过程，计算断裂区域的位移场、应变场，分析乳化沥青冷再生混合料的复合型开裂行为。.接着，根据乳化沥青冷再生混合料的细观结构，在PFC3D软件中构建三维数字试件，改进传统的位移软化模型，确定合理的细观力学参数，进行Arcan虚拟试验。通过离散元模型中细观结构与力学参数的影响分析，研究乳化沥青冷再生混合料的抗裂机理。结果发现：相比于热拌沥青混合料，乳化沥青冷再生混合料具有较大破坏应变与较小的失效应力，有利于抗裂性能的提高。.最后，采用间接拉伸IDT疲劳试验与半圆弯曲SCB疲劳试验，同时结合DIC技术，分析乳化沥青冷再生混合料的疲劳开裂行为。结果发现：乳化沥青冷再生混合料在较低应力比条件下比热拌沥青混合料表现出更好的抗疲劳性能。.通过本文的研究成果，为沥青混合料的开裂行为与机理研究提供了有效的途径，同时有利于理解乳化沥青冷再生混合料的力学行为，提高乳化沥青冷再生混合料的抗裂性能。