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采用高速摄像机与数字图像相关（DIC）技术连续测量不同再生砂含量及强度等级RSC的单轴压缩变形，结果表明RSC泊松比为0.192–0.388，高速DIC获得的全场应变与横向变形数据进一步揭示了其从初始压密、弹性变形到局部应变集中和最终破坏的演化过程。
1、实验背景
再生砂（Recycled Sand，RS）约占再生骨料总量的40%–60%，其资源化利用是建筑固废再生利用的重要方向。但相较于再生粗骨料混凝土，RS对混凝土受压强度、变形能力以及界面过渡区性能的影响仍不清晰。工程结构分析中，仅采用抗压强度难以完整描述再生砂混凝土（Recycled Sand Concrete，RSC）的受力特征，还需获得峰值应变、弹性模量、泊松比以及破坏过程中的应变场演化。
中国铁道科学研究院研究团队引入千眼狼(Revealer)高速摄像机+DIC全场测量技术，开展RSC棱柱体和立方体单轴压缩试验，表征RSC受压全过程全场应变。详细研究成果：doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.141365
2、实验设备：高速摄像机为DIC提供连续散斑图像
再生砂混凝土RSC单轴压缩高速DIC实验系统由试验机、高速摄像机、RDIC数字图像相关软件共同构成。测量链路上，高速摄像机负责获得连续、高时间分辨率的原始图像序列，DIC负责从散斑位移中反演位移场和应变场。对于混凝土单轴压缩实验，DIC测量无需在试件表面布置单点接触式传感器，即可同时分析纵向与横向变形，并进一步获得泊松比和局部应变分布。
Fig.1-再生砂混凝土RSC单轴压缩高速DIC实验系统，Revealer高速摄像机正对随机散斑试件连续采集图像，RDIC数字图像相关软件计算全场应变和泊松比
3、实验方法
棱柱体和立方体试件按照GB/T 50081-2019进行单轴压缩测试。
高速DIC同步记录试件表面的变形过程，并用于获取应变数据。研究进一步选取棱柱体中央应力相对均匀区域，分析纵向应变与横向应变的演化关系，由此计算泊松比。
高速DIC宏观变形测量之外，研究还采用纳米划痕法测试微断裂韧性，并基于单轴压缩应力-应变曲线分析总应变能、弹性应变能和耗散能；随后结合统计损伤理论建立本构关系，并通过有限元方法研究不同高厚比RSC的强度尺寸效应。
4、实验数据
4.1 高速DIC获得RSC完整受压变形响应
不同RS含量RSC的应力-应变曲线表明，RS对力学性能的影响具有明显的强度等级差异。
C20 RSC的峰值应力随RS含量增加而提高。与RSC20-0相比，RSC20-50和RSC20-100分别提高5.9%和17.3%。
C40和C60则在50% RS时达到较高峰值应力。RSC40–50较RSC40–0提高10.2%，RSC40–100降低6.4%；RSC60–50提高10.1%，RSC60–100降低6.4%。
弹性模量呈现相近趋势。C20 RSC的弹性模量随RS增加而提高，50%和100% RS分别提高8.7%和12.9%；C40、C60则总体表现为50% RS条件下较高。
结果表明，RS掺量并不存在统一的单调效应，其作用与RSC强度等级密切相关。高速DIC提供的连续应变数据则为峰值应变、弹性模量以及完整应力-应变关系的获取提供了图像测量基础。
Fig.2- 高速DIC测量不同再生砂含量及C20、C40、C60强度等级RSC棱柱体(上)和立方体(下)单轴压缩应力应变曲线，对比再生砂含量对峰值应力、峰值应变及峰后变形响应的影响
4.2 高速DIC定量表征泊松比与横向变形
研究利用高速DIC监测棱柱体中央均匀受力区域的纵向和横向变形。加载初期，C20和C40 RSC的泊松比约为0.2，C60约为0.1~0.2；在归一化纵向应变0.1ε/εcr～0.7ε/εcr 范围内，泊松比总体平稳发展，而当应变超过 0.7ε/εcr 后，随着试件接近破坏，泊松比快速增加。
最终测得各组RSC泊松比为 0.192–0.388，横向变形较普通混凝土典型泊松比0.2更为显著。随着强度等级提高，泊松比总体下降；C20 RSC的泊松比随RS含量增加而提高，而C40和C60均在50% RS时取得最低值。
传统单点轴向位移测量难以同时描述这种横向变形过程，高速摄像机连续采集+DIC全场计算能够在同一图像序列中同步获得纵向和横向应变，为RSC泊松比及临近破坏阶段的横向膨胀提供定量依据。
Fig.3- 高速DIC测量不同再生砂含量C20、C40和C60 RSC单轴压缩过程中泊松比演化
4.3 全场应变云图揭示RSC受压破坏演化
相较于单一应变数值，DIC能够获得试件表面的空间连续应变场。实验依据应力-应变关系与纵向应变场，将RSC单轴压缩过程划分为四个阶段：
I. 初始加载阶段，原生裂隙逐步闭合，加载板摩擦约束使试件上下端出现非均匀应变，而中央区域相对均匀。
II. 进入线弹性阶段后，试件整体变形较均匀，新裂纹较少，耗散能保持较低水平。
III. 继续加载后，弱区局部应变逐渐集中并进入裂纹快速扩展阶段，耗散能明显增加。
IV. 峰值应力之后，局部高应变区进一步发展并逐渐形成斜向集中带，裂纹发生贯通，最终导致试件破坏。
高速DIC将连续高速图像转换为定量全场应变信息的直接结果，它将宏观应力—应变曲线中的不同阶段与试件表面的应变局部化过程对应起来。
Fig.4-千眼狼(Revealer)高速摄像机结合高速DIC测量再生砂混凝土RSC单轴压缩纵向全场应变，展示初始裂隙闭合、线弹性、局部应变集中、裂纹扩展及斜向破坏带形成过程。
5、实验结论
研究通过单轴压缩、高速DIC、ITZ纳米划痕、能量损伤分析及有限元模拟，对不同RS含量和强度等级RSC进行了多尺度表征。核心结论如下：
I. 再生砂含量对RSC单轴受压性能的影响具有明显强度等级差异。C20 RSC的峰值应力和弹性模量随RS含量增加而提高；C40和C60 RSC均在50% RS条件下表现出较优的力学响应。RSC泊松比为0.192–0.388，整体表现出横向变形特征。
II. 高速摄像机与高速DIC实现了RSC受压全过程的非接触全场变形测量。千眼狼(Revealer)高速摄像机连续采集试件表面散斑图像，经DIC计算获得纵向应变、横向应变、泊松比及全场应变分布；结果显示，随着加载推进，试件由相对均匀变形逐步发展为局部应变集中，并在峰值应力后形成明显斜向高应变区。
III. 高速DIC获得的宏观变形数据为RSC受压机理分析提供了关键实验基础。研究进一步结合ITZ微断裂韧性、能量损伤分析及尺寸效应研究，对RSC宏观承载、局部变形与破坏行为进行了多尺度表征。
本研究表明，高速摄像机与高速DIC能够将RSC单轴压缩试验从传统整体力学参数测量扩展到纵向应变、横向应变、泊松比及全场应变局部化的同步表征，为再生砂混凝土受压变形与破坏机理研究提供更完整的实验数据基础。
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