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原文传递集料化学成分/乳化剂传质机理的分子动力学模拟

论文题名：	集料化学成分/乳化剂传质机理的分子动力学模拟
关键词：	沥青路面;集料化学成分;扩散系数;乳化剂;传质机理;分子动力学模拟
摘要：	乳化沥青的破乳条件不可控性使得乳化沥青在实际应用过程中存在诸多阻碍，有关乳化沥青的破乳问题一直是路面材料科学领域的重大课题，然而目前相关理论都一致是集中于对乳化剂的研究来分析破乳机理，众多科研学者在解决这一问题时，也通常多侧重于考察乳化沥青的性能对其实际应用的影响，而忽略沥青混合料中另一主要成分-集料。因此本文从集料与乳化沥青的作用机制入手，通过分子动力学模拟的手段，重点研究了集料的化学组成，乳化沥青中的关键成分乳化剂在集料化学成分表面的传质机理，着重研究乳化剂的浓度、类型以及不同种类集料化学成分对界面传质的影响，为实现破乳条件可控的乳化沥青混合料工程应用提供初步的理论支撑。　　通过建立乳化剂（溶液）体系在集料五种化学成分表面的界面模型，对比动力学运算前后的界面模型图，得出结论:乳化剂分子结构在集料化学成分表面均发生变化，其中在MgO、CaO和SiO2的表面变化不明显，而在Fe2O3和Al2O3的表面变化显著。并且，两种乳化剂的结构变化也存在差异。表现为SDBS的亲油基与集料化学成分表面吸附，而亲水基远离表面;CTAC的亲水基与集料化学成分表面吸附，而亲油基远离表面。　　依据动力学运算之后生成的吸附状态最优模型，对乳化剂（溶液）体系在集料化学成分表面的界面模型体系依次进行势能运算，通过界面相互作用能公式计算得出界面能参数值。结果表明:乳化剂（溶液）体系在与集料化学成分表面接触时，均存在一定的吸附作用。同时，两种乳化剂的三组不同乳化剂溶液体系在集料化学成分表面吸附时，吸附能力大小的趋势一致，均表现为:SiO2＜MgO＜CaO＜Fe2O3＜Al2O3。并且乳化剂在SiO2、 MgO和CaO表面的界面能均较小且差异细微，而在Fe2O3和Al2O3表面的界面作用十分明显，存在较强的吸附作用。在同种乳化剂不同体系情况下，仅包含乳化剂分子的体系在集料化学成分表面的界面作用最小，乳化剂溶液体系浓度越高时，其在集料化学成分表面的界面作用能越大，即吸附作用越强。　　依据动力学运算之后生成的界面模型轨迹文件，选择界面模型中的乳化剂层结构、乳化剂的亲水基（Na+和Cl-）、以及S原子和N原子分别进行均方位移曲线计算，并通过聚类分析法对扩散系数数据进行分析。结果表明，当乳化剂分子直接与集料化学成分的表面接触时，其扩散均相对于乳化剂溶液体系要小得多，但总体趋势均为SiO2＞MgO＞CaO＞Fe2O3＞Al2O3。乳化剂溶液体系界面模型在集料化学成分表面的扩散要相对显著，尤其是乳化剂的亲水基Na+和Cl-在Al2O3、Fe2O3这两种化学成分的表面基本不发生扩散（表明乳化剂分子迅速吸附至这两种化学成分表面，扩散趋势渐缓），而在MgO、CaO和SiO2界面上的扩散相对于前两种化学成分均要明显。同时，当乳化剂浓度越高时其扩散系数越小。同种浓度条件时，CTAC在乳化剂/集料化学成分界面的扩散较SDBS显著。
作者：	曹慧平
专业：	交通运输工程
导师：	孔令云;严秋荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文