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原文传递乳化剂烷基链长对CnTAC乳化沥青稳定性及破乳规律影响研究

论文题名：	乳化剂烷基链长对CnTAC乳化沥青稳定性及破乳规律影响研究
关键词：	公路建筑材料;阳离子乳化沥青;乳化剂;烷基链长;破乳规律
摘要：	在公路工程粘层、透层、封层、微表处等应用中，阳离子乳化剂烷基三甲基氯化铵（CnTAC，例如十六烷基三甲基氯化铵（C16TAC）、十八烷基三甲基氯化铵（C18TAC））应用广泛。为了实现对乳化沥青破乳速度的定量分析，进而实现可控的乳化沥青破乳速度，本文以4种CnTAC、集料（SiO2、CaCO3）、70#基质沥青等为研究对象，借助分子动力学模拟（MD）结合乳化沥青储存稳定性试验、差示扫描量热法（DSC）以及乳化沥青破乳速度试验等研究手段，探究了CnTAC乳化剂烷基链长对CnTAC乳化沥青稳定性及破乳规律的影响，主要研究内容及结论如下：　　（1）通过MD分别构建了沥青、CnTAC乳化沥青模型，并通过动力学计算验证了沥青模型的可靠性。同时，对CnTAC乳化沥青模型进行动力学计算得到稳定能、扩散系数等参数，以此来探究了CnTAC乳化剂掺量、烷基链长对CnTAC乳化沥青稳定性的影响。结果表明：本文所构建的沥青模型、乳化沥青模型均符合要求；适当增加CnTAC乳化剂烷基链长有助于降低CnTAC乳化沥青体系油水界面张力，提高体系稳定性；CnTAC乳化剂主要以静电力稳定乳化沥青体系；当CnTAC乳化剂掺量达到15%时，C16TAC乳化沥青的稳定性最好，且在15%掺量下CnTAC乳化沥青稳定性大小排序为：C16TACgt;C18TACgt;C14TACgt;C12TAC。　　（2）通过1d储存稳定性试验、差示扫描量热法（DSC）探究了CnTAC乳化剂掺量、烷基链长对CnTAC乳化沥青稳定性的影响，并通过灰色关联分析，以此来验证MD分析结果。结果表明：通过乳化沥青储存稳定性试验发现增加CnTAC乳化剂烷基链长、掺量，有助于提高CnTAC乳化沥青的储存稳定性，且在最优掺量4%时的储存稳定性大小排序为：C16TAC gt;C18TAC gt;C14TAC gt;C12TAC；通过DSC分析发现CnTAC乳化沥青在4%掺量下的吸热量最小，即在此掺量下CnTAC乳化沥青热稳定性最好；在最优掺量下，CnTAC乳化沥青的吸热量随CnTAC乳化剂烷基链长增加而减小，说明增加CnTAC乳化剂烷基链长有助于提高CnTAC乳化沥青的热稳定性，其热稳定性大小排序为：C16TACgt;C18TACgt;C14TACgt;C12TAC；通过灰色关联分析，验证了研究内容（1）中MD的分析结果，其中以MD中扩散系数与试验中1d储存稳定性的关联性最好。　　（3）通过MD构建了CnTAC乳化沥青/集料的层结构模型，通过动力学计算后得到的CnTAC乳化沥青相对浓度分布（CP）变化、扩散系数（MSD）和粘附能研究了CnTAC乳化剂烷基链长对CnTAC乳化沥青破乳的影响，并采用乳化沥青破乳速度试验验证MD分析结果，结果表明：通过MD计算发现增加CnTAC乳化剂烷基链长，使得CnTAC乳化沥青在集料表面的吸附速度减慢、吸附量减少、粘附性降低，进而减缓CnTAC乳化沥青在集料表面的破乳速度；通过乳化沥青破乳速度试验发现CnTAC乳化沥青的破乳速度随CnTAC乳化剂烷基链长增加而变缓，其结果MD结果一致，即在酸性集料SiO2表面的破乳时间大小排序为：C16TAC gt;C18TAC gt;C14TAC gt;C12TAC，在碱性集料CaCO3表面的破乳时间大小排序为：C18TACgt;C16TACgt;C14TACgt;C12TAC；通过MD和破乳速度试验发现，由于碱性集料（CaCO3）表面带有负电荷与CnTAC乳化沥青中的CnTAC乳化剂存在较大的静电作用，同时CnTAC乳化沥青在酸性环境下更为稳定，因此CnTAC乳化沥青在酸性集料（SiO2）的破乳速度整体慢于在碱性集料（CaCO3）中的破乳速度。
作者：	冯彪
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	孔令云
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022