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原文传递基于分子动力学模拟的泡沫沥青-集料界面黏附性研究

论文题名：	基于分子动力学模拟的泡沫沥青-集料界面黏附性研究
关键词：	道路工程;泡沫沥青;分子动力学;黏聚性;界面黏附性
摘要：	泡沫沥青混合料是由泡沫沥青、集料和填料为主要成分的经济环保路面材料，由于泡沫沥青中含有未蒸发而残留的水分，导致泡沫沥青的物理性质及混合料中沥青与集料的界面黏附性受到影响，从而影响泡沫沥青混合料的整体性能。目前关于泡沫沥青的物理性质及泡沫沥青与集料界面黏附性的研究主要依赖于室内宏观试验，这无法从根本上揭示泡沫沥青的物理性质及泡沫沥青与集料界面黏附作用机理。鉴于此，借助分子动力学(MD)模拟方法，分析了泡沫沥青的物理性质，泡沫沥青-集料界面黏附性的影响因素，以及剪切作用对泡沫沥青-集料黏附性的影响，具体研究内容如下：　　（1）泡沫沥青分子模型的建立与验证　　采用4组分12分子沥青分子模型并向其中加入水分子来模拟泡沫沥青，以泡沫沥青密度及径向分布函数为评价指标验证了模型的合理性。结果表明，基于4组分12分子沥青模型建立的泡沫沥青模型能够代表真实的泡沫沥青。　　（2）泡沫沥青的物理性质研究　　通过计算泡沫沥青模型的力学模量、自由体积分数、内聚能密度及范德华能研究了泡沫沥青的物理性质。结果表明，泡沫沥青的自由体积分数大于基质沥青，水分子的加入增加了沥青分子链的运动空间和沥青大分子之间的距离，使沥青分子间作用力减弱，降低了泡沫沥青黏性，提高了泡沫沥青的玻璃化转变温度。　　（3）泡沫沥青-集料界面黏附性影响因素分析　　构建泡沫沥青-集料相互作用模型，分析了泡沫沥青含水率、集料类型、集料表面潮湿度和温度四种因素对泡沫沥青-集料界面黏附性的影响，应用统计学方法分析了含水率、温度和时长对泡沫沥青中水分子扩散的影响。结果表明，泡沫沥青-集料界面黏附性随着泡沫沥青含水率的升高呈现先增强后减弱的趋势；无论在集料表面干湿条件下，碱性集料与泡沫沥青的界面黏附性始终优于酸性集料与泡沫沥青的界面黏附性；温度越高，泡沫沥青与集料的黏附性越好；温度和时长对水分子的扩散具有显著影响。　　（4）剪切作用下泡沫沥青-集料体系破坏形式及界面黏附性劣化机理研究　　通过构建集料-泡沫沥青-集料“三明治”结构模型，施加不同的剪切速率及作用时长，研究了集料-泡沫沥青-集料结构体系在剪切作用下的破坏形式；通过改变体系温度、集料切面方向和泡沫沥青含水率来研究了环境及材料因素对集料-泡沫沥青-集料结构体系剪切破坏的影响。结果表明，在剪切距离一定时，剪切速率越快，越容易产生界面黏附性破坏；温度越高，泡沫沥青含水率越高，越容易产生泡沫沥青内部的黏聚性破坏；对于集料各向异性，用密勒指数(hlk)表示不同方向的集料切面，从集料与沥青的剥离情况可以看出碳酸钙的各切面与泡沫沥青的黏附性顺序为(018)＞(214)＞(104)；氧化硅的各切面与泡沫沥青的黏附性顺序为(001)＞(100)＞(101)；沥青与集料间的作用力主要是范德华力。
作者：	杨健
专业：	交通运输工程
导师：	郭乃胜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022