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基于分子动力学的硫酸钙晶须改性沥青性能研究
| 论文题名： | 基于分子动力学的硫酸钙晶须改性沥青性能研究 |
| 关键词： | 无水硫酸钙晶须;原子力显微镜;分子动力学;界面相互作用;抗老化性能;改性沥青 |
| 摘要： | 沥青是一种复杂的多相态粘弹性材料，其宏观性能易受温度、老化、水分侵入影响。本文对无水硫酸钙晶须（AnhydrousCalciumSulfateWhisker，ACSW）进行无机-有机复合表面改性处理，将其用于沥青改性。从微观角度出发，通过原子力显微镜试验和分子动力学模拟相结合，对表面改性无水硫酸钙晶须（ModifiedAnhydrousCalciumSulfateWhisker，MACSW）改性沥青性能进行研究。主要结论有： （1）对比基质沥青和ACSW改性沥青，MACSW改性沥青的“蜂状结构”数量、总面积比最大，平均面积最小，粗糙度最大。短期老化会使MACSW改性沥青“蜂状结构”总面积占比减小、平均面积增大，粗糙度减小，且变化幅度最小。结果表明，MACSW改性沥青粘附性能和抗老化性能最优。 （2）分子动力学模拟结果表明，沥青-MACSW的粘附性更强，并且粘附能受温度升高影响而减小。MACSW与沥青相互作用加强了沥青同组分分子的聚集，沥青质在MACSW表面及中部区域均存在相对浓度峰值。该结果导致，MACSW改性沥青的胶核数量增多，在微观形貌上表现为“蜂状结构”的数量和总面积占比更大。老化影响下，沥青-MACSW的粘附性更强，沥青老化抑制了沥青在晶须表面的扩散能力。沥青各组分分布更靠近MACSW，且聚集程度更高。老化使沥青质含量增加并发生聚集，胶核结构变大，导致“蜂状结构”数量减少、面积逐渐增大。水分侵入削弱了沥青与MACSW的粘附性，且沥青-MACSW的水敏感性更低，抗水损害能力更强。 （3）基于力曲线试验和拉伸分子动力学模拟，研究了MACSW改性沥青微观力学特性。相比基质沥青和ACSW改性沥青，MACSW改性沥青的整体粘附力、杨氏模量、表面自由能最大，沥青-MACSW微观界面抗拉强度最大。受老化影响，MACSW改性沥青粘附力、表面自由能减小，杨氏模量增大，沥青-MACSW微观界面抗拉强度降低，并且各特征值的变化幅度更小。结果表明，MACSW改性沥青的微观力学性能和抗老化性能更好。 |
| 作者： | 万程磊 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 罗辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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