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原文传递基于分子动力学的乳化沥青-集料界面粘附作用研究

论文题名：	基于分子动力学的乳化沥青-集料界面粘附作用研究
关键词：	乳化沥青;废旧沥青混合料;冷再生混合料;分子动力学;界面粘附
摘要：	乳化沥青冷再生技术是沥青路面最常用的冷再生方式之一，具有成本低、施工速度快、节能、减排环保以及良好的工程经济性等优势。乳化沥青冷再生混合料的明显问题是早期强度和养护时间，而界面特性是决定强度的重要因素。分子模拟技术具有物理化学分析的优越性，可以从分子运动的角度解释沥青体系的各种现象和性质，基于此，本文从分子角度研究乳化沥青-集料界面扩散吸附行为和乳化沥青冷再生混合料内部界面强度特性，为冷再生料强度形成机理分析提供依据。　　本文首先建立了乳化沥青冷再生混合料中乳化沥青、新旧集料、水泥水化产物的分子模型，并且就密度、溶解度参数、内聚能密度、玻璃化转变温度、粘度等参数对模型进行了比较分析验证。其次对乳化沥青在集料表面吸附行为进行了模拟分析，结果显示：在冷再生混合料中，水分子是乳化沥青向集料表面吸附的动力来源，乳化剂带动沥青分子最终吸附到集料表面，乳化剂接触在集料表面，充当集料和沥青之间的桥梁作用，以达到界面强度形成的目的。进一步通过润湿行为模拟分析水、集料、沥青三者之间的相互关系：与沥青相比，羟基化的α-石英表面具有高度亲水性。润湿模拟显示阳离子乳化剂CTAC相较于阴离子乳化剂SDBS与集料具有更好的吸附性。　　从分子角度计算分析乳化沥青冷再生混合料内部界面的粘附状态，结果显示：乳化沥青与集料粘附能范围为-215mJ/m2~-288mJ/m2，符合试验数据范围。当乳化剂含量增加时，阳离子CTAC乳化沥青与二氧化硅的结合力比阴离子SDBS乳化沥青强。温度对每种乳化沥青-集料界面粘附能影响不一致。而乳化剂含量为3％时，阴离子乳化沥青的抗水损害能力优于阳离子乳化沥青。常温下乳化沥青和基质沥青的内聚力占主导地位，这意味着在沥青和骨料之间的界面很可能发生破坏。Pull-out力学模拟分析得出不管是粘附还是粘聚，CTAC乳化沥青明显优于基质沥青和SDBS乳化沥青，这与粘附能计算结果趋势是吻合的。在常温下，拉拔模拟中界面粘附破坏更容易发生，粘聚力明显强于粘附力，这与粘附能计算得到的结果是一致的。乳化沥青与RAP的粘合能明显弱于乳化沥青与二氧化硅之间的粘合能，呈现弱结合或非结合状态。乳化沥青-RAP界面的抗水损害能力明显弱于乳化沥青-集料界面。水泥水化产物能够有效地提高乳化沥青-集料之间的粘附性。随着水泥水化产物中C-S-H凝胶含量的增加，乳化沥青砂浆与二氧化硅的结合强度会增加。能量和力学分析得到水泥乳化沥青砂浆-集料界面模型更容易发生粘附破坏。要增强冷再生混合料的强度，从乳化剂类型和用量、水泥水化产物种类和含量、RAP性能提升等方面增强界面间的粘附十分关键。
作者：	吴孟
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	张伟光
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022