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基于分子模拟的温拌沥青机理研究
| 论文题名： | 基于分子模拟的温拌沥青机理研究 |
| 关键词： | 温拌沥青;分子动力学;吸附性能;沥青混合料 |
| 摘要： | 随着技术的进步，温拌沥青路面材料因具备较低的施工温度、节约资源、减少污染等特点，受到越来越多的重视与使用。目前，最为普遍的温拌工艺包括三类:有机降粘技术、发泡降粘技术以及表面活性剂工艺技术，其中，表面活性剂工艺技术通过添加特殊的油溶性表面活性剂，并采用特殊的加工工序，使沥青具备良好的抗压强度、抗拉强度、抗压缩率等特征，从而达到良好的沥青路面质量。 本文基于摩擦学理论，采用分子动力学（MD）模拟研究了长链脂肪族咪唑啉（IMDL）温拌剂在集料表面的吸附成膜行为。研究结果表明:亲油端不同碳链长度的温拌剂分子的HOMO和LUMO均主要离域在分子的咪唑啉环和亲水基团上，随着温拌剂分子烷基碳链长度的增长，自发吸附于SiO2/Calcite表面的趋势越强，得到电子的能力越强，温拌剂分子在SiO2（001）及Calcite（104）表面的吸附能及膜的内聚能均不断增大，温拌剂分子的均方位移和自扩散系数均逐渐增大，分子扩散性增强。 采用分子动力学模拟的方法研究沥青润滑膜在SiO2集料表面间的吸附润滑行为，并考察了剪切速率、体系温度以及IMDL温拌剂分子结构对其吸附润滑的影响。研究结果表明:随着剪切速率的增大，基质沥青润滑膜界面剪切应力增大，沥青润滑膜在集料表面的吸附能和自身内聚能逐渐降低，同时温拌剂的加入能够改善沥青与集料界面处的相互作用，提高沥青膜强度;不同剪切速率下基质沥青和温拌沥青润滑膜上下表面的剪切应力变化非常小，说明体系温度并不是导致吸附能和内聚能降低的主要因素;在60-80m/s剪切速率区间范围内，温度为120℃时，亲油端碳链长度为16的温拌剂的吸附能最高。内聚能均随着亲油端链长的增加而增大。 采用实验的方法，研究C16表面活性剂型温拌剂对沥青及沥青混合料性能的影响。研究结果表明:随着温拌剂的使用，70#沥青的硬化温度稍低，而SBS改性沥青的硬化温度则随着温拌剂的使用而升高，其硬化温差在10℃以上。采用表面活性剂型温拌剂处理70#基质沥青及SBS改性沥青，可以显著减少其对温度的反应，从而改善其耐热性。随着温拌剂用量逐渐增加，70#基质沥青和SBS改性沥青复数模量的温度敏感性逐渐降低，频率敏感性逐渐增加，60℃零剪切粘度逐渐降低。其中SBS改性沥青温度敏感性和频率敏感性更好，但温拌剂用量增大对高温性能不利。成品温拌沥青混合料高温下的空隙率与热拌沥青混合料没有明显差别，在低温度下的空隙率小于热拌沥青混合料的，成品温拌沥青有利于沥青混合料的低温压实,生时间对成品温拌沥青混合料的空隙率没有明显影响。 |
| 作者： | 王俊捷 |
| 专业： | 交通运输 |
| 导师： | 赵品晖;樊亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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