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基于分子动力学的沥青与集料界面行为虚拟实验研究
| 论文题名： | 基于分子动力学的沥青与集料界面行为虚拟实验研究 |
| 关键词： | 分子动力学模拟;沥青路面;二氧化硅含量;集料分类指标;界面行为;水破坏机理 |
| 摘要： | 本课题基于分子动力学数值模拟,辅以试验对比验证,从微观层面上揭示了沥青-集料的界面行为机理,包括如下研究内容: 首先,本文基于分子动力学模拟研究了沥青与集料界面的微观特性,以Material Studio软件为基础,建立了沥青质/氧化物界面模型,并以界面能为参数研究集料化学成分对沥青/集料界面粘结强度的影响。结果表明:除沥青质/K2O界面外,其余五种界面的界面能均在25℃和80℃时两次达到极大值,即粘结强度最大。在40℃左右时,六种界面的界面能均达到最小值,说明此时粘结强度最小。在10℃~100℃范围内,在同种温度下,并不能很好地区分出六种界面能的大小排序。但是,如果排除Na2O和K2O两种微量氧化物,四种氧化物与沥青质的相互作用大小依次为:MgO>CaO>Al2O3>SiO2。在10℃~100℃范围内,沥青质/沥青质的界面能范围为:-10.464178~3.792104KJ/mol,并且分别在25℃和80℃附近达到极大值,在60℃达到极小值。 其次,从微观层面上去分析研究沥青/集料界面组成,将宏观上的沥青/集料界面分为许多微观界面,同时提出了基于分子动力学的沥青/集料界面破坏形态及预估方法。结果表明:在集料表面含有CaO和MgO的区域,沥青/集料界面破坏形态主要为粘聚破坏;含有Al2O3的界面区域中,界面破坏形态主要为粘聚破坏,但是在40℃左右将可能出现粘附破坏;而在含有SiO2、Na2O和K2O的界面区域中,界面破坏形态将为粘附和粘聚的混合破坏。 再次,通过热力学分析研究了水和温度对沥青/集料界面行为的影响,并从微观层面上叙述了沥青膜剥落的水破坏机理。由于降雨具有酸性或弱酸性,随着路面水分的蒸发,水分酸性的降低,环境温度的升高,水分进入沥青与集料界面后,侵蚀掉MgO和CaO两种与沥青粘结力强的氧化物,从而削弱了沥青与集料界面的粘结力,造成沥青膜脱落,出现水破坏。 最后,针对目前沥青路面水损害,以二氧化硅SiO2含量作为集料的分类指标已不能充分地指导工程实践。本文提出了一种新的集料分类指标:(CaO+MgO)含量。 |
| 作者： | 徐霈 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 裴建中 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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