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基于分子模拟技术的沥青化学结构特征研究
| 论文题名： | 基于分子模拟技术的沥青化学结构特征研究 |
| 关键词： | 分子模拟;沥青;化学结构;径向分布函数;SBS改性剂;路用性能 |
| 摘要： | 目前普遍采用物理性能分级的方法对沥青进行评价，但相同等级的沥青路用性能常有差异，原因是相同等级的沥青化学结构并不一定相同，因此须对沥青化学结构进行研究。由于组分复杂，采用试验手段分析沥青化学结构存在一定困难，因此采用分子模拟技术对沥青化学结构特征进行分析。 根据沥青组分溶解度参数和极性的不同，将沥青分为沥青质、胶质、油分三个组分，采用一个典型分子模型代表沥青的每一个组分，构建两种沥青分子模型，从分子有序度及分子间作用力、粘度、其它物理性能指标三个方面对所构建沥青分子模型及所选模拟条件的准确性进行验证，对沥青分子模型的宏观物理性能指标随温度变化特征进行分析，从物理性能指标随温度变化曲线中取得了分子模型玻璃化转变温度的温度区间。 采用径向分布函数统计沥青分子的空间分布，对沥青分子聚集状态变化特征进行研究。结果表明，由于芳环堆积效应，沥青质分子之间形成层状堆积现象，但较长烷烃链造成芳环间扭转角增大，使沥青质分子间不能形成层状堆积现象。随着温度升高，芳环间扭转角增大，沥青质之间的层状堆积结构被破坏，形成穿插或垂直排列结构。胶质和油分的存在使沥青质分子间距离较在纯沥青质模型中大，也使沥青质间形成的聚集结构趋于稳定。沥青质与胶质分子形成聚集结构，分散在油分中，沥青质分子结构对沥青能否形成稳定胶体结构具有重要影响。 SBS改性沥青已经得到广泛应用。采用分子模拟技术构建了一种普通SBS分子模型和两种马来酸酐接枝改性SBS分子模型(MAH-g-SBS1，MAH-g-SBS2)，分别加入到两种沥青分子模型中，组装成六种SBS改性沥青分子模型。对SBS改性沥青分子模型的物理性能指标进行模拟，结果表明:加入SBS改性剂之后，沥青分子模型密度增大，SBS改性沥青的玻璃化转变温度已经超出了模拟温度区间。SBS改性剂加入后沥青各组分扩散系数全都变小，变化幅度随组分分子量增大而减小，但SBS改性剂不会改变沥青各组分扩散系数随温度的变化特征。SBS改性沥青模型的粘度高于基质沥青模型，三种SBS改性沥青间没有明显差别。 采用径向分布函数对SBS改性剂影响沥青分子聚集状态进行研究。结果表明，三种SBS改性剂都会对沥青分子聚集状态产生明显影响，但是对不同组分聚集状态的影响程度存在差异，影响程度与沥青质分子结构有关，短烷烃支链的沥青质分子模型更易受到SBS改性剂影响，三种SBS改性剂对沥青分子聚集状态的影响没有明显差别，对SBS改性剂影响沥青分子聚集状态方式进行了分析，SBS改性剂的加入影响沥青分子排列的方式有体积效应、空间位阻效应和吸引效应3种。 |
| 作者： | 丁勇杰 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 朱洪洲;曹雪娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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