基于分子動力學的瀝青與集料界面行為虛擬實驗研究.pdf

1、本課題基于分子動力學數(shù)值模擬,輔以試驗對比驗證,從微觀層面上揭示了瀝青-集料的界面行為機理,包括如下研究內(nèi)容:
　　首先,本文基于分子動力學模擬研究了瀝青與集料界面的微觀特性,以Material Studio軟件為基礎,建立了瀝青質/氧化物界面模型,并以界面能為參數(shù)研究集料化學成分對瀝青/集料界面粘結強度的影響。結果表明:除瀝青質/K2O界面外,其余五種界面的界面能均在25℃和80℃時兩次達到極大值,即粘結強度最大。在40℃左右時

2、,六種界面的界面能均達到最小值,說明此時粘結強度最小。在10℃~100℃范圍內(nèi),在同種溫度下,并不能很好地區(qū)分出六種界面能的大小排序。但是,如果排除Na2O和K2O兩種微量氧化物,四種氧化物與瀝青質的相互作用大小依次為:MgO>CaO>Al2O3>SiO2。在10℃~100℃范圍內(nèi),瀝青質/瀝青質的界面能范圍為:-10.464178~3.792104KJ/mol,并且分別在25℃和80℃附近達到極大值,在60℃達到極小值。
　　其

3、次,從微觀層面上去分析研究瀝青/集料界面組成,將宏觀上的瀝青/集料界面分為許多微觀界面,同時提出了基于分子動力學的瀝青/集料界面破壞形態(tài)及預估方法。結果表明:在集料表面含有CaO和MgO的區(qū)域,瀝青/集料界面破壞形態(tài)主要為粘聚破壞;含有Al2O3的界面區(qū)域中,界面破壞形態(tài)主要為粘聚破壞,但是在40℃左右將可能出現(xiàn)粘附破壞;而在含有SiO2、Na2O和K2O的界面區(qū)域中,界面破壞形態(tài)將為粘附和粘聚的混合破壞。
　　再次,通過熱力學分

4、析研究了水和溫度對瀝青/集料界面行為的影響,并從微觀層面上敘述了瀝青膜剝落的水破壞機理。由于降雨具有酸性或弱酸性,隨著路面水分的蒸發(fā),水分酸性的降低,環(huán)境溫度的升高,水分進入瀝青與集料界面后,侵蝕掉MgO和CaO兩種與瀝青粘結力強的氧化物,從而削弱了瀝青與集料界面的粘結力,造成瀝青膜脫落,出現(xiàn)水破壞。
　　最后,針對目前瀝青路面水損害,以二氧化硅SiO2含量作為集料的分類指標已不能充分地指導工程實踐。本文提出了一種新的集料分類指標