基于分子模擬技術(shù)的瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)特征研究.pdf

1、分類號密級U414單位代碼學(xué)號10618墨廑交通戈謦碩士學(xué)位論文論文題目：基于分子模擬技術(shù)的瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)特征研究StudyonChemicalStructureCharacteristicofAsphaltUsingMolecularSimulation研究生姓名：丁勇杰導(dǎo)師姓名、職稱：朱洪洲教授曹雪娟副教授申請學(xué)位門類：專業(yè)名稱：工學(xué)材料工程論文答辯日期：2013年6月6日學(xué)位授予單位：重慶交通大學(xué)答辯委員會主席：凌天清評閱人：陳召勇

2、2013年6月周振君摘要目前普遍采用物理性能分級的方法對瀝青進(jìn)行評價，但相同等級的瀝青路用性能常有差異，原因是相同等級的瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)并不一定相同，因此須對瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。由于組分復(fù)雜，采用試驗(yàn)手段分析瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)存在一定困難，因此采用分子模擬技術(shù)對瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。根據(jù)瀝青組分溶解度參數(shù)和極性的不同，將瀝青分為瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、油分三個組分，采用一個典型分子模型代表瀝青的每一個組分，構(gòu)建兩種瀝青分子模型，從分子有序度及分子間作

3、用力、粘度、其它物理性能指標(biāo)三個方面對所構(gòu)建瀝青分子模型及所選模擬條件的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，對瀝青分子模型的宏觀物理性能指標(biāo)隨溫度變化特征進(jìn)行分析，從物理性能指標(biāo)隨溫度變化曲線中取得了分子模型玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度區(qū)間。采用徑向分布函數(shù)統(tǒng)計(jì)瀝青分子的空間分布，對瀝青分子聚集狀態(tài)變化特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明，由于芳環(huán)堆積效應(yīng)，瀝青質(zhì)分子之間形成層狀堆積現(xiàn)象，但較長烷烴鏈造成芳環(huán)間扭轉(zhuǎn)角增大，使瀝青質(zhì)分子間不能形成層狀堆積現(xiàn)象。隨著溫度升高，芳環(huán)間

4、扭轉(zhuǎn)角增大，瀝青質(zhì)之問的層狀堆積結(jié)構(gòu)被破壞，形成穿插或垂直排列結(jié)構(gòu)。膠質(zhì)和油分的存在使瀝青質(zhì)分子間距離較在純?yōu)r青質(zhì)模型中大，也使瀝青質(zhì)問形成的聚集結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。瀝青質(zhì)與膠質(zhì)分子形成聚集結(jié)構(gòu)，分散在油分中，瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)對瀝青能否形成穩(wěn)定膠體結(jié)構(gòu)具有重要影響。SBS改性瀝青已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。采用分子模擬技術(shù)構(gòu)建了一種普通SBS分子模型和兩種馬來酸酐接枝改性SBS分子模型(MAHg—SBSI，MAHgSBS2)，分別加入到兩種瀝青分子模型中

5、，組裝成六種SBS改性瀝青分子模型。對SBS改性瀝青分子模型的物理性能指標(biāo)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：加入SBS改性劑之后，瀝青分子模型密度增大，SBS改性瀝青的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)超出了模擬溫度區(qū)間。SBS改性劑加入后瀝青各組分?jǐn)U散系數(shù)全都變小，變化幅度隨組分分子量增大而減小，但SBS改性劑不會改變?yōu)r青各組分?jǐn)U散系數(shù)隨溫度的變化特征。SBS改性瀝青模型的粘度高于基質(zhì)瀝青模型，三種SBS改性瀝青間沒有明顯差別。采用徑向分布函數(shù)對SBS改性劑影響瀝

6、青分子聚集狀態(tài)進(jìn)行研究。結(jié)果表明，三種SBS改性劑都會對瀝青分子聚集狀態(tài)產(chǎn)生明顯影響，但是對不同組分聚集狀態(tài)的影響程度存在差異，影響程度與瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，短烷烴支鏈的瀝青質(zhì)分子模型更易受到SBS改性劑影響，三種SBS改性劑對瀝青分子聚集狀態(tài)的影響沒有明顯差別，對SBS改性劑影響瀝青分子聚集狀態(tài)方式進(jìn)行了分析，SBS改性劑的加入影響瀝青分子排列的方式有體積效應(yīng)、空間位阻效應(yīng)和吸引效應(yīng)3種。關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青分子聚集狀態(tài)；分子動力學(xué)