关键词:
道路工程
分子动力学模拟
沥青-集料界面
沥青
黏附功
相对浓度
摘要:
沥青和集料之间的界面特性直接决定沥青混合料的性能。为评估沥青和集料在原子尺度上的界面黏附及失效行为,选择基质沥青与SBS改性沥青分别与两种矿物集料成分建立分子模型,并进行了分子动力学(MD)模拟。结果显示,基质沥青与CaO的界面黏附能是基质沥青与SiO2的3.5倍,SBS改性沥青与CaO的界面黏附能是SBS改性沥青与SiO2的3.6倍,从分子尺度验证了沥青与碱性集料的黏附性能明显优于酸性集料。相比SBS改性剂,矿物集料类型对沥青-集料黏附性能的影响更为显著。此外,SBS改性剂是通过改变集料界面的饱和分、芳香分、胶质和沥青质的相对浓度来影响集料界面的黏附强度。在所有四种沥青组分中,沥青质对沥青在矿物表面的附着力贡献最大。通过MD模拟得到的拉伸下界面应力分离曲线与在宏观尺度上进行的拉拔强度测量得出的破坏行为相似。结果表明,界面破坏过程受到沥青化学成分的影响。MD模拟的结果提供了在原子尺度上对材料失效的基本认识,而这种认识在沥青材料的正常实验测试环境中是无法观察到的。另外,MD模拟结果有可能被校准并用作更高尺度微观力学模型的输入,以预测沥青混合料的整体力学响应。该工作从原子尺度上对沥青黏结剂在矿质集料表面的黏附及失效提供了一个基本的认识。