基于分子動力學(xué)模擬的瀝青再生劑擴(kuò)散機(jī)理分析.pdf

1、隨著我國公路網(wǎng)逐步完善，有相當(dāng)數(shù)量的瀝青路面即將達(dá)到使用壽命，面臨著大修乃至重建，本著可持續(xù)發(fā)展的理念，瀝青路面再生技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。再生劑材料能否很好的起到“再生”效果主要取決于再生劑的擴(kuò)散影響深度，因此再生劑擴(kuò)散問題的研究是非常有必要的，且具有重要的意義。
　　限于傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的局限性，結(jié)合再生霧封層技術(shù)的使用條件，用分子動力學(xué)模擬的方法對不同溫度下再生劑的擴(kuò)散問題進(jìn)行研究，
　　首先構(gòu)建分子動力學(xué)模型。參考目前分子模

2、型的最新研究成果，選取了12種分子表征瀝青材料；并根據(jù)未老化瀝青、短期老化瀝青、長期老化瀝青及再生劑的四組分試驗(yàn)，計(jì)算不同材料各種分子的數(shù)量，構(gòu)建分子模型。在此基礎(chǔ)上選取力場參數(shù)、勢能函數(shù)、邊界條件、溫度壓力控制條件、時間步長等計(jì)算參數(shù)。根據(jù)熱力學(xué)參數(shù)和輸出圖像信息對模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示系統(tǒng)穩(wěn)定過程與現(xiàn)有的瀝青膠體理論十分吻合，表明該模型能夠較好的表征瀝青材料和再生劑材料。
　　其次對擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行分析。在進(jìn)行擴(kuò)散模擬之前對瀝青和

3、再生劑進(jìn)行系統(tǒng)弛豫，而后對常溫25℃下長期老化瀝青和再生劑之間的擴(kuò)散進(jìn)行模擬，一方面從熱力學(xué)能量交換角度考慮，分析擴(kuò)散過程的驅(qū)動作用力和抑制作用力，結(jié)果表明范德華力和電場力是推動擴(kuò)散進(jìn)行的驅(qū)動作用力，且該過程為自發(fā)進(jìn)行的，并沒有明顯抑制作用項(xiàng)，擴(kuò)散過程會隨著范德華勢能和電勢能的穩(wěn)定而結(jié)束；另一方面，利用基于系統(tǒng)均方位移計(jì)算所得的擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo)，以及原子擴(kuò)散方向位移概率分布指標(biāo)，分析分子遷移規(guī)律。結(jié)果表明擴(kuò)散過程是相互的，在再生劑分子向?yàn)r青

4、中遷移的同時，瀝青分子也在向再生劑中運(yùn)動，且再生劑分子和瀝青分子能夠短時間內(nèi)填充對方結(jié)構(gòu)內(nèi)部微觀空隙，并繼續(xù)沿著空隙不斷運(yùn)動。
　　模擬分析溫度對擴(kuò)散的影響，能量分析結(jié)果顯示溫度的升高能夠降低擴(kuò)散過程對分子勢能的依賴，體系范德華勢能和電勢能下降減緩。但是擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明溫度升高，分子運(yùn)動更加活躍，再生劑和瀝青的擴(kuò)散系數(shù)總體上呈增大趨勢。這也證明再生劑和瀝青間的相互擴(kuò)散除了分子力的影響，分子熱運(yùn)動也是一項(xiàng)非常重要的影響因素。

5、r>　　模擬分析瀝青老化程度對擴(kuò)散的影響，瀝青的結(jié)構(gòu)差異對系統(tǒng)內(nèi)能量交換有較大的影響，對于范德華勢能，短期老化瀝青組下降速率較其他兩組大，其次是長期老化瀝青組；對于電勢能，未老化瀝青組下降最明顯，其余兩組基本相同。擴(kuò)散系數(shù)和位移分布計(jì)算結(jié)果表明再生劑在長期老化瀝青中擴(kuò)散速率最大，短期老化瀝青組次之，這主要是由于老化瀝青的多孔結(jié)構(gòu)；而瀝青的擴(kuò)散受自身結(jié)構(gòu)影響，短期老化瀝青擴(kuò)散最快，其次是長期老化瀝青。
　　最后對不同成分的擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)