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水作用下沥青与集料界面粘结力损失被认为是沥青路面水损坏产生的主要原因之一。为此，本文引入分子动力学模拟方法，建立了沥青-集料界面分子模型，从分子尺度探究了沥青-集料界面作用微观特性和力学行为。在此基础上，分析了水分子对沥青-集料界面性能的影响，讨论了集料化学组成，集料表面粗糙构造等影响因素，为沥青混合料水损坏问题的研究提供了基础数据。
本文首先简述了分子动力学基本理论、常用沥青与集料分子模型及建模方法。通过比较，遴选出本研究所用分子模型，明确了本研究动力学平衡流程，并通过计算沥青模型密度、玻璃化转变温度及内聚能密度等参数对本研究模型及计算方法的有效性进行了验证。分子模拟计算结果与试验实测数据相当，也即建立的沥青模型性能与真实沥青具有一定的相似性，动力学计算流程及力场选择具有一定的准确性，可进行其他性能的分子动力学模拟研究。
通过计算结合能和扩散系数，分别从能量角度和分子运动角度对沥青分子在集料表面的吸附和扩散微观特性进行了研究。结果表明：沥青各组分与石英集料表面结合能大小呈现出：沥青质>胶质>饱和分>芳香分的排列规律。各分子与石英集料界面的结合能以范德华力为主。考察不同集料化学组成的影响发现，CaO和MgO表面与沥青分子的结合能较大，其次为Fe2O3和Al2O3，SiO2最小。集料表面粗糙结构的产生破坏了集料模型晶体结构，产生不饱和带电原子，提高了沥青与集料间结合能。沥青分子在集料表面运动特征的研究表明沥青组分分子量大小是影响其扩散的主要因素。此外，扩散系数与结合能呈现负相关。
复合材料界面力学性能是其复合效应产生的根源。为此，本文通过模拟微观拉拔试验和AFM/纳米压痕试验对沥青-集料界面力学行为进行了研究，采用沥青-集料界面拉拔粘结强度和断裂能等指标对界面力学行为进行了评价。采用指数内聚力模型对界面拉伸断裂进行了分析。讨论了加载速率，沥青膜厚度，集料表面粗糙构造等影响因素。在此基础上，通过在沥青-集料界面间构建水分子研究了水分子对界面作用的影响。结果表明，水分子在沥青-集料界面间的出现降低了沥青材料与集料间的相互作用，这其中，以范德华相互作用的降低为主。界面拉拔粘结强度结果表明由于水分子的存在，应力峰值的出现相对无水分子界面模型滞后，且峰值后软化发展较缓慢。水分子的掺加降低了界面粘结强度。在有水分子存在时，界面破坏主要发生在水分子与沥青材料界面，水分子牢固地吸附在石英集料表面，且随着水分子掺量的增多，断裂模式发生了改变。此外，采用内聚能密度评价了水分子对沥青材料粘聚性的影响。
水在沥青混合料中的输运快慢决定了沥青路面水损坏发生的速率，为此，论文通过包含不同含量水分子沥青及沥青胶浆模型，分析了水分子在其中的扩散规律。结果表明，水分子在沥青材料中的扩散系数对水分子掺量也即水分子的浓度较敏感。水分子在沥青胶浆中的扩散服从自由体积理论，随着粉胶比的增大，水分子在其中的迁移扩散速率增大。
本文首先简述了分子动力学基本理论、常用沥青与集料分子模型及建模方法。通过比较，遴选出本研究所用分子模型，明确了本研究动力学平衡流程，并通过计算沥青模型密度、玻璃化转变温度及内聚能密度等参数对本研究模型及计算方法的有效性进行了验证。分子模拟计算结果与试验实测数据相当，也即建立的沥青模型性能与真实沥青具有一定的相似性，动力学计算流程及力场选择具有一定的准确性，可进行其他性能的分子动力学模拟研究。
通过计算结合能和扩散系数，分别从能量角度和分子运动角度对沥青分子在集料表面的吸附和扩散微观特性进行了研究。结果表明：沥青各组分与石英集料表面结合能大小呈现出：沥青质>胶质>饱和分>芳香分的排列规律。各分子与石英集料界面的结合能以范德华力为主。考察不同集料化学组成的影响发现，CaO和MgO表面与沥青分子的结合能较大，其次为Fe2O3和Al2O3，SiO2最小。集料表面粗糙结构的产生破坏了集料模型晶体结构，产生不饱和带电原子，提高了沥青与集料间结合能。沥青分子在集料表面运动特征的研究表明沥青组分分子量大小是影响其扩散的主要因素。此外，扩散系数与结合能呈现负相关。
复合材料界面力学性能是其复合效应产生的根源。为此，本文通过模拟微观拉拔试验和AFM/纳米压痕试验对沥青-集料界面力学行为进行了研究，采用沥青-集料界面拉拔粘结强度和断裂能等指标对界面力学行为进行了评价。采用指数内聚力模型对界面拉伸断裂进行了分析。讨论了加载速率，沥青膜厚度，集料表面粗糙构造等影响因素。在此基础上，通过在沥青-集料界面间构建水分子研究了水分子对界面作用的影响。结果表明，水分子在沥青-集料界面间的出现降低了沥青材料与集料间的相互作用，这其中，以范德华相互作用的降低为主。界面拉拔粘结强度结果表明由于水分子的存在，应力峰值的出现相对无水分子界面模型滞后，且峰值后软化发展较缓慢。水分子的掺加降低了界面粘结强度。在有水分子存在时，界面破坏主要发生在水分子与沥青材料界面，水分子牢固地吸附在石英集料表面，且随着水分子掺量的增多，断裂模式发生了改变。此外，采用内聚能密度评价了水分子对沥青材料粘聚性的影响。
水在沥青混合料中的输运快慢决定了沥青路面水损坏发生的速率，为此，论文通过包含不同含量水分子沥青及沥青胶浆模型，分析了水分子在其中的扩散规律。结果表明，水分子在沥青材料中的扩散系数对水分子掺量也即水分子的浓度较敏感。水分子在沥青胶浆中的扩散服从自由体积理论，随着粉胶比的增大，水分子在其中的迁移扩散速率增大。