Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu ảnh hưởng tương tác bề mặt của nhựa đường và các tinh thể khoáng thông qua mô phỏng MD
Tóm tắt
Có sự tương tác bề mặt giữa nhựa đường và các thành phần khác của hỗn hợp nhựa đường, bao gồm các chất độn khoáng và cốt liệu, điều này có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất dịch vụ và tuổi thọ của hỗn hợp nhựa đường. Các chất độn khoáng và cốt liệu thường được sử dụng chủ yếu bao gồm các tinh thể khoáng khác nhau, chẳng hạn như SiO2, Al2O3 và CaO. Trong nghiên cứu này, các mô hình giao diện của nhựa đường và ba tinh thể khoáng này đã được thiết lập thông qua mô phỏng động lực học phân tử để điều tra tác động tương tác của chúng ở quy mô phân tử và nguyên tử. Ngoài ra, ảnh hưởng của biến đổi nhiệt độ đến độ mạnh tương tác đã được phân tích theo nhiệt độ phục vụ của hỗn hợp nhựa đường. Các phát hiện cho thấy bề mặt Al2O3 tạo ra hiệu ứng hấp phụ mạnh hơn với nhựa đường so với bề mặt CaO, trong khi hiệu ứng đẩy yếu được quan sát thấy giữa bề mặt α-quartz và nhựa đường. Do nhiệt độ mô hình tăng lên, các thành phần phân cực của nhựa đường đã di chuyển về phía bề mặt của các tinh thể Al2O3 và CaO nhưng các thành phần không phân cực đã di chuyển xa khỏi bề mặt của chúng, đặc biệt là các phân tử bão hòa. Trong quá trình làm mát mô hình, hiệu ứng hấp phụ của nhựa đường với các tinh thể Al2O3 và CaO cho thấy xu hướng giảm. Đối với tinh thể α-quartz, khi nhiệt độ mô hình tăng lên, các phân tử nhựa đường thể hiện tương tác đẩy với bề mặt trừ phần thơm, phần này sau đó được củng cố do nhiệt độ mô hình giảm.
Từ khóa
#nhựa đường #tinh thể khoáng #tương tác bề mặt #mô phỏng động lực học phân tử #hấp phụTài liệu tham khảo
Liu, Y., You, Z. P., & Dai, Q. L. (2011). Review of advances in understanding impacts of mix composition characteristics on asphalt concrete (ac) mechanics. International Journal of Pavement Engineering, 12(4), 385–405.
Park, S. W., Kim, Y. R., & Schapery, R. A. (1996). A viscoelastic continuum damage model and its application to uniaxial behavior of asphalt concrete. Mechanics of Materials, 24, 241–255.
You, Z., & Buttlar, W. G. (2004). Discrete element modeling to predict the modulus of asphalt concrete mixtures. Journal of Materials in Civil Engineering, 16(2), 140–146.
Davis, C., & Castorena, C. (2015). Implications of physico–chemical interactions in asphalt mastics on asphalt microstructure. Construction and Building Materials, 94, 83–89.
Pei, J. Z., Fan, Z. P., Wang, P. Z., Zhang, J. P., Xue, B., & Li, R. (2015). Micromechanics prediction of effective modulus for asphalt mastic considering inter-particle interaction. Construction and Building Materials, 101, 209–216.
Cho, D. W., & Bahia, H. U. (2010). New parameter to evaluate moisture damage of asphalt-aggregate bond in using dynamic shear rheometer. Journal of Materials in Civil Engineering, 22(3), 267–276.
Dong, Z., Liu, Z., Wang, P., & Gong, X. (2017). Nanostructure characterization of asphalt-aggregate interface through molecular dynamics simulation and atomic force microscopy. Fuel, 189, 155–163.
Zhou, Z. G., Li, H. J., Liu, X., & He, W. L. (2018). Investigation of sea salt erosion effect on the asphalt-aggregate interfacial system. International Journal of Pavement Research and Technology, 13(2), 145–153.
Abbas, A., Masad, E., Papagiannakis, T., & Shenoy, A. (2005). Modelling asphalt mastic stiffness using discrete element analysis and micromechanics-based models. The International Journal of Pavement Engineering, 6(2), 137–146.
Das, A. K., & Singh, D. (2017). Investigation of rutting, fracture and thermal cracking behavior of asphalt mastic containing basalt and hydrated lime fillers. Construction and Building Materials, 141, 442–452.
Buttlar, W. G., Bozkurt, D., Al-Khateeb, G. G., & Waldhoff, A. S. (1999). Understanding asphalt mastic behavior through micromechanics. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1681, 157–169.
Alvarez, A. E., Ovalles, E., & Epps Martin, A. (2012). Comparison of asphalt rubber-aggregate and polymer modified asphalt–aggregate systems in terms of surface free energy and energy indices. Construction and Building Materials, 35, 385–392.
Xu, Y. S., Jiang, Y. J., Xue, J. S., & Ren, J. L. (2019). Investigating the effect of aggregate characteristics on the macroscopic and microscopic fracture mechanisms of asphalt concrete at low-temperature. Materials, 12(17), 2675.
Zaher, A. B. A. M., Amir, A., Ghassan, C., & Ali, T.-B. (2019). Assessing moisture damage of asphalt-aggregate systems using principles of thermodynamics: Effects of recycled materials and binder aging. Journal of Materials in Civil Engineering. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002846
Fakhri, M., & Ahmadi, A. (2017). Recycling of rap and steel slag aggregates into the warm mix asphalt: A performance evaluation. Construction and Building Materials, 147, 630–638.
Dong, M. S., Hao, Y. H., Zhang, C., & Li, L. L. (2017). Failure mechanism analysis of asphalt–aggregate systems subjected to direct shear loading. Materials and Structures. https://doi.org/10.1617/s11527-017-1080-0
Guo, M., Motamed, A., Tan, Y. Q., & Bhasin, A. (2016). Investigating the interaction between asphalt binder and fresh and simulated rap aggregate. Materials and Design, 105, 25–33.
Lu, Y., & Wang, L. B. (2011). Nano-mechanics modelling of deformation and failure behaviours at asphalt-aggregate interfaces. International Journal of Pavement Engineering, 12(4), 311–323.
Chu, L., Luo, L., & Fwa, T. F. (2019). Effects of aggregate mineral surface anisotropy on asphalt-aggregate interfacial bonding using molecular dynamics (md) simulation. Construction and Building Materials, 225, 1–12.
Gupta, A., Zaman, M., Laguros, J., & Ghabchi, R. (2011). Effect of cement kiln dust and rock dust as mineral fillers on bulk specific gravity of fine aggregates. Journal of Testing and Evaluation, 39(4), 103255.
Sert, T. K., & Kütük, S. (2013). Physical and marshall properties of borogypsum used as filler aggregate in asphalt concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 25(2), 266–273.
Lv, X. B., Fan, W. Y., Wang, J. Q., Liang, M., Qian, C. D., Luo, H., Nan, G. Z., Yao, B. J., & Zhao, P. H. (2019). Study on adhesion of asphalt using afm tip modified with mineral particles. Construction and Building Materials, 207, 422–430.
Sayadi, M., & Hesami, S. (2017). Performance evaluation of using electric arc furnace dust in asphalt binder. Journal of Cleaner Production, 143, 1260–1267.
Fischer, H. R., Dillingh, E. C., & Hermse, C. G. M. (2013). On the interfacial interaction between bituminous binders and mineral surfaces as present in asphalt mixtures. Applied Surface Science, 265, 495–499.
Guo, M., Tan, Y. Q., Yu, J. X., Hou, Y., & Wang, L. B. (2017). A direct characterization of interfacial interaction between asphalt binder and mineral fillers by atomic force microscopy. Materials and Structures. https://doi.org/10.1617/s11527-017-1015-9
Jahangir, R., Little, D., & Bhasin, A. (2015). Evolution of asphalt binder microstructure due to tensile loading determined using afm and image analysis techniques. International Journal of Pavement Engineering, 16(4), 337–349.
Miller, W. H. (2001). The semiclassical initial value representation: A potentially practical way for adding quantum effects to classical molecular dynamics simulations. The Journal of Physical Chemistry. A, 105(13), 2942–2955.
Tironi, I. G., Sperb, R., Smith, P. E., & Gunsteren, W. F. V. (1995). A generalized reaction field method for molecular dynamics simulations. Journal of Chemical Physics, 102(13), 5451–5459.
Chen, Z. X., Pei, J. Z., Li, R., & Xiao, F. P. (2018). Performance characteristics of asphalt materials based on molecular dynamics simulation—A review. Construction and Building Materials, 189, 695–710.
Hou, Y. Q., Ji, X. P., Li, J., & Li, X. H. (2018). Adhesion between asphalt and recycled concrete aggregate and its impact on the properties of asphalt mixture. Materials, 11(12), 2528.
Hou, Y., Zhang, H. F., Wu, J. F., Wang, L. B., & Xiong, H. C. (2018). Study on the microscopic friction between tire and asphalt pavement based on molecular dynamics simulation. International Journal of Pavement Research and Technology, 11(2), 205–212.
Wang, H., Lin, E. Q., & Xu, G. J. (2017). Molecular dynamics simulation of asphalt-aggregate interface adhesion strength with moisture effect. International Journal of Pavement Engineering, 18(5), 414–423.
Darabi, M. K., Al-Rub, R. K. A., Masad, E. A., & Little, D. N. (2012). Thermodynamic-based model for coupling temperature-dependent viscoelastic, viscoplastic, and viscodamage constitutive behavior of asphalt mixtures. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 36(7), 817–854.
Si, W., Ma, B., Zhou, X. Y., Ren, J. P., Tian, Y. X., & Li, Y. (2018). Temperature responses of asphalt mixture physical and finite element models constructed with phase change material. Construction and Building Materials, 178, 529–541.
Dasgupta, M., Das, R., Haque, G., Banerji, I., Nandy, S., Kumar Mitra, A., & Roy, L. (2014). Modification in asphalt texture by heavy metal tolerant bacteria isolated from industrial effluent. Nature Environment & Pollution Technology, 13(4), 787–790.
Zhang, C. C., Xu, T., Shi, H. Q., & Wang, L. L. (2015). Physicochemical and pyrolysis properties of sara fractions separated from asphalt binder. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 122(1), 241–249.
Hansen, J. S., Lemarchand, C. A., Nielsen, E., Dyre, J. C., & Schrøder, T. (2013). Four-component united-atom model of bitumen. The Journal of Chemical Physics, 138, 094508.
Zhang, L. Q., & Greenfield, M. L. (2007). Analyzing properties of model asphalts using molecular simulation. Energy and Fuels, 21(3), 1712–1716.
Li, D. D., & Greenfield, M. L. (2014). Chemical compositions of improved model asphalt systems for molecular simulations. Fuel, 115, 347–356.
Calderon, E., Gauthier, M., Decremps, F., Hamel, G., Syfosse, G., & Polian, A. (2007). Complete determination of the elastic moduli of α-quartz under hydrostatic pressure up to 1 gpa: An ultrasonic study. Journal of Physics Condensed Matter, 19(43), 436228.
Guo, M. (2015). Study on mechanism and multiscale evaluation method of interfacial interaction between asphalt binder and mineral aggregate. Harbin Institute of Technology.
Klumbach, S., & Schilling, F. R. (2014). Elastic and anelastic properties of α- and β-quartz single crystals. European Journal of Mineralogy, 26(2), 211–220.
Grujicic, M., Sun, Y. P., & Koudela, K. L. (2007). The effect of covalent functionalization of carbon nanotube reinforcements on the atomic-level mechanical properties of poly-vinyl-ester-epoxy. Applied Surface Science, 253(6), 3009–3021.
Zhang, J. P., Fan, Z. P., Hu, D. L., Hu, Z., Pei, J. Z., & Kong, W. C. (2018). Evaluation of asphalt–aggregate interaction based on the rheological properties. International Journal of Pavement Engineering, 19(7), 586–592.
Veytskin, Y., Bobko, C., & Castorena, C. (2016). Nanoindentation and atomic force microscopy investigations of asphalt binder and mastic. Journal of Materials in Civil Engineering. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001532