纳米ZnO改性沥青分子动力学模拟研究

为揭示纳米ZnO改性剂对沥青物理性能改善的机理,采用分子动力学模拟技术对纳米ZnO改性沥青进行模拟研究。借助沥青四组分代表性化合物,结合沥青的元素含量、四组分相对含量试验结果构建了沥青分子模型。根据纳米ZnO形貌特点,构建了不同粒径的纳米ZnO簇团模型及纳米ZnO/沥青共混体系模型。采用分子动力学方法计算了纳米ZnO与沥青分子间的相互作用,分析了纳米ZnO在沥青中的扩散性能,研究了纳米ZnO对沥青物理模量及沥青分子结构的影响,根据分子动力学模拟结果揭示了纳米ZnO改性沥青的改性机理。研究结果表明:模拟温度为150℃左右时,纳米ZnO/沥青共混体系的范德华相互作用和非键接相互作用达到最大值,体系结构最稳定;纳米ZnO颗粒增大了沥青体系的体积模量、剪切模量和弹性模量,改善了沥青的高温性能,从而提高了沥青的抗剪切能力;同时,纳米ZnO增大了沥青质与胶质体系分子间的芳环质心距离,减缓了强极性组分的堆积,加强了支链在分子间的延展性,增加了沥青结构的致密性,从而促使沥青具有更稳定的胶体结构、更好的物理性能。

沥青分子量的测试技术

在沥青的研究中,不论是研究沥青的组构与行为的关系;沥青的改性机理和改性剂的选择;沥青的乳化形成、分裂和乳化剂的匹配;沥青老化、再生和再生剂的选取等等,都需要了解沥青的化学结构。沥青化学结构的确定,需要先进行化学结构分析,前文简要介绍了核磁共振波谱在沥青化学结构分析中应用,

高分子聚合物高黏改性乳化沥青的制备与性能研究

采用不同质量分数的高分子树脂制备了聚合物改性乳化沥青A(动力黏度低于20000 Pa·s)和高分子聚合物高黏改性乳化沥青(动力黏度大于20000 Pa·s),对乳化沥青蒸发残留物的针入度、延度、软化点和动力黏度进行了试验分析,同时还采用了另外2种自制的聚合物改性乳化沥青B和基质乳化沥青进行层间剪切和直接拉拔试验,测试不同类型乳化沥青的粘结性能和抗剪强度。结果表明,高分子聚合物高黏改性乳化沥青物理性能优于聚合物改性乳化沥青;上述3种类型乳化沥青蒸发残留物的三大指标均低于乳化前,均呈现不同程度的降低;在抗剪和粘结强度方面,高分子聚合物高黏改性乳化沥青明显高于其他类型乳化沥青,但在储存稳定性方面低于其他类型的乳化沥青。

沥青胶结料自愈合行为分子动力学模拟研究进展

沥青作为高分子聚合物,其成分、结构复杂,普通宏观实验无法研究其自愈合时内部结构的变化。为研究探寻沥青胶结料自愈合的特点,本文从高分子聚合物的角度出发,分析总结沥青胶结料自愈合微观机理;研究沥青分子模型构建的2类方法,指出沥青分子模型组合法与沥青平均分子模拟的区别;提出沥青分子结构模型合理性验证的4类方法,即沥青分子密度、径向分布函数(RDF)、溶解度参数与内聚能计算、玻璃态转化温度;提出以沥青分子的均方位移(MSD)和扩散系数等参量作为评定指标判定沥青胶结料的自愈合程度;将沥青分子自愈合性能的影响因素归纳为愈合温度、沥青内部结构特征,并归纳总结了目前沥青分子自愈合行为分子动力学模拟面临的问题与发展方向。

沥青质分子缔合作用机制、表征、理论计算与应用研究进展

石油中沥青质分子的缔合聚集现象对于石油(尤其是重质油或致密油藏等非常规石油)的开采、储运、加工等具有重要影响,直接决定了原油的体相和界面性质,是矿物或管道器壁表面石油组分吸附沉积、油水(固)乳化、原油高黏等现象的主要成因。系统地综述了沥青质分子间缔合现象及理论发展,从分子间非共价相互作用角度探究了沥青质分子缔合聚集的作用机制,阐述了静电与色散作用主导的非共价相互作用对于沥青质缔合聚集的决定性影响规律。在此基础上,总结了近年来分子模拟等理论计算与界面表征技术在沥青质界面现象研究中的应用现状与发展方向。最后,基于沥青质分子缔合现象与理论,探讨了其在固体表面吸脱附、沉积、分散、破乳技术开发、降黏技术开发等领域的应用与思考。

聚氧乙烯醚型高分子阳离子沥青乳化剂的合成与性能

以过氧化氢异丙苯为引发剂,3-巯基丙酸为链转移剂,采用自由基聚合制备了一种聚氧乙烯醚型高分子阳离子沥青乳化剂(PEAE),探讨了乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(EPEG)用量、单体摩尔比、酸胺摩尔比及引发剂用量对PEAE低温延度的影响,并采用傅里叶变换红外光谱对PEAE的分子结构进行表征,测试了其表面活性及乳化性能.结果表明,PEAE各项指标均符合规范要求,其乳化能力、低温性能及5 d常温储存稳定性优良,属于慢裂型阳离子沥青乳化剂,可有效改善乳化沥青的低温性能,在稀浆封层和微表处等施工中有着良好的应用前景.

沥青分子聚集状态变化特征研究

为研究沥青的化学结构特征,根据沥青组分溶解度参数和极性的不同,将沥青分为沥青质、胶质、油分3个组分,分别采用一个典型分子模型代表沥青的每一个组分,构建2种沥青分子模型,采用分子动力学模拟方法对沥青分子聚集状态变化特征进行分析。结果表明:由于π-π效应,沥青质分子之间形成层状堆积现象,但较长烷烃链造成芳环间扭转角增大,阻碍层状堆积现象的形成;随着温度升高,芳环间扭转角增大,沥青质分子之间的层状堆积结构被破坏,形成穿插或垂直排列结构;在沥青分子模型中,胶质和油分分子的存在使沥青质分子间的距离大于沥青质分子模型中的距离,也使沥青质分子间形成的聚集结构趋于稳定;沥青质与胶质分子形成聚集结构,分散在油分中,沥青质分子结构对沥青能否形成稳定胶体结构具有重要影响。

沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展(4)——沥青自愈合分子动力学模拟

分子动力学模拟为研究沥青自愈合机理和微观进程、分析自愈合影响因素和预测自愈合能力等提供了有力的技术手段。简要介绍了分子动力模拟的基本原理与算法,总结了面向沥青自愈合分子动力学模拟的沥青分子模型及裂缝模型的构建方法,探讨了沥青自愈合分子动力学模拟研究的进一步发展方向。

沥青质分子聚集体中氢键作用力的研究

为研究沥青质分子聚集体中的氢键作用,用量子力学与分子动力学相结合的方法对形成沥青质分子聚集体中的氢键进行了研究。结果发现,沥青质分子中含有的N、S、O等杂原子是沥青质分子形成氢键的必要条件;沥青质分子聚集体形成单个氢键的键能较小,但聚集体中含有多个氢键时,其分子间的作用力会大幅增加。沥青质分子形成氢键的本质是由于H原子与杂原子的价层轨道电子进行叠加形成的,沥青质分子间有极少量的电子转移,导致形成弱的次级键;在氢键作用中,起主要作用的是轨道相互作用能和色散作用能。

沥青质分子聚集体中π-π相互作用的研究

采用量子力学与分子动力学相结合的方法对形成沥青质分子聚集体的分子间π-π相互作用进行了研究。结果表明:沥青质分子间的π-π相互作用能随着分子芳香环数的增加而增大;分子中含有的杂原子显著增加了沥青质分子间的π-π相互作用能;沥青质分子的支链长度及类型能够影响π-π相互作用能的大小;当沥青质分子聚集体中含有多个π-π相互作用时,其分子间的聚集作用力会大大增加;沥青质分子间形成π-π相互作用的过程中,分子间有少量的电子转移;色散作用是π-π相互作用中的主要作用。

基于分子动力学模拟的沥青-再生剂扩散研究进展

分子动力学模拟为研究沥青-再生剂扩散的微观进程提供了直观、定量的技术手段。研究介绍了基于分子动力学模拟的沥青-再生剂扩散研究成果,归纳了分子动力学模拟常用的沥青分子模型和不同来源的再生剂分子模型。总结了不同接触类型的沥青-再生剂扩散模型、其各自特点以及模拟过程中扩散系数和各项热力学参数计算方法,分析了扩散机理和扩散驱动因素。提出了分子动力学模拟在沥青与再生剂扩散研究的展望。

超声波处理对加氢反应前后沥青质单元分子结构的影响

以胜利减渣和沙轻减渣为原料,研究了超声波处理对加氢反应前后沥青质单元分子结构的影响,并结合1H-NMR数据、沥青质单元分子参数变化和红外光谱分析等结果,用Chem Bio Draw Ultra 2012模拟出不同条件下两种沥青质单元分子的结构。结果表明,超声波处理减少了沥青质的缔合数,使沥青质单元分子发生开环反应和脱烷基侧链反应加剧,改变了沥青质单元分子的结构,对加氢后沥青质单元分子的结构和组成产生重要影响。沥青质单元分子模型可形象体现超声波处理对加氢反应前后沥青质单元分子化学结构的影响,有助于在分子水平上解释超声波处理影响沥青质单元分子的原因。

石油沥青质相对分子质量研究进展

沥青质相对分子质量是表征其性质的重要参数,鉴于沥青质是以溶解度定义的复杂混合物、具有较强的缔合性,不同研究者测得的沥青质相对分子质量数值差异较大。蒸汽压渗透法(VPO)、凝胶渗透色谱法(GPC)、质谱(MS)和时间分辨荧光去极化(TRFD)是目前测定沥青质相对分子质量的主要方法。从各种测定方法的基本原理,应用条件以及测定沥青质相对分子质量时存在的不足方面进行分析论述,解释各种方法测定沥青质相对分子质量不同的原因,有助于从分子水平认识沥青质,为沥青质的研究提供指导。

沥青质分子界面行为的耗散粒子动力学

运用耗散粒子动力学(DPD)方法模拟了“孤岛型”沥青质分子和其纳米聚集体在油-水界面的取向性、聚集行为,分析了富氧支链对沥青质分子取向性的影响。结果表明:存在油-水界面时,沥青质分子从油、水相中脱离,吸附在油-水界面处,稠芳环核与油-水界面平行,烷烃支链伸入油相;随着沥青质浓度升高,空间位阻作用使沥青质分子彼此分离,稠芳环核与界面存在夹角,直至部分沥青质被“挤出”界面;在π-π相互作用下,被“挤出”界面的稠芳环核与吸附在油-水界面的稠芳环核平行堆叠,距离约为0.5 nm,烷烃支链将稠芳环核包围;沥青质纳米聚集体由于被烷烃支链包裹,极易脱离油-水界面,溶于油相;富氧支链亲水性强,伸入水相,使稠芳环核与油-水界面产生夹角,甚至垂直;富氧支链会改变沥青质分子的取向性。

沥青质微观聚集特征的分子动力学研究

为了探究沥青质分子性质和微观聚集特征,进一步揭示沥青质沉积的微观作用机理,采用分子动力学方法,建立代表性沥青质平均分子构型,并以此构建沥青质模拟体系初始构型来模拟沥青质在地层岩石中的运移。模拟实验结果表明:沥青质作为典型的非晶体,其径向分布特征总体表现为近程有序、远程无序;退火优化可以充分释放分子结构应力,有利于还原分子结构的能量基态,随着分子间距增加,分子间的范德华力相互作用减弱,静电相互作用将占据系统非成键作用中的主导地位。从沥青质模拟体系的运移终态可以看出:沥青质分子的芳核主体及部分脂肪族链倾向于逐渐被吸附到二氧化硅分子层表面,这会使岩石表面的润湿性由亲水性向亲油性转变;沥青质芳核的π-π堆积作用是引发沥青质分子聚集的驱动力,从而导致沥青质絮凝并从原油中沉积出来。润湿性反转和岩石孔喉堵塞是沥青质沉积造成原油采收率降低的重要机理。

纳米颗粒对活油中沥青质分散潜力探讨

为明确纳米颗粒在高温高压下抑制地层活油中沥青质沉淀的效果及机理,通过开展高温高压固相颗粒检测实验,分别采用激光探测、高压显微镜和高温高压过滤等方法,研究了纳米颗粒二氧化硅(SiO_(2))(改性)和四氧化三钴(Co_(3)O_(4))作用下地层活油中沥青质的聚集和沉淀特征,结合电镜扫描和热重分析实验,揭示了纳米颗粒抑制沥青质沉淀机理。实验结果表明,目标储层地层原油中添加SiO_(2)纳米颗粒后,沥青质沉淀起始压力(AOP)由原来的59.2 MPa下降至53.4 MPa,衰竭至35 MPa压力下,沥青质颗粒的平均粒径由8.82μm减小至5.53μm,沉淀量占比由66.4%降至46.4%。而添加Co_(3)O_(4)纳米颗粒后,在泡点压力之上未出现明显沥青质沉淀,35 MPa压力下沥青质颗粒平均粒径仅为1.65μm,沉淀量占比仅为13.6%。纳米颗粒能够抑制沥青质分子的析出、减缓沥青质颗粒的聚集速度、降低AOP及沥青质的沉淀量。与SiO_(2)纳米颗粒相比,Co_(3)O_(4)纳米颗粒具有更高的沥青质吸附亲和力,抑制效果更好。研究成果为防治沥青质沉积及改善沉积伤害提供了依据。

高分子沥青基在长大纵坡桥面防水粘结层的应用

长大纵坡桥面受力情况比普通桥面复杂,桥面铺装结构的层间粘结性能与防水性能对保护桥面铺装体系、延长桥梁使用寿命具有重要意义。本文结合梅河高速混凝土路面加铺沥青混凝土工程的实际施工,探讨高分子沥青基材料在长大纵坡桥面防水粘结层的施工应用和使用效果。

非沥青基高分子自粘胶膜防水卷材的生产工艺对其与后浇混凝土剥离强度的影响探讨

非沥青基高分子自粘胶膜防水卷材与后浇混凝土剥离强度的影响因素比较复杂。本研究结合卷材实际生产过程,分别探讨了高分子片材厚度、隔离砂与胶层的复合压力、覆砂时胶面温度和车速这几个因素对非沥青基高分子自粘胶膜防水卷材与后浇混凝土剥离强度的影响,确定了最佳工艺。结果表明:在胶层厚度和HDPE片材厚度不变化时,复合压力控制为0.4 MPa、覆砂时胶面温度控制为50℃、车速控制为5 m/min时,所得防水卷材与后浇混凝土的剥离强度最佳。

高分子聚合体改性沥青在桥梁伸缩缝维修中的应用

结合高分子聚合体改性沥青材料在G213线公路桥梁伸缩缝维修中的应用,简单介绍了英国技术材料的选择材料、施工质量控制和施工过程中必须注意的事项。

接枝聚乙烯对非沥青基高分子自粘防水卷材性能的影响

采用低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯接枝聚合物(LLDPE-G)为基料,制备了非沥青基高分子自粘防水卷材,研究了LLDPE-G对自粘卷材性能的影响。结果表明,LLDPE-G可以通过提高卷材中高分子片材层表面极性的方法来提高剥离强度,当LDPE和LLDPE-G的质量比为60∶15时,高分子片材层的表面张力可达40 m N/m,卷材的剥离强度可达2.64 m N/mm,拉伸强度、断裂伸长率、低温弯折性等也都符合相关标准的要求。