基于集料特性的集料/乳化剂相间传质机理研究

There are some factors that make the energy-saving and environment-protecting emulsion asphalt mixture use very small, such as the un-controlled breaking conditions of emulsion asphalt, one important reason of them is pore knowledge of action mechanism between emulsifier and aggregate. This pore knowledge makes people only pay attention to the emulsion asphalt, but not to the other important factor, aggregate. The object of this project is the interface of aggregate and emulsifier, the research target is the breaking emulsion speed controllable, the study measure is subjects cross of material, physical chemistry, colloid and interface chemistry, and so on. The mass transfer mechanism between aggregate and emulsion asphalt will be studied on the base of the mass transfer theory between liquid phase-solid phase: Using the mass transfer device, developed by this project, the influence, between the aggregate’s physical and chemical indexes and mass transfer that happened in the interface of the aggregate/emulsifier, will be studied; Through the molecular dynamics software, the adsorbent action of the emulsifier in the aggregate/emulsifier interface will be simulated; And to verify the results of molecular dynamics simulation using the Atomic Force Microscope(AFM) from the micro perspective; through achievements of macro test and micro test and molecular dynamics simulation, the mass transfer mechanics between aggregate and emulsifier will be revealed. The research can provide the theory base and test technology for the breaking controllable of emulsion asphalt.

破乳条件不可控、长期使用性能不稳定等因素影响了节能、环保的乳化沥青类混合料的大规模应用，集料与乳化沥青间作用机制了解的空白，是导致该现象的重要原因之一，该空白使得业内往往仅考虑乳化沥青单方面的影响，而无视集料影响的存在。本项目以集料/乳化剂界面为研究对象，以集料/乳化沥青破乳速度可控为研究目标，以道路、材料、物理化学、胶体与界面化学等多学科的学科交叉为手段，基于液固相间传质理论，系统研究集料/乳化剂界面上液固相间的传质机理：通过自研发的集料/乳化剂相间传质装置，研究集料物理、化学指标对集料/乳化剂二者间传质影响（宏观试验）；借助分子动力学软件模拟集料/乳化剂界面上乳化剂的吸附行为；采用原子力显微镜（AFM）微观试验对分子动力学模拟结果进行验证；通过宏观试验/微观试验/分子动力学模拟关联分析，揭示集料/乳化剂相间传质的机理。为实现破乳条件可控的乳化沥青混合料的工程应用提供理论和实验技术支撑。

乳化沥青破乳条件不可控使得其在道路工程中的应用受到很大的限制，导致该现象的原因有两个，其一是乳化沥青体系本身的复杂性，二是集料对体系影响研究的缺失。乳化沥青体系涉及到沥青、乳化剂、各种助剂、稳定剂等，其中，乳化剂的作用是影响乳化沥青体系的最主要因素。基于此，本文以乳化沥青中乳化剂及集料为研究对象，采用相对可控的矿粉代替一般的集料，开展集料特性对集料/乳化剂体系传质的影响研究，以期得到集料与乳化剂间的作用机理及内在规律。.（1）结合公路行业集料的具体要求改进了试验方法，测试了4种石灰岩和1种玄武岩集料及集料的化学成分（氧化钙、氧化镁、三氧化二铁、氧化硅、三氧化二铝等五种集料化学成分，约占其所有化学成分含量的95%~99%）的表面能、电导率、Zeta电势及pH值和碱值等参数，分析了其变化规律。.（2）采用灰色理论中的灰色关联度分析方法，对4种石灰岩和1种玄武岩集料及集料的化学成分的表面能参数与比表面积、粒度、集料粒径、pH值、碱值、电势差、BJH吸附累积孔平均直径、多点BE比表面积（B1）及BJH吸附累积孔内表面积（B2）等的关联度进行分析发现，集料的表面能、pH值、碱值等实测值，与通过其化学成分表面能参数计算得到的数值之间均存在较好的关联度，据此，运用数据统计分析软件建立了基于表面能、pH值及碱值变化的“集料物理化学指标”、“集料化学成分含量”与不变的“集料化学成分物理化学指标”间的关系模型，可有效的区分不同岩性的集料。.（3）通过吸附系数进行集料/乳化剂相间传质研究，采用MQK-1d、SDBS两种乳化剂分别与五种集料、五种集料化学成分等材料进行组合，研究了乳化剂浓度、固液比等因素对集料/乳化剂溶液体系吸附系数的影响。