多相盐溶液/晶体环境下沥青-集料系统盐致界面失效的原子机制：分子模拟与实验观测

《Applied Nursing Research》：Atomistic mechanisms of salt-induced interfacial failure in asphalt–aggregate systems under multiphase salt solution/crystal environments: molecular simulation and laboratory observation

本文通过分子动力学（MD）模拟与宏观拉拔实验相结合，系统揭示了NaCl、MgCl2和Na2SO4在溶液/晶体状态下对沥青-集料界面的损伤机制。研究发现盐溶液会显著降低界面粘结强度（导致粘附失效），而盐晶体则呈现分化效应；沥青老化在 cohesive failure 中增强界面强度，在 adhesive failure 中则削弱之。该多尺度研究为提升盐环境沥青路面耐久性提供了理论依据。

　　

Highlight

通过分子动力学（MD）模拟和宏观拉拔试验，揭示了不同盐分（NaCl、MgCl₂、Na₂SO₄）在溶液和晶体状态下对沥青-集料界面的损伤机制。研究发现盐溶液会显著降低界面粘结强度和断裂能，通常导致粘附失效（adhesive failure）；而盐晶体则呈现分化效应：Na₂SO₄和NaCl晶体促进内聚失效（cohesive failure）并保持或改善粘附性，而MgCl₂晶体强烈吸附在沥青界面诱导粘附失效。沥青老化在 cohesive failure 场景中增强界面强度，但在 adhesive failure 中降低之。

Effect of pull-off rate

通过对集料与三种沥青（VB、MAB、SAB）的界面模型施加不同拉拔速率，生成应力-位移曲线。这些曲线随后通过内聚力模型（CZM）进行平滑和拟合。结果表明，在较低拉拔速率下，曲线出现显著波动，归因于部分沥青随集料移动，导致渐进式界面失效。随着拉拔速率增加，曲线变得更陡峭、更平滑，峰值应力显著提高，表明界面响应从韧性向脆性转变。有趣的是，在最高拉拔速率下，所有沥青类型均表现出类似的脆性断裂行为，表明速率效应超越了材料本身的老化差异。

Conclusions and future work

本研究阐明了盐分在沥青-集料界面诱导降解和粘附失效的机制。通过分子动力学模拟研究了复杂盐环境下老化沥青粘结剂的粘附行为，原子尺度见解通过宏观拉拔试验得到验证。多尺度证据全面揭示了盐致劣化现象，并为提升盐环境沥青路面耐久性提供了理论指导。未来研究将探索更广泛的盐类型、环境条件以及纳米填料等改性策略，以进一步增强沥青材料的抗盐性能。