[發(fā)明專利]一種瀝青納觀聚集狀態(tài)的表征方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010564152.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111783350B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐光霽;馬濤;曹心原;丁非凡;傅子建;張鈺欽
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06T17/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

本發(fā)明公開了一種瀝青納觀聚集狀態(tài)的表征方法，屬于分子動力學(xué)模擬技術(shù)領(lǐng)域，基于分子動力學(xué)理論和模擬計算軟件MS(Materials Studio)軟件實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：(1)瀝青與改性劑分子建模：包括瀝青分子構(gòu)建和改性瀝青分子構(gòu)建；(2)瀝青納觀聚集狀態(tài)表征：徑向分布函數(shù)(Radial Distribution Function，RDF)的計算與分析。本方法提供了一種在Materials Studio軟件中模擬瀝青納觀聚集狀態(tài)的方法，解決了實(shí)際工程或技術(shù)研究中不易評價瀝青納觀聚集狀況的問題，從而為判斷改性劑對瀝青納觀結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而設(shè)計與研發(fā)新型高性能改性瀝青提供了依據(jù)和基礎(chǔ)，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分子動力學(xué)模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種瀝青納觀聚集狀態(tài)的表征方法。

背景技術(shù)

瀝青混凝土路面是我國的高速公路的主要形式，目前普遍根據(jù)瀝青的物理性能對瀝青進(jìn)行分級評定，但即使相同等級的瀝青，因其相互之間化學(xué)結(jié)構(gòu)存在差異，會表現(xiàn)出不同的路用性能，需對其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。這主要是因?yàn)椴牧系幕瘜W(xué)組成對材料的性質(zhì)起決定性作用；而材料的微觀結(jié)構(gòu)是影響材料的強(qiáng)度、硬度、彈塑性、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性等宏觀性能的重要因素。瀝青分子聚集是產(chǎn)生瀝青膠體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，很大程度上決定了瀝青的理化和使用性能。因此研究瀝青分子納觀聚集狀態(tài)為了解瀝青微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)、選擇合適的改性劑及其用量提供了重要的指導(dǎo)意義。

隨著分子力學(xué)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，分子模擬技術(shù)已經(jīng)在相當(dāng)多的領(lǐng)域科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。分子模擬技術(shù)是指利用理論方法與計算技術(shù)，模擬或仿真分子的運(yùn)動行為，可有效對分子結(jié)構(gòu)與分子運(yùn)動、排列規(guī)律關(guān)系進(jìn)行分析，同時也可以計算物質(zhì)的宏觀性能指標(biāo)，以分析物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)與宏觀性能間的關(guān)系。

瀝青分子種類復(fù)雜，通過試驗(yàn)手段研究其化學(xué)結(jié)構(gòu)存在一定困難。因此利用分子動力學(xué)模擬研究瀝青分子納觀聚集狀態(tài)，揭示傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)難以觀察到的細(xì)微而詳細(xì)的瀝青分子內(nèi)部聚集狀態(tài)變化，并通過徑向分布函數(shù)進(jìn)行表征。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種瀝青納觀聚集狀態(tài)的表征方法，基于分子動力學(xué)理論建立了三維分子模型，解決目前宏觀實(shí)驗(yàn)難以較好地表征瀝青分子納觀聚集狀態(tài)的問題。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種瀝青納觀聚集狀態(tài)的表征方法，包括以下步驟：

1)在Materials Studio軟件中新建一個3D Atomistic文檔，根據(jù)瀝青各組分分子式繪制分子，獲得瀝青組分三維分子結(jié)構(gòu)；

2)在COMPASSⅡ力場中，利用Materials Studio軟件Modules模塊中的Amorphouscell功能構(gòu)建瀝青分子模型；

3)對步驟2)構(gòu)建的瀝青分子模型先進(jìn)行正則系綜平衡，再進(jìn)行等溫等壓系綜動力學(xué)模擬，隨后進(jìn)行正則系綜動力學(xué)模擬，得到處理后的瀝青分子模型，使該處理后的瀝青分子模型達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以供分析；

4)將處理后的瀝青分子模型中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和油分三個組分各分子的質(zhì)心分別定義為三個組，利用Modules模塊中的Forcite功能的Analysis計算得到徑向分布函數(shù)g(r)，徑向分布函數(shù)g(r)的公式如下：

式中r為距參考原子的距離，ρ為系統(tǒng)的密度，N為處理后的瀝青分子模型距參考原子半徑為r的球體內(nèi)粒子的數(shù)目；

5)對步驟4)得到的徑向分布函數(shù)g(r)進(jìn)行平滑處理，平滑處理機(jī)理是用一個點(diǎn)附近區(qū)域步長內(nèi)所有點(diǎn)的平均值代替原先值，平滑處理后函數(shù)值P(i)公式如下：

式中，P(j)為平滑處理前數(shù)值，B為平滑處理窗口，單位：nm，n為每步計算采樣點(diǎn)數(shù)，Δx為采樣間隔，單位：nm；