[發明專利]基于分子動力學模擬的瀝青抗老化性能評價方法

在審

• 申請號: 202010645196.5
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111721693A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 顧興宇;胡棟梁;崔冰彥;周洲
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N5/00;G01N30/02;G01N21/35;G16C10/00;G16C20/10
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

基于分子動力學模擬的瀝青抗老化性能評價方法，本發明的目的在于克服現有試驗方法評價瀝青抗老化性能研究效果的不足，通過開展基于反應力場的分子動力學模擬，提出一種理論依據可靠、結果簡潔明確的方法評價瀝青的抗老化性能。本發明采用基于反應力場的分子動力學模擬方法，通過精確量化瀝青老化后含氧官能團的數量，直接反映瀝青抗老化性能，過程規范，結果可靠，克服了實驗研究方法無法準確量化或者不能直接反映瀝青抗老化性能的不足之處；并且本發明采用的分子動力學模擬方法所用力場參數根據第一性原理計算的結果優化得到，反映了瀝青在抗老化方面本身的物理化學屬性，不受試驗條件的干擾。

技術領域

本發明屬于瀝青抗老化性能評價技術領域，具體涉及一種基于分子動力學模擬的瀝青抗老化性能評價方法。

背景技術

瀝青路面在使用階段長期處于大氣環境下，因此瀝青容易發生老化，瀝青老化是影響瀝青路面使用性能的重要因素之一。瀝青老化后的宏觀表現為針入度下降，軟化點上升，延度減小，這些物理指標的劣化導致瀝青路面強度和耐久性降低，容易引起瀝青路面開裂與剝落。由于路面所處的自然環境無法改變，因此只能通過提高瀝青的抗老化性能以防止瀝青路面過早地出現老化相關病害。

為了提高瀝青的抗老化性能，一種方法是向瀝青中摻加炭黑、橡膠粉、納米材料等抗氧化劑以制備改性瀝青，另一種方法是直接就選用具有較好的抗老化性能的瀝青，其中后一種方法的成本相對較低，且能確保瀝青具有較好的存儲穩定性。因此，準確評價瀝青的抗老化性能并選擇具有較好的抗老化性能的瀝青用于瀝青路面的工程實踐中，這將削弱瀝青路面使用階段的老化效應，預防瀝青路面的早期損壞，提升瀝青路面整體質量，減少瀝青路面全壽命周期建設成本。

評價瀝青抗老化性能的常用研究方法是對瀝青進行旋轉薄膜烘箱老化(RTFOT)和壓力老化(PAV)后，采用傅里葉紅外光譜試驗直接測試瀝青老化后含氧官能團的變化，或者進行瀝青三大指標試驗、黏度試驗等物理試驗間接反映瀝青的抗老化性能。然而，這兩種試驗測試方法均有不足，前一種方法能直接表征瀝青的老化程度，但無法精確量化不同瀝青的含氧官能團數量的差異；后一種方法雖然能對瀝青老化后性能進行量化，但由于這些試驗指標并不直接等價于瀝青的老化程度，不同試驗指標間往往會出現相互矛盾的現象。

與試驗方法不同的是，采用基于反應力場的分子動力學模擬方法評價瀝青抗老化性能具有如下優點:1)能通過分析瀝青老化后含氧官能團的生成以直接反映瀝青抗老化性能；2)能對含氧官能團數量進行精確量化；3)這類分子動力學模擬采用的力場參數是根據第一性原理計算的結果優化得到，因此模擬結構反映瀝青分子本身的物理化學屬性，不受試驗條件干擾；4)這種分子動力學模擬方法的計算結果準確性接近量子計算的計算結果，但計算量遠小于后者。

發明內容

針對以上問題，本發明提出基于分子動力學模擬的瀝青抗老化性能評價方法，本發明的目的在于克服現有試驗方法評價瀝青抗老化性能研究效果的不足，通過開展基于反應力場的分子動力學模擬，提出一種理論依據可靠、結果簡潔明確的方法評價瀝青的抗老化性能。

本發明提供基于分子動力學模擬的瀝青抗老化性能評價方法，包括如下步驟：

(1)進行瀝青組分分離試驗將瀝青分離成瀝青質、膠質、芳香分及飽和分四種組分，并對四種組分進行稱重，計算各自所占重量比；

(2)對瀝青各組分進行凝膠色譜試驗、傅里葉紅外光譜試驗和元素分析試驗，測定所述瀝青各組分的相對分子質量、官能團分布和元素組成，以此為依據構建所述瀝青各組分的代表性分子，其特征在于每種組分的代表性分子可以是一個，也可以是多個；

(3)根據步驟(1)和步驟(2)的信息，計算建立一個瀝青分子模型所需要的每一種代表性分子的數量，并計算出瀝青分子模型的摩爾質量；