[發明專利]基于乳化劑的瀝青-集料粘附性的分子動力學評價方法

在審

• 申請號: 202011046588.6
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112233728A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 蘇國城;虞將苗;V·米佳世
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G01N11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種基于乳化劑的瀝青?集料粘附性的分子動力學評價方法，該方法基于materials studio軟件構建瀝青體系無定形晶胞模型、集料超晶胞模型和乳化劑體系無定形晶胞模型，通過build layer工具構建瀝青層?集料層模型以及瀝青層?乳化劑層?集料層模型，利用Forcite模塊的Energy任務計算，得到在沒有乳化劑層和有乳化劑層狀態下，瀝青—集料之間的粘附功。該方法定量得出乳化劑對瀝青—集料之間界面粘附性的影響，準確性高，避免了傳統實驗方法的主觀性，操作步驟簡單，可以準確預估不同乳化劑對瀝青—集料之間界面粘附性的影響差異，以此來指導乳化瀝青的運用。

技術領域

本發明涉及一種預測乳化瀝青與集料粘附性能的方法，特別涉及一種基于乳化劑的瀝青-集料粘附性的分子動力學評價方法，屬于智慧路面工程與計算機實驗領域。

背景技術

瀝青路面是道路建設中應用最廣泛的高級路面，具有耐久性好、壽命周期長、維護費用低、降噪效果好等優點。傳統的道路材料以熱拌瀝青混合料為主，但是熱拌瀝青混合料存在著一系列缺點，如能源消耗大，環境污染大，施工作業條件苛刻，特別在冬天，施工溫度很難達到要求。相對于熱拌和溫拌瀝青混合料，冷拌瀝青混合料具有節約能源，減少污染，施工環境受溫度影響小，可用于快速修補等優點，是未來道路材料的發展方向。常見的冷拌技術所用到的乳化瀝青可分為乳化型、溶劑型以及泡沫型，其中研究和應用最為廣泛的為乳化型。

然而，目前乳化瀝青的應用仍存在局限，其中一個重要的原因是乳化瀝青破乳后形成一層乳化劑薄膜覆蓋在瀝青與集料中間，降低瀝青與集料之間的粘附性，因而通常需要添加抗剝落劑以提高瀝青與集料之間的粘附性。

目前，基于乳化劑對瀝青-集料的影響主要是通過一些粘附實驗進行定性分析，鮮有研究定量分析乳化劑膜的影響。通過分子動力學的方法，可以從分子角度對瀝青-乳化劑膜-集料進行微觀建模，利用經典牛頓運動力學，賦予模型適當的力場，定量探究基于乳化劑的瀝青—集料之間的粘附性，為乳化瀝青的進一步發展提供指導。

發明內容

為了從微觀上定量研究基于乳化劑的瀝青—集料之間粘附性的影響，同時克服傳統宏觀實驗主觀性大、實驗數據離散性大、操作麻煩等不足，本發明提供了一種基于乳化劑的瀝青—集料粘附性的分子動力學評價方法。該方法不僅能從微觀上定量分析乳化劑對瀝青—集料粘附性的影響，同時避免了人為操作的誤差，可從本質上解釋乳化劑的影響機理。

為達到以上效益，本發明提供了一種基于乳化劑的瀝青—集料粘附性的分子動力學評價方法，包括以下步驟：

(1)基于materials studio軟件的sketch工具，通過優化構建穩定的瀝青體系無定形晶胞模型；

(2)基于materials studio軟件的build工具構建不同表面的集料超晶胞模型；

(3)基于materials studio軟件的sketch工具，構建乳化劑體系無定形晶胞模型；

(4)基于build layer工具構建瀝青層—集料層模型以及瀝青層—乳化劑層—集料層模型；

(5)使用Forcite模塊的Dynamic方法，采用NVT系統對瀝青層—集料層模型以及瀝青層—乳化劑層—集料層模型進行動力學計算得到穩定的吸附模型；再分別利用Forcite模塊的Energy任務計算，得到在沒有乳化劑層和有乳化劑層狀態下，瀝青—集料之間的粘附功。

優選地，步驟(1)中的瀝青體系無定形晶胞模型，其中，瀝青組分可按照三組分或四組分進行構建，組分的確定可參考文獻或者通過核磁共振氫譜、XRD、FTIR等化學方法以及B-L法確定瀝青組分的官能團和結構參數，確定瀝青各組分的結構；