[發明專利]一種石墨烯改性瀝青抗裂性能評價方法

有效

• 申請號: 202110326167.7
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113160897B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 顧興宇;董惜楊;胡棟梁
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發明公開了一種石墨烯改性瀝青抗裂性能評價方法，屬于改性瀝青力學性能評價技術領域。方法包括如下步驟：一、將基質瀝青分為四種組分，并計算各組分所占重量比；二、計算得出瀝青分子模型中各組分分子模型數量；三、構建石墨烯改性瀝青共混體系分子模型；四、使各石墨烯改性瀝青共混體系分子模型達到平衡穩定的狀態；五、得到模型的剪切模量G；六、得到模型的黏附功W_cohesion；七、得到模型的自擴散系數δ；八、確定判斷矩陣，構建關于石墨烯改性瀝青抗裂性能評價的模型，結合剪切模量、黏附功及自擴散系數計算得出對應摻量的石墨烯改性瀝青的抗裂性能。本發明通過分子動力學模擬，更加科學直觀的表征了石墨烯摻量對石墨烯改性瀝青抗裂性能的影響。

技術領域

本發明屬于改性瀝青力學性能評價技術領域，更具體地說，涉及一種石墨烯改性瀝青抗裂性能評價方法。

背景技術

隨著交通事業的繁榮發展，交通量的增加，瀝青路面面臨著越來越多的挑戰，包括全球變暖引起的持續高溫、重載交通等，使瀝青路面大量出現車轍、擁包、裂縫、松散等病害，其中高速公路病害中車轍尤為嚴重，為解決上述問題，對瀝青材料改性從而改善其性能是目前較為常用的方法。改性劑的研究也成為了一個研究的熱點，目前研究成果主要包括有橡膠及熱塑性彈性體改性瀝青、塑料與合成樹脂類改性瀝青和共混型高分子聚合物改性瀝青及非聚合瀝青改性劑，其中最為廣泛應用的包括橡膠改性瀝青和SBS改性瀝青，可以提高瀝青的強度、高溫穩定性、低溫抗裂性等，成本也較低，但面對迅猛增長的車輛荷載、交通壓力及自然環境影響，SBS及橡膠等由于與瀝青的混溶性不夠，也逐漸無法滿足人們的需求，因此國內外開始尋找其他提高改性瀝青性能的材料與方法。

微觀結構是宏觀性能的決定因素，而納米粒子因其具有不同于宏觀大尺寸顆粒，也不同于單個原子和分子等微觀粒子的一些新的特性，能從根本上大幅度改善性能，因此納米材料改性劑逐漸應用到道路領域，納米材料比表面積較大、表面能高，具有優異的界面效應，石墨烯自2004年被成功制備以來，因其獨特的結構和優異的性能而被廣泛應用于物理、化學、材料等各種領域，包括工程領域。

目前，國內外對石墨烯在道路領域的研究主要包括三大指標、動態剪切流變試驗等宏觀試驗和紅外光譜法、原子力顯微鏡等微觀試驗，但由于石墨烯成本較高，抗裂性能系統研究的較少，且石墨烯的品質和參數也不盡相同，得到的研究結論并不完全一致。微觀試驗更多地是對瀝青靜態研究，缺少動態變化觀察，因此，目前評價的石墨烯改性瀝青抗裂性能的方法均存在一定的局限性。

發明內容

為了解決上述技術問題至少之一，根據本發明的一方面，提供了一種石墨烯改性瀝青抗裂性能評價方法，包括如下步驟：

一、選取基質瀝青，進行瀝青組分分離試驗將基質瀝青分離成瀝青質、膠質、芳香分及飽和分四種組分，并對四種組分進行稱重，計算各組分所占重量比；

二、對瀝青四組分進行凝膠色譜試驗、傅里葉紅外光譜試驗(FT-IR)和元素分析試驗，確定瀝青四種組分各自的元素組成、官能團分布和相對分子質量，建立各組分的代表性分子的化學結構，并計算得出瀝青分子模型中各組分分子模型數量；

三、根據步驟一計算結果，通過Materials Studio軟件的Sketch功能繪制出基質瀝青四組分代表分子結構模型，以及繪制出石墨烯分子模型，繪制好的分子模型在Materials Studio軟件的Forcite模塊進行結構優化；然后根據步驟二計算出的瀝青四種組分分子模型數量配合不同的石墨烯分子的模型數量，采用Amorphous Cell模塊構建石墨烯改性瀝青共混體系分子模型，并進行幾何優化，構造過程采用COMPASS II力場；

四、通過動力學弛豫分別使各石墨烯改性瀝青共混體系分子模型達到平衡穩定的狀態；

五、分別對不同摻量的石墨烯改性瀝青共混體系分子模型進行不同溫度下的分子動力學模擬，得到各個模型的剪切模量G；