一種再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分子動力學(xué)模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效 果的評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 道路老化瀝青混合料的回收再生利用對資源的節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等有重要意義，而 再生瀝青的性能在一定程度上取決于老化瀝青與再生劑的混合程度?；旌虾蛿U(kuò)散過程可以 增加混合物的均一穩(wěn)定性，是老化瀝青再生的兩個重要概念。因此，再生劑與老化瀝青的混 合以及擴(kuò)散過程的研宄可以為再生劑的選擇以及研發(fā)提供重要的指導(dǎo)意義。
[0003] 隨著量子力學(xué)、分子力學(xué)等理論學(xué)科的迅速發(fā)展，分子模擬技術(shù)在當(dāng)前諸多領(lǐng)域 的科學(xué)研宄中己被廣為采用，并發(fā)揮著越來越重要的作用。分子模擬技術(shù)可以在自身建立 的場景中呈現(xiàn)微觀粒子的模型，主要依靠尺度大小、明暗程度和顏色等系統(tǒng)參數(shù)及微觀粒 子本身不同的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)方式來實現(xiàn)。分子模擬技術(shù)是依托計算機(jī)而進(jìn)行實驗的一種技術(shù)， 通過建立合理的分子模型對分子的靜態(tài)特征和運動行為進(jìn)行模擬，其目的是獲得微觀體系 的物理化學(xué)性質(zhì)。
[0004] 隨著再生劑在道路施工中越來越多的應(yīng)用，有關(guān)再生劑在老化瀝青中的擴(kuò)散和滲 透效果的研宄也越來越多，期望能夠找到描述再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散和滲透效果的有效 方法。因此，我們有必要在擴(kuò)散過程的研宄方面引入計算化學(xué)的方法，利用分子動力學(xué)模擬 再生劑的老化瀝青中的擴(kuò)散過程，通過計算其擴(kuò)散系數(shù)來描述其擴(kuò)散效果的好壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有測試方法對再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果和滲透性能 表征效果的不足，通過建立一種三維的擴(kuò)散模型，提出一種基于分子動力學(xué)模擬的再生劑 在老化瀝青中的擴(kuò)散效果評價方法。
[0006] 為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：
[0007] -種再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的評價方法，包括如下步驟：
[0008] 1)對再生劑進(jìn)行傅立葉紅外光譜分析，獲得其所含有的官能團(tuán)信息，通過 ChemDraw軟件畫出其分子結(jié)構(gòu)后插入到MS軟件中獲得其三維分子結(jié)構(gòu)；
[0009] 2)在MS軟件中利用Modules模塊中的AmorphousCell功能進(jìn)行老化瀝青三維結(jié) 構(gòu)的構(gòu)建；
[0010] 3)在COMPASS力場中，利用分子力學(xué)和量子化學(xué)計算對步驟1)和2)構(gòu)建的三維 結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定再生劑和老化瀝青最小能量的構(gòu)象；
[0011] 4)選擇再生劑和老化瀝青三維結(jié)構(gòu)最小能量的構(gòu)象模板，利用Build模塊中的 Build Layers功能建立再生劑在老化瀝青中的擴(kuò)散模型；
[0012] 5)先進(jìn)行20ps的NVT及20ps的NPT動力學(xué)模擬，隨后進(jìn)行40ps的NVT動力學(xué)模 擬，保存分子的運動軌跡以供分析；
[0013] 6)通過運動軌跡獲取粒子的均方根位移曲線（MSD)，利用均方根位移曲線計算得 出粒子的擴(kuò)散系數(shù)；然后采用Einstein法進(jìn)行擴(kuò)散系數(shù)的計算，Einstein方程表示如下：
【主權(quán)項】
1. 一種再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的評價方法，其特征在于包括如下步驟： 1)對再生劑進(jìn)行傅立葉紅外光譜分析，獲得其所含有的官能團(tuán)信息，通過ChemDraw軟 件畫出其分子結(jié)構(gòu)后插入到MS軟件中獲得其三維分子結(jié)構(gòu)； 2)在MS軟件中利用Modules模塊中的Amorphous Cell功能進(jìn)行老化瀝青三維結(jié)構(gòu)的 構(gòu)建； 3) 在COMPASS力場中，利用分子力學(xué)和量子化學(xué)計算對步驟1)和2)構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu) 進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定再生劑和老化瀝青最小能量的構(gòu)象； 4)選擇再生劑和老化瀝青三維結(jié)構(gòu)最小能量的構(gòu)象模板，利用Build模塊中的 BuildLayers功能建立再生劑在老化瀝青中的擴(kuò)散模型； 5) 先進(jìn)行20ps的NVT及20ps的NPT動力學(xué)模擬，隨后進(jìn)行40ps的NVT動力學(xué)模擬， 保存分子的運動軌跡以供分析； 6) 通過運動軌跡獲取粒子的均方根位移曲線（MSD)，利用均方根位移曲線計算得出粒 子的擴(kuò)散系數(shù)；然后采用Einstein法進(jìn)行擴(kuò)散系數(shù)的計算，Einstein方程表示如下：
式中，N為體系中所有擴(kuò)散粒子的數(shù)目。
2. 如權(quán)利要求1所述再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的評價方法，其特征在于步驟2) 所述老化瀝青中飽和分采用直鏈模型C22H46、芳香分采用模型1，7-二甲基萘、瀝青質(zhì)采用 GroenzinandMullin的模型C72H98S。
3. 如權(quán)利要求1所述再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的評價方法，其特征在于步驟4)所 述擴(kuò)散模型中模型采用周期性邊界條件以保證其體系的密度恒定；采用SmartMinimizer 法和Fine水平的收斂精度對其進(jìn)行能量最小化。
4. 如權(quán)利要求1所述再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的評價方法，其特征在于步驟5) 所述動力學(xué)模擬采用Andersen法和Berendsen法分別控制溫度和壓力；構(gòu)造過程采用 COMPASS力場；非鍵作用力的計算采用atom based算法；范德華勢能用Lenard-Jones函數(shù) 表不：
5. 如權(quán)利要求1所述再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的評價方法，其特征在于步驟6)所 述MSD曲線線性關(guān)系簡化為 D=a/6 ； 式中a為均方根位移曲線的斜率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分子動力學(xué)模擬的評價再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果的方法。該方法主要特點在于：借助分子動力學(xué)理論和仿真計算軟件(Materials Studio Software)建立再生劑在老化瀝青中的擴(kuò)散模型。模擬計算分析擴(kuò)散過程，記錄分子的運動軌跡，并且通過獲得的均方根位移(MSD)和時間的曲線來計算擴(kuò)散系數(shù)。擴(kuò)散系數(shù)利用愛因斯坦方程：D(擴(kuò)散系數(shù))＝T/6來計算。從而解決了再生劑在老化瀝青中擴(kuò)散效果和滲透性能不好評估的現(xiàn)狀，可為再生劑在實際應(yīng)用中的選擇提供依據(jù)和基礎(chǔ)，因而具有重大的意義和廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104809305
【申請?zhí)枴緾N201510238983
【發(fā)明人】肖月, 王業(yè)飛, 儀明偉, 秦哲煥
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月12日