[发明专利]一种再生剂在老化沥青中扩散效果的评价方法

说明书

本发明公开了一种基于分子动力学模拟的评价再生剂在老化沥青中扩散效果的方法。该方法主要特点在于：借助分子动力学理论和仿真计算软件(Materials Studio Software)建立再生剂在老化沥青中的扩散模型。模拟计算分析扩散过程，记录分子的运动轨迹，并且通过获得的均方根位移(MSD)和时间的曲线来计算扩散系数。扩散系数利用爱因斯坦方程：D(扩散系数)＝T/6来计算。从而解决了再生剂在老化沥青中扩散效果和渗透性能不好评估的现状，可为再生剂在实际应用中的选择提供依据和基础，因而具有重大的意义和广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于分子动力学模拟技术领域，具体涉及一种再生剂在老化沥青中扩散效果的评价方法。

背景技术

道路老化沥青混合料的回收再生利用对资源的节约、环境保护等有重要意义，而再生沥青的性能在一定程度上取决于老化沥青与再生剂的混合程度。混合和扩散过程可以增加混合物的均一稳定性，是老化沥青再生的两个重要概念。因此，再生剂与老化沥青的混合以及扩散过程的研究可以为再生剂的选择以及研发提供重要的指导意义。

随着量子力学、分子力学等理论学科的迅速发展，分子模拟技术在当前诸多领域的科学研究中己被广为采用，并发挥着越来越重要的作用。分子模拟技术可以在自身建立的场景中呈现微观粒子的模型，主要依靠尺度大小、明暗程度和颜色等系统参数及微观粒子本身不同的结构呈现方式来实现。分子模拟技术是依托计算机而进行实验的一种技术，通过建立合理的分子模型对分子的静态特征和运动行为进行模拟，其目的是获得微观体系的物理化学性质。

随着再生剂在道路施工中越来越多的应用，有关再生剂在老化沥青中的扩散和渗透效果的研究也越来越多，期望能够找到描述再生剂在老化沥青中扩散和渗透效果的有效方法。因此，我们有必要在扩散过程的研究方面引入计算化学的方法，利用分子动力学模拟再生剂的老化沥青中的扩散过程，通过计算其扩散系数来描述其扩散效果的好坏。

发明内容

本发明目的在于克服现有测试方法对再生剂在老化沥青中扩散效果和渗透性能表征效果的不足，通过建立一种三维的扩散模型，提出一种基于分子动力学模拟的再生剂在老化沥青中的扩散效果评价方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种再生剂在老化沥青中扩散效果的评价方法，包括如下步骤：

1)对再生剂进行傅立叶红外光谱分析，获得其所含有的官能团信息，通过ChemDraw软件画出其分子结构后插入到MS软件中获得其三维分子结构；

2)在MS软件中利用Modules模块中的AmorphousCell功能进行老化沥青三维结构的构建；

3)在COMPASS力场中，利用分子力学和量子化学计算对步骤1)和2)构建的三维结构进行分子结构优化，确定再生剂和老化沥青最小能量的构象；

4)选择再生剂和老化沥青三维结构最小能量的构象模板，利用Build模块中的Build Layers功能建立再生剂在老化沥青中的扩散模型；

5)先进行20ps的NVT及20ps的NPT动力学模拟，随后进行40ps的NVT动力学模拟，保存分子的运动轨迹以供分析；

6)通过运动轨迹获取粒子的均方根位移曲线(MSD)，利用均方根位移曲线计算得出粒子的扩散系数；然后采用Einstein法进行扩散系数的计算，Einstein方程表示如下：

——式1；

式1中，N为体系中所有扩散粒子的数目。

按上述方案，步骤2)所述老化沥青中饱和分采用直链模型C₂₂H₄₆、芳香分采用模型1,7-二甲基萘、沥青质采用GroenzinandMullin的模型C₇₂H₉₈S。