确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法，包括以下步骤：1)建立沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型；2)根据步骤1)构建的沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型进行结合能及溶解度参数的分子动力学模拟，得各类橡胶的溶解度参数、沥青的溶解度参数及各个橡胶参量下橡胶与沥青的结合能；3)计算各类橡胶的溶解度参数与沥青的溶解度参数之差，选取差值最小的橡胶作为橡胶改性沥青的最佳橡胶类型；同时选取结合能最大时对应的橡胶掺量作为橡胶改性沥青的最佳橡胶掺量，该方法能够确定橡胶改性沥青的最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量。

【技术实现步骤摘要】
确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法
本专利技术属于道路交通领域，涉及一种确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法。
技术介绍
橡胶改性沥青是将废旧轮胎制成的橡胶粉作为添加剂添加到基质沥青中，在一定工艺条件下制备而成的用作铺筑路面的黏结料。目前，废旧轮胎橡胶粉来源较多，不同废旧轮胎制得的胶粉成分并不相同，因而对沥青性能的改善效果也存在差异。本专利技术基于分子动力学模拟，提出以结合能确定不同种类橡胶改性沥青的橡胶最佳掺量和极限掺量以及以溶解度参数差值来比选最佳橡胶类型的方法，明确不同橡胶种类在制备橡胶改性沥青时橡胶最佳掺量以及最佳橡胶类型，为试验制备时胶粉掺量以及类型的选取提供科学合理的指导。目前在制备橡胶改性沥青时，废胎胶粉的选择是经验性的，没有特定的理论依据。而事实上废胎胶粉的来源非常复杂，不同来源的废胎胶粉成分和组分含量也不相同，由此制备的橡胶改性沥青的性能也存在差异。目前橡胶改性沥青的相关研究中，并未对废胎胶粉进行合理的分类，而是笼统的加以利用，对于废胎胶粉掺量的选取通常采用的是15％-25％的经验值，并未根据橡胶的不同种类而分别确定橡胶最佳掺量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法，该方法能够确定橡胶改性沥青的最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量。为达到上述目的，本专利技术所述的确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法包括以下步骤：1)建立沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型；2)根据步骤1)构建的沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型进行结合能及溶解度参数的分子动力学模拟，得各类橡胶的溶解度参数、沥青的溶解度参数及各个橡胶参量下橡胶与沥青的结合能；3)计算各类橡胶的溶解度参数与沥青的溶解度参数之差，选取差值最小的橡胶作为橡胶改性沥青的最佳橡胶类型；同时选取结合能最大时对应的橡胶掺量作为橡胶改性沥青的最佳橡胶掺量。沥青包含沥青质、胶质及油分，根据沥青的组成及各成分的含量构建沥青的分子动力学模型。橡胶改性沥青中的橡胶来自废胎胶粉。各类橡胶的溶解度参数δ的表达式为：其中，ΔE为该类橡胶的内聚能，V为该类橡胶的体积,CED为该类橡胶的内聚能密度。橡胶与沥青的结合能Ebinding为：Ebinding＝-(Etotal-EA-EB)其中，Etotal为橡胶与沥青混合稳定后的总能量，EA为沥青在稳定状态下的能量，EB为橡胶在稳定状态下的能量。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法在具体操作时，基于沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型进行结合能及溶解度参数的分子动力学模拟，并根据各类橡胶的溶解度参数及沥青的溶解度参数确定橡胶改性沥青的最佳橡胶类型，同时根据各个橡胶参量下橡胶与沥青的结合能确定橡胶改性沥青的最佳橡胶掺量，操作方便、简单，以理论研究为实际的橡胶改性沥青的制备提供指导依据，以便试验时有目的性的制备材料。附图说明图1a为沥青质模型的示意图；图1b为胶质模型的示意图；图1c为油分模型的示意图；图2为基质沥青三维分子模型的示意图图3为天然橡胶重复单元的示意图；图4为顺丁橡胶重复单元的示意图；图5为天然橡胶分子链模型的示意图；图6为顺丁橡胶分子链模型的示意图；图7a为苯乙烯重复单元的示意图；图7b为顺-1,4-丁二烯重复单元的示意图；图7c为反-1,4-丁二烯重复单元的示意图；图7d为1,2-丁二烯重复单元的示意图；图8为丁苯橡胶分子链模型的示意图；图9a为天然橡胶分子模型的示意图；图9b为天然橡胶改性沥青模型的示意图；图9c为顺丁橡胶分子模型的示意图；图9d为顺丁橡胶改性沥青模型的示意图；图9e为丁苯橡胶分子模型的示意图；图9f为丁苯橡胶改性沥青模型的示意图；图10为不同橡胶掺量的橡胶改性沥青中橡胶与沥青结合能变化曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术所述的确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法包括以下步骤：1)建立沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型；2)根据步骤1)构建的沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型进行结合能及溶解度参数的分子动力学模拟，得各类橡胶的溶解度参数、沥青的溶解度参数及各个橡胶参量下橡胶与沥青的结合能；3)计算各类橡胶的溶解度参数与沥青的溶解度参数之差，选取差值最小的橡胶作为橡胶改性沥青的最佳橡胶类型；同时选取结合能最大时对应的橡胶掺量作为橡胶改性沥青的最佳橡胶掺量。沥青包含沥青质、胶质及油分，根据沥青的组成及各成分的含量构建沥青的分子动力学模型。橡胶改性沥青中的橡胶来自废胎胶粉。各类橡胶的溶解度参数δ的表达式为：其中，ΔE为该类橡胶的内聚能，V为该类橡胶的体积,CED为该类橡胶的内聚能密度。橡胶与沥青的结合能Ebinding为：Ebinding＝-(Etotal-EA-EB)其中，Etotal为橡胶与沥青混合稳定后的总能量，EA为沥青在稳定状态下的能量，EB为橡胶在稳定状态下的能量。实施例本专利技术中的沥青质选用C64H52S2作为代表物质，胶质和油分分别以1,7二甲基萘和正二十二烷(C22H46)作为代表物质，沥青三组分模型如图1a、图1b及图1c所示。在沥青三组分模型的基础上，使用MS软件建立沥青的三维分子模型，沥青分子模型各组分分子数及含量如表1所示，建好的基质沥青分子模型如图2所示。表1橡胶改性沥青中的橡胶来自废胎胶粉，废胎胶粉的成分复杂，除橡胶成分外，还含有炭黑等添加剂。废胎胶粉中的橡胶成分主要包括天然橡胶、顺丁橡胶及丁苯橡胶。本实施例只考虑废胎胶粉中的橡胶成分，即用纯的橡胶表示废胎胶粉，建立理想化的橡胶改性沥青模型。天然橡胶及顺丁橡胶都是由单体聚合而成的均聚物，用于聚合反应的重复单元如图3和图4所示，橡胶的重复单元建成后，在此基础上建立指定重复单元个数的橡胶分子链，橡胶分子链模型如图5和图6所示。丁苯橡胶为由苯乙烯和丁二烯单体聚合而成的无规共聚物，当前丁苯橡胶大多都是经低温乳聚制成，且乳聚丁苯橡胶中苯乙烯含量一般占23.5％，丁二烯含量如表2所示。表2丁苯橡胶聚合单体的重复单元如图7a至图7d所示，然后以表2中丁苯橡胶分子组成含量为依据，建立指定聚合度的分子链，例如图8所示。本实施例主要以结合能探讨橡胶掺量对橡胶与沥青的相容性影响，模拟橡胶改性沥青制备时橡胶掺量的影响，橡胶掺量设置为5％、10％、15％、20％、25％及30％六个掺量，以橡胶掺量为10％的三种橡胶改性沥青为例，橡胶模型及此掺量下的三种橡胶改性沥青模型如图9a至图9f所示。所有模型建成后进行动力学的模拟计算。模拟温度为453K及298K，首先进行500ps的NVT模拟，接着进行500ps的NPT模拟，压力设置为0.000101GPa。模拟过程均采用COMPASS力场，控温及控压方式分别为Nose和Berendsen，静电力和范德华力分别采用Ewald和Atombased方法计算。动力学模拟计算完成后，计算在温度为453K和298K情况下的沥青、天然橡胶、顺当橡胶、丁苯橡胶的溶解度参数，然后将天然橡胶、顺当橡胶、丁苯橡胶的溶解度参数与沥青的溶解度参数做差，得到橡胶与沥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型；2)根据步骤1)构建的沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型进行结合能及溶解度参数的分子动力学模拟，得各类橡胶的溶解度参数、沥青的溶解度参数及各个橡胶参量下橡胶与沥青的结合能；3)计算各类橡胶的溶解度参数与沥青的溶解度参数之差，选取差值最小的橡胶作为橡胶改性沥青的最佳橡胶类型；同时选取结合能最大时对应的橡胶掺量作为橡胶改性沥青的最佳橡胶掺量。

【技术特征摘要】
1.一种确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型；2)根据步骤1)构建的沥青的分子动力学模型、橡胶模型以及橡胶改性沥青模型进行结合能及溶解度参数的分子动力学模拟，得各类橡胶的溶解度参数、沥青的溶解度参数及各个橡胶参量下橡胶与沥青的结合能；3)计算各类橡胶的溶解度参数与沥青的溶解度参数之差，选取差值最小的橡胶作为橡胶改性沥青的最佳橡胶类型；同时选取结合能最大时对应的橡胶掺量作为橡胶改性沥青的最佳橡胶掺量。2.根据权利要求1所述的确定橡胶改性沥青最佳橡胶类型及最佳橡胶掺量的方法，其特征在于，沥青包含沥青质、胶质及油分，根据沥青的组成及各成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张久鹏，郭晓东，卫平川，谭肖勇，吕磊，陈钰娴，王培，韩彦龙，裴建中，李蕊，胡壮，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61