一种基于分子动力学模拟的环氧沥青相容性评价方法技术

本发明专利技术提供一种基于分子动力学模拟的环氧沥青相容性评价方法，基于分子动力学模拟，构建环氧沥青的分子模型并进行结构弛豫，标记模型中的沥青相和树脂相，分别模拟环氧沥青分子模型、沥青相分子模型、树脂相分子模型的体系能量并计算相互作用能，以此指标来表示环氧沥青中环氧树脂与沥青的相容性，该方法克服了普通试验手段无法准确评价热固性环氧沥青相容性的难题，对环氧沥青相容性评价体系的建立提供了思路，对提高环氧沥青的稳定性具有重要意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子动力学模拟的环氧沥青相容性评价方法


[0001]本专利技术属于属于改性沥青相容性
，具体涉及一种基于分子动力学模拟的环氧沥青相容性评价方法。

技术介绍

[0002]随着交通运输事业的迅猛发展，交通量与轴载重量也逐步提高，传统的道路沥青已经无法满足更高的要求，目前广泛采用添加聚合物以改善胶结料的路用性能。常用的聚合物改性剂多为热塑性类材料，如丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物(SBS)等。但是对于一些较为苛刻条件，如重载交通、长大纵坡、钢桥面铺装等场合，采用热塑性改性剂仍会较快出现车辙、裂缝等病害。
[0003]环氧沥青是由沥青、环氧树脂、固化剂组成的热固性材料，其中环氧树脂与固化剂发生固化反应形成交联网络结构，具有强度高、拉伸性能好，与集料的粘接性能优良等优点。目前，环氧沥青已相继在大跨径钢桥面、市政防滑彩色道路、抗滑薄层、长寿命及重载路面的铺装中使用。
[0004]但是，由于环氧树脂与沥青在分子量、物理密度以及化学结构等多方面存在差异，属于热力学不相容体系。此外，与其他热塑性改性沥青不同，热固型的环氧沥青还存在施工容留时间的限制，因此评价普通的改性沥青相容性的离析试验不适用于环氧沥青体系。此外，宏观试验还存在精确性差，受人为因素影响较大等问题。而基于微观试验如红外光谱法、显微分析法也存在无法动态描述化学结构变化的局限性。
[0005]分子动力学作为计算机高速发展的产物，架起了研究宏观和微观行为的桥梁，它作为一套分子模拟方法，充分考虑到了分子受势能、温度、压力等外部因素条件的影响，使得模拟结果更符合实际状态。在应用于沥青研究时，它既继承了利用组分来分析优点，又弥补了静态研究的缺点。近年来，分子动力学模拟技术逐渐被运用于道路材料领域，这就为SBS与沥青相容性机理的研究提供了新的思路和方法
[0006]分子动力学(MD)模拟是基于在原子尺度上确定的分子结构的材料设计和性能预测的有效方法。作为一种模拟方法，充分考虑到了分子受势能、温度、压力等外部因素条件的影响，使得模拟结果更符合实际状态。近年来，分子动力学模拟逐渐被应用于表征沥青和聚合物改性沥青的性能，包括热力学性能、氧化老化性能、自愈合行为以及与骨料的粘附行为，这就为环氧树脂与沥青的相容性研究提供了新的思路。
[0007]环氧沥青相容性的本质是体系中沥青相和树脂相之间的相互作用，在分子动力学中，可通过计算体系中的势能相互作用能、分子间的非键接相互作用能、范德华相互作用能和静电相互作用能定量地表征沥青相和环氧树脂相之间相互作用的强度。专利CN110489958中通过分别构建沥青和SBS分子模型的方式计算相互作用能，评价SBS改性沥青相容性。而环氧沥青属于热固性材料，由沥青相和环氧树脂相共同组成，其中环氧树脂发生固化反应形成交联网络，因此通过分别构建沥青和SBS分子模型的方式计算相互作用能评价SBS和沥青之间相容性的方法不适用于环氧沥青体系。
[0008]综上所述，目前使用的热塑性改性沥青相容性评价手段无法配适热固性环氧沥青体系，同时也并没有提出一种具体的用于评价环氧树脂与沥青相容性的评价方法。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于分子动力学模拟的环氧沥青相容性评价方法，本专利技术的目的在于克服现有测试方法对环氧沥青相容性研究的不足，提供一种基于分子动力学模拟的环氧沥青相容性的分析方法，过程规范、结果可靠合理。
[0010]作为本专利技术的技术方案，本专利技术提供一种基于分子动力学模拟的环氧沥青中沥青与环氧树脂相容性评价方法，其包括以下步骤：(1)获得具有稳定构型的基质沥青各组分代表分子；(2)通过Materials Studio软件Sketch功能绘制双酚A型环氧树脂的分子模型并进行几何优化，获得具有稳定构型的制双酚A型环氧树脂的分子；(3)根据沥青各组分的比例以及环氧树脂的占比，构建包含沥青各组分代表分子以及环氧树脂分子的环氧沥青分子模型EA，并经过弛豫过程获得其稳定构型的轨迹文件；(4)提取步骤(3)中所述的轨迹文件的最后100帧，计算环氧沥青分子模型的Energy，得到环氧沥青模型的势能E
p
、非键能E
n
、范德华势能E
v
、静电势能E
e
；(5)构建包含单独的环氧树脂相的分子模型E以及包含基质沥青的分子模型A，计算Energy，分别得到沥青相的势能E
ap
、非键能E
an
、范德华势能E
av
、静电势能E
ae
，以及树脂相的势能E
ep
、非键能E
en
、范德华势能E
ev
、静电势能E
ee
；(6)势能相互作用能E
ip
、非键能相互作用能E
in
、范德华相互作用能E
iv
和静电力相互作用能E
ie
表示相互作用能的来源，分别根据如下公式计算势能相互作用能E
ip
、非键能相互作用能E
in
、范德华相互作用能E
iv
和静电力相互作用能E
ie
，以评价环氧沥青体系中环氧树脂与基质沥青之间的相容性；
[0011]E
ip
＝E
p
‑
E
ap
‑
E
ep
；
[0012]E
in
＝E
n
‑
E
an
‑
E
en
；
[0013]E
iv
＝E
v
‑
E
av
‑
E
ev
；
[0014]E
ie
＝E
e
‑
E
ae
‑
E
ee
；
[0015]式中，E
ip
为环氧树脂体系E、沥青体系A的势能相互作用能(kJ/mol)，E
in
为环氧树脂体系E、沥青体系A的非键能相互作用能(kJ/mol)，E
iv
为环氧树脂体系E、沥青体系A的范德华相互作用能(kJ/mol)，E
ie
为环氧树脂体系E、沥青体系A的静电相互作用能(kJ/mol)；
[0016](7)相互作用能为负数时表示环氧树脂体系E、沥青体系A相互吸引，相互作用能为负数时表示环氧树脂体系E、沥青体系A相互排斥。
[0017]优选的，步骤(3)中，所述弛豫过程中，每个NVT系综下的弛豫时长为1000ps，每1000步输出一帧构型，得到1000帧的轨迹文件。
[0018]优选的，步骤(3)中，所述弛豫过程之前，先在Forcite模块中进行20000步的几何优化。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分子动力学模拟的环氧沥青中沥青与环氧树脂相容性评价方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)获得具有稳定构型的基质沥青各组分代表分子；(2)通过Materials Studio软件Sketch功能绘制双酚A型环氧树脂的分子模型并进行几何优化，获得具有稳定构型的制双酚A型环氧树脂的分子；(3)根据沥青各组分的比例以及环氧树脂的占比，构建包含沥青各组分代表分子以及环氧树脂分子的环氧沥青分子模型EA，并经过弛豫过程获得其稳定构型的轨迹文件；(4)提取步骤(3)中所述的轨迹文件的最后100帧，计算环氧沥青分子模型的Energy，得到环氧沥青模型的势能E
p
、非键能E
n
、范德华势能E
v
、静电势能E
e
；(5)构建包含单独的环氧树脂相的分子模型E以及包含基质沥青的分子模型A，计算Energy，分别得到沥青相的势能E
ap
、非键能E
an
、范德华势能E
av
、静电势能E
ae
，以及树脂相的势能E
ep
、非键能E
en
、范德华势能E
ev
、静电势能E
ee
；(6)势能相互作用能E
ip
、非键能相互作用能E
in
、范德华相互作用能E
iv
和静电力相互作用能E
ie
表示相互作用能的来源，分别根据如下公式计算势能相互作用能E
ip
、非键能相互作用能E
in
、范德华相互作用能E
iv
和静电力相互作用能E
ie
，以评价环氧沥青体系中环氧树脂与基质沥青之间的相容性；E
ip
＝E
p
‑
E
...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵召辉，李明月，王祺昌，张珂，石志勇，黄卫，杨汉清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：