【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于改性瀝青抗老化性能的評價，具體涉及一種石墨烯改性瀝青抗老化性能的方法。
技術介紹
1、瀝青路面因具有降噪、減震、耐磨等優點，被普遍用于高速公路、機場跑道等，在我國所建成的高速公路路面中，90％以上為瀝青路面。近年來全球氣候惡化、交通量增加，導致部分瀝青公路在通車后較短時間內就出現了車轍，開裂，剝落等問題，這不僅降低瀝青路面的使用壽命，且影響車輛的正常通行能力。因此，研究瀝青路面的抗老化性能以提高路面耐久性具有重要意義。
2、瀝青的老化是指瀝青在貯存、加工、施工及使用過程中，受到各種因素的作用，且長時間的暴露在空氣中，發生一系列的物理化學變化，如蒸發、脫氧、縮合、氧化等，使瀝青不能保持原有性能，發生硬化、變脆、開裂等惡劣現象的過程。老化過程可分為兩個階段，一是施工過程中產生的熱老化，其中不乏存在與空氣接觸也會發生氧化；二是路面長期使用過程中的老化，此過程時間長久且影響因素復雜。從老化過程來看，瀝青的老化會有諸多因素綜合造成，包括氧氣、日光、溫度、水以及隨時間發生的機械損傷和疲勞。而氧氣造成氧化反應則是造成瀝青老化最主要的因素。瀝青的老化是不可避免的，只有從延緩瀝青的老化速率方面入手，降低瀝青的老化程度從而改善瀝青的老化性能。模擬瀝青老化常用的試驗方法為：薄膜烘箱加熱試驗和旋轉薄膜加熱試驗進行短期老化試驗；壓力老化箱進行長期老化試驗。
3、在瀝青或改性瀝青中添加納米材料作為改性劑，一方面，填料表面的開口空隙能夠吸附瀝青中易于老化的活性輕質組分，從而避免瀝青中的輕質組分的快速老化。另一方面，納米材
4、作為計算機高速發展的產物，分子動力學在宏觀試驗和微觀行為之間架起了一座橋梁，其模擬方法在分子水平上解決材料性能問題時充分考慮了外部環境對分子的影響。由于分子模型具有原子尺度，因此能夠很方便地求出體系中各原子間以及各個原子內部的相互作用力。此種以物理模擬為基礎的方法，能夠同時獲取系統的動態結構和熱力學性質，具有高度的準確性和廣泛的應用范圍。該方法可用于瀝青領域的研究，它不僅繼承了組分分析的優點，還彌補了靜態研究的不足，即可用于分析瀝青分子的結構和預測瀝青的物理性質。
5、綜上所述，目前關于石墨烯改性瀝青抗老化性能的方法，主要是利用加速熱氧老化裝置進行宏觀試驗，根據試驗結果進行評價，此方法耗時長，成本高，造成資源的浪費，并且無法探究石墨烯對瀝青抗老化性能的影響的根本原因。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種石墨烯改性瀝青抗老化性能的方法，以解決當前石墨烯改性瀝青抗老化性能的方法中宏觀試驗過程耗時長，成本高，造成資源的浪費的問題。
2、為了達到上述目的，本專利技術提供了一種石墨烯改性瀝青抗老化性能的方法，包括以下步驟：
3、(1)基于materials?studio軟件的sketch工具構建瀝青四組分十二分子結構模型、石墨烯分子結構模型及氧氣分子結構模型，通過forcite模塊進行幾何結構優化；
4、(2)根據瀝青四組分比例，石墨烯材料摻量比例和氧氣摻量比例，利用步驟(1)得到的分子結構模型通過ms軟件中的amorphous?cell模塊構建石墨烯分子無定形晶胞模型、瀝青分子無定形晶胞模型、石墨烯改性瀝青分子無定形晶胞模型、瀝青/氧氣混合體系無定形晶胞模型以及石墨烯改性瀝青/氧氣混合體系無定形晶胞模型；
5、(3)對步驟(2)得到的五種無定形晶胞模型進行分子動力學模擬，獲得其穩定構型的軌跡文件；
6、(4)提取步驟(3)中所述的軌跡文件的最后不少于100幀，計算石墨烯分子與瀝青分子的溶解度參數和相互作用能，獲取瀝青/氧氣混合體系和石墨烯改性瀝青/氧氣混合體系中各組分及氧氣的均方位移曲線msd并計算擴散系數。
7、進一步的，步驟(1)中所述的瀝青四組分為飽和分、芳香分、膠質、瀝青質；步驟(1)中所述的幾何結構優化為：選擇forcite模塊中的geometry?optimization功能，選擇smart算法，設置最大迭代次數至少為2000，選擇精度為medium，截斷半徑為力場為compassⅱ力場，分別使用atombased和ewald方法求解范德華非鍵相互作用和靜電非鍵相互作用，電荷設置為由力場設定。
8、進一步的，步驟(2)中所述瀝青四組分比例可根據《石油瀝青四組分測定法(nb/sh/t?0509-2010)》確定；步驟(2)中所述的構建過程為：選擇amorphous?cell模塊中的construction功能，選擇精度為medium，力場為compassⅱ力場，分別使用atom?based和ewald方法求解范德華非鍵相互作用和靜電非鍵相互作用，電荷設置為由力場設定，設置密度為0.2-0.5g/cm3。
9、進一步的，步驟(3)所述分子動力學模擬的操作為：首先采用forcite模塊中的geometry?optimization功能對瀝青分子無定形晶胞模型、石墨烯改性瀝青無定形晶胞模型、瀝青/氧氣混合體系無定形晶胞模型以及石墨烯改性瀝青/氧氣混合體系無定形晶胞模型迭代優化至少20000步，對石墨烯分子無定形晶胞模型迭代優化至少2000步；接著采用forcite模塊中的anneal功能對五種無定形晶胞模型進行退火處理，系綜選用等溫等壓系綜(npt)，溫度設置為300-1000k，退火循環為2-5次，時間步長為1fs，總的時間步長為100-200ps；最后采用forcite模塊中的dynamic功能對五種無定形晶胞模型進行等溫等壓系綜(nvt)模擬計算200-500ps和等溫等壓系綜(npt)模擬計算200-500ps；在模擬過程中，將壓力設置為1atm，選用compassⅱ力場，溫度控制法和壓力控制法分別為nose和berendsen，分別用atom?based和ewald方法計算范德華力和靜電力，設置不同溫度可以模擬計算不同溫度下石墨烯對瀝青抗老化性能的影響。
10、進一步的，步驟(3)中所述軌跡文件的獲得為：每個無定形晶胞模型等溫等壓系綜(npt)分子動力學模擬過程中，每500步輸出一幀構型，得到400-1000幀的軌跡文件用于后續計算。
11、進一步的，步驟(4)中所述溶解度參數δ由公式1計算，
12、公式1：溶解度參數
13、
14、式中，e是系統的總內聚能，v是系統的總體積，ced是材料的內聚能密度；
15、石墨烯分子與瀝青分子的溶解度參數越接近，即石墨烯與瀝青的相容性越好。
16、進一步的，步驟(4)中所述相互作用能由公式2計算，
17、公式2：相互作用能
18、ep＝eabp-本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種石墨烯改性瀝青抗老化性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的瀝青四組分為飽和分、芳香分、膠質、瀝青質；步驟(1)中所述的幾何結構優化為：選擇Forcite模塊中的GeometryOptimization功能，選擇Smart算法，設置最大迭代次數至少為2000，選擇精度為Medium，截斷半徑為力場為COMPASSⅡ力場，分別使用Atom?based和Ewald方法求解范德華非鍵相互作用和靜電非鍵相互作用，電荷設置為由力場設定。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的構建過程為：選擇Amorphous?Cell模塊中的Construction功能，選擇精度為Medium，力場為COMPASSⅡ力場，分別使用Atombased和Ewald方法求解范德華非鍵相互作用和靜電非鍵相互作用，電荷設置為由力場設定，設置密度為0.2-0.5g/cm3。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述分子動力學模擬的操作為：首先采用Forcite模塊中的Geome
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述軌跡文件的獲得為：每個無定形晶胞模型等溫等壓系綜(NPT)分子動力學模擬過程中，每500步輸出一幀構型，得到400-1000幀的軌跡文件用于后續計算。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述溶解度參數δ由公式1計算，
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述相互作用能由公式2計算，
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，獲取瀝青/氧氣混合體系和石墨烯改性瀝青/氧氣混合體系中飽和分、芳香分、膠質、瀝青質及氧氣的均方位移曲線，并由公式3計算其擴散系數，
...【技術特征摘要】
1.一種石墨烯改性瀝青抗老化性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的瀝青四組分為飽和分、芳香分、膠質、瀝青質；步驟(1)中所述的幾何結構優化為：選擇forcite模塊中的geometryoptimization功能，選擇smart算法，設置最大迭代次數至少為2000，選擇精度為medium，截斷半徑為力場為compassⅱ力場，分別使用atom?based和ewald方法求解范德華非鍵相互作用和靜電非鍵相互作用，電荷設置為由力場設定。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的構建過程為：選擇amorphous?cell模塊中的construction功能，選擇精度為medium，力場為compassⅱ力場，分別使用atombased和ewald方法求解范德華非鍵相互作用和靜電非鍵相互作用，電荷設置為由力場設定，設置密度為0.2-0.5g/cm3。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述分子動力學模擬的操作為：首先采用forcite模塊中的geometry?optimization功能對瀝青分子無定形晶胞模型、石墨烯改性瀝青無定形晶胞模型、瀝青/氧氣混合體系無定形晶胞模型以及石墨烯改性瀝青/氧氣混合體系無定形晶胞模型迭代優化至少20000步，對石墨烯分子無定形晶胞模型迭代優化至少2000步；接著采用...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張英姿，王程鵬，陳國芳，阮世華，方慶賀，郭安薪，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學威海，
類型：發明
國別省市：
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