本發(fā)明屬于道路改性瀝青相容性，具體涉及一種基于分子動力學模擬的杜仲膠改性瀝青相容性評價方法。

背景技術：

1、瀝青路面在我國經(jīng)過近三十年的發(fā)展，因其具有良好的平整度、耐磨、抗滑等性能，已成為我國主要的路面結構，但瀝青還是一種溫度敏感型復合材料，溫度的變化直接影響其路用性能。當夏季溫度較高時，瀝青路面開始軟化，路面容易出現(xiàn)車轍、推移、擁包等病害；當冬季溫度較低時，路面容易開裂，瀝青失去對集料的裹附能力，使集料脫落，形成溝糟；這些病害嚴重影響行車舒適性、增加維護成本和危及人們生命財產(chǎn)安全。

2、這些年，針對這些病害問題，國內(nèi)外道路工作者開始研發(fā)改性瀝青，改性瀝青可以大幅提升瀝青抵抗各種病害的能力，使路面使用性能提升。目前常見的瀝青改性劑多為聚合物改性劑，如：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、廢舊橡膠粉（cr）

3、聚氨酯（tpu）等。聚合物改性瀝青就是通過物理共混、化學共混或物理-化學兼并共混來提升瀝青的路用性能，無論是哪種共混方式，都屬于兩相共混體系，兩相體系又可分為三種類型：一為均相體系；二為“海-島”結構，一相為連續(xù)相，一相為分散相；三為“海-海結構”，兩相均為連續(xù)相，互相貫穿。聚合物改性瀝青多為后兩種兩相體系，所以兩相體系的相容性是需要考慮的最重要問題，瀝青與聚合物的相容性欠佳，就會出現(xiàn)離析現(xiàn)象，嚴重影響改性瀝青的性能。

4、目前，針對聚合物改性瀝青相容性的評價方法主要是通過離析軟化點差實驗和一些微觀顯微鏡來觀察相態(tài)結構兩種方法，但均存在一定局限性。離析軟化點差是指瀝青試樣在熱氧48h后把試樣分為三部分，取上下兩部分的差值來評價改性瀝青的相容性，此種方法雖然有一點的參考性，但無法反應聚合物改性瀝青的內(nèi)在性質(zhì)變化；通過微觀形貌手段評價聚合物改性瀝青的相容性較為直觀，但對制件要求較高，且僅可以得到形貌信息，很難通過量化的手段來評價聚合物改性瀝青的相容性。

5、近年來，越來越多的學者開始從分子尺度來評價聚合物改性瀝青的相容性，分子動力學（md）模擬方法是一種從分子尺度確定材料結構設計和性能預測的有效方法。md模擬可以充分考慮溫度、勢能、壓力等條件的影響，使模擬過程更符合實際過程，許多學者運用md原理模擬了聚合物改性瀝青的老化行為、自愈合過程和界面黏附機理，這也為通過運用md原理評價聚合物改性瀝青的相容性提供了新的研究思路。

6、聚合物改性瀝青的相容性對路面建設具有重要影響，不同聚合物改性瀝青的相容性也有很大差異，改性瀝青的相容性多是由于高溫影響而產(chǎn)生離析，因此，溫度是探究評價改性瀝青相容性的必要關鍵要素。中國專利cn201910756241.1提供了一種借助分子動力學手段研究sbs改性瀝青中sbs與瀝青的相容性的概述方法，其方法并未對實際工況溫度進一步探究，即沒有探究不同高溫下改性瀝青的相容性變化情況。綜上，目前針對聚合物改性瀝青相容性的評價方法均存在一定局限性，溫度對杜仲膠改性瀝青中杜仲膠與瀝青的相容性影響未見相關發(fā)明。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供了一種基于分子動力學原理的杜仲膠改性瀝青相容性評價方法，目的在于豐富聚合物改性瀝青相容性的評價手段，同時填補杜仲膠改性瀝青相容性研究領域的空白，建模過程規(guī)范，考慮因素合理，結果可靠。

2、為了豐富聚合物改性瀝青相容性評價方法，填補杜仲膠改性瀝青相容性研究空白等問題。本發(fā)明提供了一種基于分子動力學的杜仲膠改性瀝青中杜仲膠與瀝青相容性評價方法。

3、為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用技術方案如下：基于分子動力學模擬的杜仲膠改性瀝青相容性評價方法，其特征在于，包含以下具體步驟：

4、（1）根據(jù)《石油瀝青四組分測定法（nb/sh/t-0509-2010）》獲得瀝青中的飽和芬、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)各組分含量；

5、（2）利用materials?studio軟件中sketch功能繪制瀝青各組分的代表性分子，不同瀝青組分的代表性分子可以是一個，也可以是多個；

6、（3）根據(jù)杜仲膠主要成分的分子式，構建杜仲膠分子模型，以內(nèi)聚能密度計算的溶解度參數(shù)趨于穩(wěn)定時杜仲膠的重復單元個數(shù)作為實際杜仲膠分子鏈長的最小分子鏈；

7、（4）根據(jù)步驟（1）和步驟（2），分別計算瀝青中各代表性分子數(shù)量，依次構建基質(zhì)瀝青、芳香分、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、飽和分的分子模型；根據(jù)步驟（3）及杜仲膠的占比構建包含瀝青各組分代表分子以及最小鏈長杜仲膠分子的杜仲膠改性瀝青分子模型；

8、（5）對步驟（4）所構建的各分子模型建立多個構象，進行幾何優(yōu)化，選取能量最小的構象進行分子動力學退火，最后在nvt與npt系綜下進行動力學計算；

9、（6）對步驟（5）中處理過的模型，依次計算溶解度參數(shù) sp、分子勢能，以此評價杜仲膠與瀝青的相容性；

10、溶解度參數(shù)；

11、；

12、；

13、；

14、式中， sp為溶解度參數(shù)，ced為內(nèi)聚能密度，j/cm3； eabp， eabv， eabε分別為高聚物杜仲膠 a?、瀝青 b共混體系的分子勢能、范德華勢能、靜電勢能，kj/mol； eap， eav， eaε分別為高聚物瀝青 a的分子勢能、范德華勢能、靜電勢能，kj/mol； ebp， ebv， ebε分別為高聚物瀝青 b的分子勢能、范德華勢能、靜電勢能，kj/mol； ep， ev， eε分別為高聚物杜仲膠 a,?瀝青 b之間的分子勢能、范德華勢能、靜電勢能，kj/mol；

15、（7）相互作用能為負數(shù)時表示杜仲膠體系 a、瀝青體系 b相互吸引；

16、（8）改變步驟（5）中溫度，分別重復步驟（4）~（6），可得到不同相容溫度下的勢能相互作用能 ep，范德華相互作用能 ev，靜電力相互作用能 eε；

17、（9）判斷杜仲膠與瀝青的最佳相容溫度點；

18、（10）對不同相容溫度下的杜仲膠改性瀝青進行掃描電子顯微鏡測試以對上述最佳相容溫度點進行驗證。

19、步驟（3）中對杜仲膠分子重復單元個數(shù)在5-70區(qū)間內(nèi)每隔5個計算一次，確定重復單元個數(shù)為30-40時，溶解度參數(shù)趨于穩(wěn)定。

20、步驟（5）中幾何優(yōu)化構象個數(shù)為10個，力場為compass，迭代次數(shù)50萬次，范德華作用為atom?based，靜電作用為ewald；退火溫度為300-800k，迭代步數(shù)為50萬步；nvt與npt系綜下溫度控制器為andersen，壓力控制器為berendsen，溫度范圍為373.15~453.15k之間，計算時間1000ps。

21、所述步驟（5）中溫度選取分別為373.15k、393.15k、413.15k、433.15k、453.15k。

22、步驟（6）中杜仲膠和瀝青的 sp差值的絕對值越小，表示相容性越好。

23、步驟（7）中相互作用能的絕對值越大表示相互作用越強。

24、本發(fā)明基于分子動力學原理，構建了杜仲膠改性瀝青分子模型，分離了杜仲膠相和基質(zhì)瀝青相，給出了五個不同高溫工況下杜仲膠與瀝青的相容性情況，同時結合掃描電子顯微鏡進行了相容性驗證，更有利于探究杜仲膠與瀝青最佳的相容溫度。本發(fā)明的相容性評價方法克服了現(xiàn)有實驗手段的不足，填補了杜仲膠改性瀝青相容性評價的空白，對杜仲膠改性瀝青相容性評價體系提供了新思路，對明確杜仲膠改性瀝青熱存儲穩(wěn)定性具有重要意義。