沥青体系的分子动力学研究进展及展望

何亮¹，李冠男²，郑雨丰¹，Alessio Alexiadis³，Jan Valentin⁴，Karol JKowalski⁵

1. 重庆交通大学交通土建材料国家地方联合实验室2. 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院3. 伯明翰大学化学工程学院4. 捷克理工大学土木工程学院5. 华沙理工大学土木工程学院

摘 要：随着我国道路工程的飞速发展,沥青混凝土在路面工程中有越来越广泛的应用。近年来,沥青材料的研究已不仅局限于宏观性能试验,还拓展到介观与微观层面对沥青材料进行多尺度研究。分子动力学方法属于微观研究方法的一种,它是通过积分算法模拟研究对象在不同条件下的分子运动轨迹与体系能量变化,并分析模拟数据得出结论。该方法已被广泛应用于分子尺度下路面沥青材料设计与微观机理研究,其优势在于从分子运动的角度解释沥青体系的各种现象与性质。因此,许多学者采用宏观试验和分子动力学模拟相结合的多尺度方法研究沥青体系,这将推动沥青材料的进一步发展。本文对沥青体系的分子动力学进行了全面的分析,构建了沥青体系分子动力学模型的一般平衡步骤,提出采用密度、玻璃态转变温度、黏度、溶解度参数等对沥青体系分子动力学模型的有效性进行验证。综合分析了分子动力学方法对沥青纳米聚集、自修复、改性、老化、界面黏附等行为机理的研究进展,提出采用耗散粒子动力学与粗粒化分子动力学对现阶段沥青体系分子动力学的研究尺度进行扩展。研究结果表明,沥青类材料的分子动力学方法还处于早期探索阶段,但其发展潜力极大,利用分子动力学方法研究沥青体系各组分分子的动力学行为,可揭示常规试验无法观察到的分子含时运动规律,预测沥青材料的宏观性能并针对沥青的分子结构提出其路用性能改善措施,从分子尺度上推动沥青路面多尺度试验仿真方法的发展与完善,为沥青材料基因组的开发研究奠定基础。

关键词：分子动力学;道路沥青;耗散粒子动力学;粗粒化分子动力学;