Fortschrittlicher selbstheilender Asphalt, verstärkt durch Graphenstrukturen: eine atomistische Erkenntnis

Zusammenfassung

Graphen-modifizierte Asphalt-Nanokomposite haben im Vergleich zu reinem Asphalt eine fortschrittliche Selbstheilungsfähigkeit gezeigt. In diesem Protokoll wurden molekulardynamische Simulationen angewendet, um die Rolle von Graphen im Selbstheilungsprozess zu verstehen und den Selbstheilungsmechanismus von Asphaltkomponenten von atomistischer Ebene aus zu untersuchen.

Zusammenfassung

Graphen kann die selbstheilenden Eigenschaften von Asphalt mit hoher Haltbarkeit verbessern. Das Selbstheilungsverhalten von graphenmodifizierten Asphalt-Nanokompositen und die Rolle von eingebautem Graphen sind jedoch zu diesem Zeitpunkt noch unklar. In dieser Studie werden die selbstheilenden Eigenschaften von reinem Asphalt und graphenmodifiziertem Asphalt durch molekulardynamische Simulationen untersucht. Es werden Asphaltmassen mit zwei Rissbreiten und -stellen für Graphen eingeführt und die molekularen Wechselwirkungen zwischen Asphaltkomponenten und der Graphenplatte analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Lage von Graphen das Selbstheilungsverhalten von Asphalt signifikant beeinflusst. Graphen in der Nähe der Rissoberfläche kann den Selbstheilungsprozess stark beschleunigen, indem es mit den aromatischen Molekülen durch π-π-Stapelung interagiert, während Graphen im oberen Bereich der Rissspitze einen geringen Einfluss auf den Prozess hat. Der Selbstheilungsprozess von Asphalt durchläuft die Neuorientierung von Asphalten-, polaren aromatischen und naphthenaromatischen Molekülen und die Überbrückung gesättigter Moleküle zwischen Rissoberflächen. Dieses vertiefte Verständnis des Selbstheilungsmechanismus trägt zur Kenntnis der Verbesserung der Selbstheilungseigenschaften bei, die zur Entwicklung langlebiger Asphaltbeläge beitragen werden.

Einleitung

Die Verschlechterung unter täglichen Fahrzeugbelastungen und varianten Umgebungsbedingungen sowie die Alterung des Asphalts während des Betriebs führen zu Verschlechterungen oder sogar strukturellen Ausfällen, d. H. Rissbildung und Raveling, die die Haltbarkeit von Asphaltbelägen weiter schwächen können. Die inhärente Reaktion von Asphalt auf die Reparatur von Mikrorissen und Hohlräumen hilft ihm automatisch, sich von Schäden zu erholen und die Festigkeit wiederherzustellen¹. Diese Selbstheilungsfähigkeit kann die Lebensdauer von Asphalt erheblich verlängern, Wartungskosten einsparen und den Ausstoß von Treibhausgasen reduzieren

Protokoll

1. Erstellen Sie die atomistischen Modelle

1. Öffnen Sie die Materials Studio-Software, um fünf atomistische 3D-Dokumente zu erstellen, und benennen Sie diese Dokumente in Graphen, Asphalten, polare Aromaten, Naphthenaromaten und gesättigte Fettsäuren um.
2. Erstellen Sie das Graphenmodell, indem Sie die Einheitszelle des Graphenblatts im atomistischen 3D-Dokument mit der Option Atom skizzieren (Sketch Atom) erstellen.
3. Erstellen Sie die endgültige Struktur mit der Option "Supercell" im Menü "Build > Symmetry ". Definieren Sie die Größe der Graphenplatte als 40 Å x 40 Å, was größer ist als die A....

Ergebnisse

Die Kontur der Atomzahl
Die Konturen der Atomzahl von reinen Asphalt- und graphenmodifizierten Asphaltmodellen in der yz-Ebene sind in Abbildung 3 dargestellt, wo der Farbbalken von blau bis rot Atomzahlen aufweist, die von 0 bis 28 variieren. Abbildung 3a-c zeigt die Kontur der Atomzahl der Strukturen mit einer Rissbreite von 15 Å in reinen Asphalt- und Asphaltnanokompositen, die an der Rissspitze und an de.......

Diskussion

Die kritischen Schritte innerhalb des Protokollteils lauten wie folgt: Schritt 1.4 - Bauen und verpacken Sie die vier Arten von Asphaltmolekülen; Schritt 1.5 - Bauen Sie die Asphaltstruktur mit dem Riss auf; Schritt 2.3 - Erreichen des Gleichgewichts; Schritt 2.4 - Führen Sie den Selbstheilungsprozess durch. Diese Schritte zeigen die zusammenhängendsten und wichtigsten Inhalte des Protokolls an. Um die gewünschten Formen des eingefügten Risses zu erzeugen, wird der Verpackungsprozess im Vergleich zur normalen Verpac.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Atomistic models of asphalt and graphene/Materials Studio	BIOVIA	Materials Studio 8.0	The atomistic models are built for molecular dynamics simulations.
Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator Package	Sandia National Laboratories	lammps-stable20	The equilibrium is achieved under NPT ensemble, and the atomistic models get self-healed.
OVITO	Materials Science Department of Technische Universität Darmstadt, Germany	ovito-basic-3.1.0-win64	The self-healing behaviors of the atomistic models are visualized.
Origin	OriginLab	Origin 2018 64Bit	The contours of the atom numbers of the trajectory are drawn and analyzed.