АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Нанокомпозит асфальта, модифицированный графеном, показал продвинутую способность к самовосстановлению по сравнению с чистым асфальтом. В этом протоколе моделирование молекулярной динамики было применено для того, чтобы понять роль графена в процессе самовосстановления и исследовать механизм самовосстановления компонентов асфальта с атомистического уровня.

Аннотация

Графен может улучшить самовосстанавливающиеся свойства асфальта с высокой прочностью. Тем не менее, самовосстанавливающееся поведение нанокомпозита, модифицированного графеном асфальта, и роль инкорпорированного графена все еще неясны на данном этапе. В этом исследовании самовосстанавливающиеся свойства чистого асфальта и графен-модифицированного асфальта исследуются с помощью моделирования молекулярной динамики. Вводятся асфальтовые насыпи с двумя ширинами трещин и местами расположения графена, анализируются молекулярные взаимодействия между компонентами асфальта и графеновым листом. Результаты показывают, что расположение графена значительно влияет на самовосстанавливающееся поведение асфальта. Графен вблизи поверхности трещины может значительно ускорить процесс самовосстановления, взаимодействуя с ароматическими молекулами посредством укладки π-π, в то время как графен в верхней области кончика трещины оказывает незначительное влияние на процесс. Процесс самовосстановления асфальта проходит через переориентацию асфальтена, полярных ароматических и нафтеновых ароматических молекул и мост насыщенных молекул между поверхностями трещин. Это глубокое понимание механизма самовосстановления способствует познанию усиливающихся свойств самовосстановления, что поможет разработать прочные асфальтовые покрытия.

Введение

Износ при ежедневных нагрузках транспортных средств и различных условиях окружающей среды, а также старение асфальта во время эксплуатации приводят к деградации или даже структурным сбоям, т. е. растрескиванию и растрескиванию, что может еще больше ослабить долговечность асфальтовых покрытий. Присущая асфальту реакция на ремонт микротрещин и пустот автоматически помогает ему восстановиться после повреждений и восстановить прочность1. Эта способность к самовосстановлению может значительно продлить срок службы асфальта, сэкономить затраты на техническое обслуживание и сократить выбросы парниковых газов 2,3. Самовосстанавливающееся поведение асфальта обычно зависит от нескольких влияющих факторов, включая его химический состав, степень повреждения и условия окружающей среды4. Желательна улучшенная способность асфальта к самовосстановлению, которая может полностью залечить повреждения в течение короткого периода; это привлекло обширный исследовательский интерес к улучшению механических характеристик и долговечности асфальтовых покрытий в гражданском строительстве.

Новые методы улучшения способности асфальта к самовосстановлению в основном включают в себя три подхода - индуцирование нагрева, инкапсуляционное заживление и включение наноматериалов - которые могут применяться индивидуально или одновременно.5,6. Индуцирующий нагрев может значительно улучшить подвижность асфальта и активировать его самовосстановление для восстановления7. Технологию самовосстановления асфальта путем индуцирования нагрева можно отнести к вспомогательной технике самовосстановления, которая указывает на то, что самовосстанавливающиеся свойства асфальта улучшаются внешними раздражителями. Целью добавления волокон стальной ваты является повышение электропроводности, чтобы увеличить заживляющую способность асфальтового связующего8. Подход к индуцированию тепла заключается в том, чтобы подвергать эти электропроводящие волокна воздействию высокочастотного переменного электромагнитного поля, которое может индуцировать вихревые токи, а тепловая энергия может диффундировать в асфальтовое связующее с помощью проводящих волокон.9. Волокна стальной ваты улучшают не только электропроводность, но и теплопроводность, что может положительно повлиять на самовосстанавливающиеся свойства асфальта. Тем не менее, трудно выбрать правильное время смешивания для волокон.10. Длина волокон уменьшается с увеличением времени перемешивания и влияет на теплопроводность, в то время как уменьшение времени перемешивания приводит к скоплениям волокон и затрудняет механические свойства асфальта.9. Метод инкапсуляции может поставлять легкие компоненты состаренного асфальта, такие как ароматические вещества и насыщенные вещества, и освежать способность асфальта к самовосстановлению11,12. Тем не менее, это одноразовое лечение, и целебные материалы не могут быть пополнены после выпуска. С развитием нанотехнологий наноматериалы стали перспективными модификаторами для улучшения материалов на основе асфальта. Асфальтовые связующие, включенные в состав наноматериалов, обеспечивают лучшую теплопроводность и механические свойства13. Графен с отличными механическими характеристиками и высокими тепловыми характеристиками рассматривается как отличный кандидат для улучшения самовосстанавливающейся способности асфальта к самовосстановлению14,15,16,17. Повышенные целебные свойства графен-модифицированного асфальта можно объяснить тем фактом, что графен увеличивает способность асфальтового вяжущего нагреваться и производить теплопередачу внутри асфальтового связующего, что означает, что графен-модифицированный асфальт может нагреваться быстрее и достигать более высокой температуры, чем чистый асфальт.18. Генерируемое тепло может передаваться по всему асфальту, модифицированному графеном, с большей скоростью, чем через чистый асфальт. Область трещины асфальтового связующего может легко воздействовать и быстрее заживать тепловым потоком с более высокой температурой и более высокой теплоемкостью. Реакция самовосстановления начнется, если энергия, равная или превышающая энергию активации исцеления, существует на поверхности трещины асфальта.19. Графен может улучшить эффективность заживления тепловой активации и ускорить скорость заживления асфальта19,20. Кроме того, графен может экономить энергию нагрева до 50% во время процесса заживления, что может повысить энергоэффективность и снизить затраты на техническое обслуживание.21. Как микроволново-абсорбирующий материал, графен, как сообщается, улучшает заживляющую способность асфальта в период покоя микроволнового нагрева22. Ожидается, что добавление графена в асфальт улучшит не только механические характеристики, но и способность к самовосстановлению и энергосбережению, что требует глубоких знаний механизма самовосстановления.

Самовосстановление на наноуровне происходит главным образом за счет смачивания и диффузии молекул асфальта на трещиноватых гранях23. Асфальт состоит из различных полярных и неполярных молекул, его способность к самовосстановлению тесно связана с молекулярными взаимодействиями и движениями молекул асфальта различных компонентов1. Тем не менее, текущие исследования в основном опираются на экспериментальные методы количественной оценки макроскопических механических свойств, что приводит к отсутствию информации при изменении микроструктур и взаимодействиях между молекулами асфальта при попытке понять механизм заживления. Механизм армирования графена в способности к самовосстановлению асфальта также неясен на данном этапе. Моделирование молекулярной динамики (MD) играет важную роль в исследовании молекулярных взаимодействий и движений нанокомпозитных систем и связывает микроструктурную деформацию с молекулярными взаимодействиями и движениями 24,25,26,27,28,29,30,31 . Моделирование MD становится все более и более популярным для анализа поведения материала, к которому нельзя легко получить доступ с помощью экспериментов32,33. Существующие исследования показали осуществимость и доступность моделирования MD в асфальтовых системах; сцепление, адгезия, старение и термомеханические свойства асфальта и асфальтовых композитов могут быть изучены с помощью моделирования MD 34,35,36,37. Самовосстанавливающееся поведение асфальта также может быть предсказано с помощью моделирования MD 38,39,40. Поэтому считается, что исследование с использованием моделирования MD является эффективным способом понять как самовосстанавливающиеся, так и укрепляющие механизмы.

Целью этого исследования является изучение самовосстанавливающегося поведения чистого асфальта и модифицированных графеном асфальтовых нанокомпозитов и понимание роли графена в улучшении заживляющей способности асфальта с помощью моделирования MD. Моделирование самовосстановления чистого асфальта и графен-модифицированных асфальтовых композитов осуществляется путем введения трещин в исходные структуры. Возможности самовосстановления характеризуются контуром чисел атомов, переориентацией и запутанностью молекул на разрушенной поверхности, подвижностью компонентов асфальта в процессе самовосстановления. Исследуя эффективность заживления графена на различных участках, раскрывается механизм армирования графена, способствующий самовосстанавливающимся способностям асфальта, который может помочь в мониторинге нанонаполнителей оптимальным образом и, таким образом, обеспечить продление срока службы асфальтовых покрытий. Исследование способности к самовосстановлению в атомистическом масштабе может обеспечить эффективный способ разработки передовых материалов на основе асфальта для будущих исследований.

Согласно химии асфальта, асфальт состоит из различных видов углеводородов и неуглеводородов с различной полярностью и формами, которые в основном можно разделить на четыре компонента: асфальтен, полярные ароматические вещества, ароматические вещества нафтена инасыщенные 41,42. Молекулы асфальтена относительно больше и тяжелее, чем другие молекулы асфальта, со средней атомной массой примерно 750 г/моль и молекулярным диаметром в диапазоне 10-20 Å. Широко признано, что асфальтен состоит из крупных ароматических ядер, которые содержат гетероатомы и окружены различными длинами алкильных групп43. Конструируется модифицированная молекула асфальтена, как показано на рисунке 1а. Молекулы полярных ароматических и нафтеновых ароматических соединений построены на основе полярности и соотношения элементов молекул асфальта, причем бензобисбензотиофен (C18H10S2) представляет собой полярную ароматическую молекулу, а 1,7-диметилнафталин (C12H12) выбран в качестве репрезентативной ароматической молекулы нафтена, как показано на фиг.1b-c. N-докозан (n-C 22H46) построен так, как показано на рисунке 1d. Параметры, перечисленные в таблице 1 для молекул асфальта, выбраны и использованы для удовлетворения желаемых критериев, включая элементную массовую долю, соотношение атомов и ароматическое/алифатическое соотношение реального асфальта из экспериментов41. Такое же массовое соотношение было определено в наших предыдущих исследованиях, а другие термомеханические свойства, такие как плотность, температура стеклования и вязкость, хорошо согласуются с экспериментальными данными реального асфальта36. Молекулярная структура графена, примененного в этом исследовании, показана на рисунке 1e. Принятый графеновый лист в этом исследовании не имеет дефекта и складки по сравнению с реальным случаем, в то время как реальный графеновый лист обычно имеет несколько дефектов, таких как атомные вакансии и дефектыСтоуна-Уэльса 44, и некоторые из графеновых листов могут быть сложены во время процесса смешивания в асфальтовой матрице45. Эти несовершенные ситуации не рассматриваются в данном исследовании, так как мы ориентируемся на влияние участка графенового листа на самовосстанавливающиеся свойства и выбираем его в качестве единственной переменной. Переменные графеновых листов с точки зрения дефектов и сложенных корпусов будут в центре внимания наших будущих исследований. Массовое отношение графена к асфальту в данном исследовании составляет 4,75%, что является нормальной ситуацией (<5%) для графен-модифицированного асфальта в эксперименте46,47.

figure-introduction-12061
Рисунок 1: Химическая структура. Атомистические модели (а) молекулы асфальтена (C53H55NOS), (b) ароматической молекулы нафтена (C12H12), (c) полярной ароматической молекулы (C18H10S2), (d) насыщенной молекулы (C22H46), (e) графена и (f) чистого асфальта. Для атомистической модели асфальта атомы углерода, кислорода, азота, серы и водорода показаны серым, красным, синим, желтым и белым соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Асфальтовая модельМасса (г/моль)Химическая формулаКоличество молекулОбщая масса (г/моль)Массовая доля (%)
Асфальтен754.04C53Ч55НОС4332423.7226
Нафтен ароматический156.22C12Ч12 6510154.38
Полярный ароматический290.38C18Ч10С2 7421485.1617
Насыщать310.59C22Ч46 20563670.9549
Асфальтовое вяжущее387127734.13100
Графен6369.28C525Ч63 16369.28

Таблица 1: Общие компоненты модели чистого асфальта и модели асфальта, модифицированной графеном.

Что касается протокола, описанного ниже, то два типа клиноподобных трещин с различными размерами вставляются в середину асфальтовой модели тупым наконечником трещины и двумя параллельными поверхностями трещин, в то время как средняя верхняя часть асфальтовой массы остается неповрежденной. Две ширины трещин выбираются как 15 Å и 35 Å, как показано на рисунке 2a-b. Причина выбора 15 Å заключается в том, что ширина трещины должна быть шире, чем отсечение 12 Å, чтобы избежать раннего самовосстановления молекул асфальта во время процесса равновесия при исследовании крайнего случая для небольшой трещины. Причина выбора 35 Å заключается в том, что ширина трещины должна быть шире, чем длина насыщенных молекул 34 Å, чтобы предотвратить эффект моста. Высота трещины составляет 35 Å, такая же, как ширина коробки, а глубина трещины равна 70 Å, такая же, как длина коробки. В реальной ситуации наблюдаемые размеры микротрещин могут варьироваться в диапазоне от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, что намного больше, чем шкала длины, которую мы здесь моделируем. Обычно шкала длины в моделировании MD ограничена масштабом 100 нм, что все еще на несколько порядков меньше реального размера трещины. Однако трещины инициируются на наноуровне и превращаются в макромасштабные трещины с непрерывной деформацией48. Понимание механизма самовосстановления на наноуровне может помочь предотвратить рост и дальнейшее распространение трещины на макроуровне. Несмотря на то, что выбранные размеры трещин находятся в диапазоне нанометров, результаты все еще могут быть влиятельными и применимыми для изучения самовосстанавливающегося поведения молекул асфальта. Существует два места для графеновых листов в областях трещины: одно находится поверх кончика трещины, а другое перпендикулярно левой поверхности трещины. Было обнаружено, что это наиболее распространенные позиции для графена в графен-модифицированных нанокомпозитах с трещинами49.

figure-introduction-16471
Рисунок 2: Схемы самовосстановления для чистого асфальта и графен-модифицированного асфальта. Самовосстанавливающаяся модель чистого асфальта с шириной трещины (a) 15 Å и (b) 35 Å. Самовосстанавливающаяся модель графен-модифицированного асфальта с графеновым листом расположена (c) в верхней части кончика трещины и (d) перпендикулярна поверхности трещины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

В моделировании MD внутримолекулярные и межмолекулярные взаимодействия в нанокомпозитах асфальта описываются последовательным валентным силовым полем (CVFF)50, которое хорошо работает с материалами на основе асфальта и графена. Функциональная форма CVFF выражается следующим выражением:

figure-introduction-17568 1

Здесь общая энергия Eсостоит из связанных энергетических терминов и несвязанных энергетических терминов. Связанные взаимодействия состоят из растяжения ковалентной связи, энергии изгиба угла связи, поворота угла кручения и неправильных энергий, выраженных в первых четырех членах. Несвязанная энергия включает функцию LJ-12-6 для термина Ван-дер-Ваальса (vdW) и кулоновскую функцию для электростатических взаимодействий. CVFF широко используется в моделировании асфальтовых материалов51,52. Смоделированные физико-механические свойства, такие как плотность, вязкость и объемный модуль, хорошо согласуются с экспериментальными данными, которые демонстрируют надежность CVFF51. CVFF не только подходит для неорганических материалов, но также успешно используется в структурах, состоящих из органических и неорганических фаз, таких как асфальт-кремнезем52 и система эпоксидно-графен53. Кроме того, межфазные взаимодействия между графеном и асфальтом могут быть охарактеризованы CVFF36,54. Поскольку основной частью выбора силового поля является определение границы раздела асфальт-графен, несвязанные взаимодействия, описанные CVFF, являются более надежными, что также рассматривается в нашем предыдущем исследовании36. В целом, силовое поле CVFF принято в этом исследовании. Частичные заряды для различных видов атомов вычисляются методом, назначенным силовым полем.

протокол

1. Построение атомистических моделей

  1. Откройте программное обеспечение Materials Studio для создания пяти 3D-атомистических документов и переименуйте эти документы в графен, асфальтен, полярные ароматические вещества, ароматические нафтены и насыщенные соответственно.
  2. Постройте графеновую модель, создав единичную ячейку графенового листа в 3D-атомистическом документе с помощью параметра Sketch Atom .
  3. Создайте окончательную структуру с помощью опции Supercell в меню Build > Symmetry . Определите размер графенового листа как 40 Å x 40 Å, что больше, чем асфальтовые цепи и ширина трещины.
  4. Постройте и упакуйте четыре типа молекул асфальта.
    1. Используйте опцию Sketch Atom , чтобы нарисовать молекулярные структуры асфальтена, полярных ароматических веществ, ароматических соединений нафтена и насыщенных веществ отдельно.
    2. Упакуйте четыре вида молекул асфальта в поле моделирования, используя опцию «Расчет» в меню «Модули > аморфная ячейка ».
  5. Постройте асфальтовую конструкцию с трещиной.
    1. Установите высоту зоны трещины в измерении x такой же, как высота коробки 70 Å, а глубина зоны трещины в измерении y составляет половину высоты коробки как 35 Å.
    2. Установите два случая ширины трещины в размер z 15 Å и 35 Å. Удалите избыточные молекулы в зонах трещин средней нижней части асфальтовой массы с помощью опции «Удалить » и сохраните асфальтовую матрицу в средней области без изменений.
  6. Постройте графен-модифицированную асфальтовую структуру с трещиной. Внесите графеновый лист в верхнюю область кончика трещины и левую поверхность трещины отдельно перед этапом упаковки с помощью команды Copy + Paste .
  7. Упакуйте молекулы асфальта в поле моделирования на основе окончательных составов, перечисленных в таблице 1 , для построения графен-модифицированной асфальтовой структуры.
  8. Преобразуйте файл структуры в файл данных. Сохраните структурные файлы как файлы молекул с информацией о структуре (*.car и *.mdf) из Materials Studio. Преобразуйте файлы молекул (*.car и *.mdf) в файлы данных с помощью инструмента msi2lmp в крупномасштабном атомно-молекулярном массово-параллельном симуляторе (LAMMPS)55 . Считайте файл данных с помощью команды read_data в LAMMPS.

2. Выполните моделирование

  1. Определите параметры моделирования.
    1. Установите временной шаг как 1 fs во входном файле, учитывая баланс точности и эффективности проведенных симуляций.
    2. Установите расстояние отсечения несвязанных взаимодействий равным 12 Å, что составляет менее половины длины поля моделирования с учетом периодического граничного условия и расчетной эффективности.
    3. Используйте алгоритм частица-частица-сетка (PPPM) для описания кулонбических взаимодействий на большие расстояния и установите относительную погрешность в силах на атом, рассчитанную дальнобойным решателем, как 10-5 для высокой точности.
  2. Зафиксируйте профиль трещины. Выберите молекулы асфальта в профиле с помощью команды «Групповые молекулы» в LAMMPS. Применяйте ограничения к молекулам асфальта с помощью команды Fix Spring/Self в LAMMPS, чтобы избежать движения молекул асфальта.
  3. Достижение равновесия
    1. Держите весь блок моделирования полностью расслабленным после 500 пс под изотермически-изобарическим (NPT) ансамблем с температурой 300 К и давлением 1 атм.
    2. Сделайте асфальт насыпным уравновешенным до желаемого значения плотности экспериментальных измерений41 0,95-1,05 г/см3 путем непрерывного изучения температуры, давления, плотности и энергетических значений с помощью тепловой команды.
    3. Проверьте сходимость потенциальной энергии и среднеквадратичного смещения (MSD) во всей системе для достижения полностью расслабленного состояния.
  4. Выполните процесс самовосстановления.
    1. Установите весь блок моделирования под ансамбль ДНЯО с температурой 300 К и давлением 1 атм.
    2. Снимите ограничение молекул асфальта на контуре зоны трещины.
    3. Отслеживайте и записывайте размер блока моделирования и координаты атомов, а также используйте команду Dump для постобработки.
    4. Усредните результаты моделирования в процессе самовосстановления по трем независимым конфигурациям с тремя различными начальными скоростями семян, чтобы уменьшить случайные ошибки.

3. Постобработка

  1. Визуализируйте поведение самовосстановления. Откройте инструмент open Visualization Tool OVITO56 для визуализации хода моделирования, а затем откройте файлы траектории в формате lammpstrj, сгенерированном LAMMPS55. Записывайте снимки процесса самовосстановления и отслеживайте пути молекул асфальта с помощью команды Render .
  2. Проанализируйте контур числа атома. Экспортируйте координаты атомов в программное обеспечение для анализа данных и построения графиков из файлов траекторий, выведенных из LAMMPS. Проецируйте координаты атомов во всей системе на плоскость yz. Записывайте числа атомов в разных областях плоскости yz и стройте контур разными цветами.
  3. Проанализируйте подвижность атомов и относительное положение.
    1. Анализируйте подвижность атомов различных компонентов асфальта по среднеквадратичному смещению (MSD) с помощью команды Compute msd .
    2. Рассчитайте относительные положения между молекулами графена и асфальта по кривым радиальных функций распределения (RDF) для системы графен-модифицированных асфальтовых систем с шириной трещин 15 Å и 35 Å с помощью команды Compute rdf в LAMMPS.
    3. Нарисуйте кривые RDF, чтобы проверить, как плотность асфальта изменяется в зависимости от расстояния от графенового листа.

Результаты

Контур числа атома
Контуры числа атомов моделей чистого асфальта и графен-модифицированного асфальта в плоскости yz показаны на рисунке 3, где цветовая полоса от синего до красного показывает номера атомов, варьирующиеся от 0 до 28. Фиг.3а-с

Обсуждение

Важнейшими этапами в рамках Протокольной части являются: этап 1.4 - Сборка и упаковка четырех типов молекул асфальта; шаг 1.5 - Построить асфальтовую конструкцию с трещиной; шаг 2.3 - Достижение равновесия; Шаг 2.4 - Выполните процесс самовосстановления. Эти шаги указывают на наиболее связное ?...

Раскрытие информации

У авторов нет конфликта интересов, о которых можно было бы заявить.

Благодарности

Авторы благодарны за поддержку Гранта стратегических исследований Городского университета Гонконга с Проектом No 7005547, поддержку со стороны Совета по исследовательским грантам (RGC) Специального административного района Гонконг, Китай, с Проектом No. R5007-18 и поддержка Шэньчжэньского комитета по научно-техническим инновациям в рамках гранта JCYJ20170818103206501.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
Atomistic models of asphalt and graphene/Materials StudioBIOVIAMaterials Studio 8.0The atomistic models are built for molecular dynamics simulations.
Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator PackageSandia National Laboratorieslammps-stable20The equilibrium is achieved under NPT ensemble, and the atomistic models get self-healed.
OVITOMaterials Science Department of Technische Universität Darmstadt, Germanyovito-basic-3.1.0-win64The self-healing behaviors of the atomistic models are visualized.
OriginOriginLabOrigin 2018 64BitThe contours of the atom numbers of the trajectory are drawn and analyzed.

Ссылки

  1. Sun, D., et al. A comprehensive review on self-healing of asphalt materials: Mechanism, model, characterization and enhancement. Advances in Colloid and Interface Science. 256, 65-93 (2018).
  2. Hung, A. M., Mousavi, M., Fini, E. H. Implication of wax on hindering self-healing processes in bitumen. Applied Surface Science. 523, 146449 (2020).
  3. Lv, Q., et al. Investigating the asphalt binder/mastic bonding healing behavior using bitumen bonding strength test and X-ray Computed Tomography scan. Construction and Building Materials. 257, 119504 (2020).
  4. Liang, B., et al. Review on the self-healing of asphalt materials: Mechanism, affecting factors, assessments and improvements. Construction and Building Materials. 266, 120453 (2021).
  5. Xu, S., et al. Self-healing asphalt review: From idea to practice. Advanced Materials Interfaces. 5, 1800536 (2018).
  6. Tabaković, A., Schlangen, E. . Self-healing Materials, Advances in Polymer Science. , 285-306 (2015).
  7. García, &. #. 1. 9. 3. ;. Self-healing of open cracks in asphalt mastic. Fuel. 93, 264-272 (2012).
  8. Karimi, M. M., Amani, S., Jahanbakhsh, H., Jahangiri, B., Alavi, A. H. Induced heating-healing of conductive asphalt concrete as a sustainable repairing technique: A review. Cleaner Engineering and Technology. 4, (2021).
  9. Gulisano, F., Gallego, J. Microwave heating of asphalt paving materials: Principles, current status and next steps. Construction and Building Materials. 278, 121993 (2021).
  10. García, &. #. 1. 9. 3. ;., Schlangen, E., Ven, M. v. d., Bochove, G. v. Optimization of composition and mixing process of a self-healing porous asphalt. Construction and Building Materials. 30, 59-65 (2012).
  11. Aguirre, M. A., Hassan, M. M., Shirzad, S., Daly, W. H., Mohammad, L. N. Micro-encapsulation of asphalt rejuvenators using melamine-formaldehyde. Construction and Building Materials. 114, 29-39 (2016).
  12. Su, J. -. F., Qiu, J., Schlangen, E., Wang, Y. -. Y. Experimental investigation of self-healing behavior of bitumen/microcapsule composites by a modified beam on elastic foundation method. Materials and Structures. 48 (12), 4067-4076 (2014).
  13. Yoo, D. Y., Kim, S., Kim, M. J., Kim, D., Shin, H. O. Self-healing capability of asphalt concrete with carbon-based materials. Journal of Materials Research and Technology-Jmr&T. 8 (1), 827-839 (2019).
  14. Qin, Z., Jung, G. S., Kang, M. J., Min Jeong, M. J. The mechanics and design of a lightweight three-dimensional graphene assembly. Science Advances. 3 (1), 1601536 (2017).
  15. Jung, G. S., Yeo, J., Tian, Z., Qin, Z., Buehler, M. J. Unusually low and density-insensitive thermal conductivity of three-dimensional gyroid graphene. Nanoscale. 9 (36), 13477-13484 (2017).
  16. Campbell, P. G., Worsley, M. A., Hiszpanski, A. M., Baumann, T. F., Biener, J. Synthesis and functionalization of 3D nano-graphene materials: Graphene aerogels and graphene macro assemblies. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (105), e53235 (2015).
  17. Li, H., et al. Induction heating and healing behaviors of asphalt concretes doped with different conductive additives. Advances in Materials Science and Engineering. 2019, 1-10 (2019).
  18. Moreno-Navarro, F., Sol-Sánchez, M., Gámiz, F., Rubio-Gámez, M. C. Mechanical and thermal properties of graphene modified asphalt binders. Construction and Building Materials. 180, 265-274 (2018).
  19. Liu, J., Hao, P., Dou, Z., Wang, J., Ma, L. Rheological, healing and microstructural properties of unmodified and crumb rubber modified asphalt incorporated with graphene/carbon black composite. Construction and Building Materials. 305, 124512 (2021).
  20. Wang, R., Qi, Z., Li, R., Yue, J. Investigation of the effect of aging on the thermodynamic parameters and the intrinsic healing capability of graphene oxide modified asphalt binders. Construction and Building Materials. 230, 116984 (2020).
  21. Gulisano, F., Crucho, J., Gallego, J., Picado-Santos, L. Microwave healing performance of asphalt mixture containing Electric Arc Furnace (EAF) slag and Graphene Nanoplatelets (GNPs). Applied Sciences. 10 (4), 1428 (2020).
  22. Li, C., Wu, S., Chen, Z., Tao, G., Xiao, Y. Improved microwave heating and healing properties of bitumen by using nanometer microwave-absorbers. Construction and Building Materials. 189, 757-767 (2018).
  23. Varma, R., Balieu, R., Kringos, N. A state-of-the-art review on self-healing in asphalt materials: Mechanical testing and analysis approaches. Construction and Building Materials. 310, 125197 (2021).
  24. Lau, D., Jian, W., Yu, Z., Hui, D. Nano-engineering of construction materials using molecular dynamics simulations: Prospects and challenges. Composites Part B: Engineering. 143, 282-291 (2018).
  25. Jian, W., Lau, D. Creep performance of CNT-based nanocomposites: A parametric study. Carbon. 153, 745-756 (2019).
  26. Wang, X. Q., Jian, W., Buyukozturk, O., Leung, C. K. Y., Lau, D. Degradation of epoxy/glass interface in hygrothermal environment: An atomistic investigation. Composites Part B: Engineering. 206, 108534 (2021).
  27. Jian, W., Lau, D. Understanding the effect of functionalization in CNT-epoxy nanocomposite from molecular level. Composites Science and Technology. 191, 108076 (2020).
  28. Hao, H., Tam, L. -. h., Lu, Y., Lau, D. An atomistic study on the mechanical behavior of bamboo cell wall constituents. Composites Part B: Engineering. 151, 222-231 (2018).
  29. Qin, R., Zhou, A., Yu, Z., Wang, Q., Lau, D. Role of carbon nanotube in reinforcing cementitious materials: An experimental and coarse-grained molecular dynamics study. Cement and Concrete Research. 147, 106517 (2021).
  30. Jian, W., Wang, X., Lu, H., Lau, D. Molecular dynamics simulations of thermodynamics and shape memory effect in CNT-epoxy nanocomposites. Composites Science and Technology. 211, 108849 (2021).
  31. Jing, C., et al. Regenerated and rotation-induced cellulose-wrapped oriented CNT fibers for wearable multifunctional sensors. Nanoscale. 12 (30), 16305-16314 (2020).
  32. Yazdandoost, F., Mirzaeifar, R., Qin, Z., Buehler, M. J. Multiscale mechanics of the lateral pressure effect on enhancing the load transfer between polymer coated CNTs. Nanoscale. 9 (17), 5565-5576 (2017).
  33. Doblack, B. N., Allis, T., Davila, L. P. Novel 3D/VR interactive environment for MD simulations, visualization and analysis. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (94), (2014).
  34. Xu, M., et al. Improved chemical system for molecular simulations of asphalt. Energy & Fuels. 33 (4), 3187-3198 (2019).
  35. Xu, G., Wang, H. Molecular dynamics study of oxidative aging effect on asphalt binder properties. Fuel. 188, 1-10 (2017).
  36. Nie, F., Jian, W., Lau, D. An atomistic study on the thermomechanical properties of graphene and functionalized graphene sheets modified asphalt. Carbon. 182, 615-627 (2021).
  37. Cui, B., Gu, X., Hu, D., Dong, Q. A multiphysics evaluation of the rejuvenator effects on aged asphalt using molecular dynamics simulations. Journal of Cleaner Production. 259, (2020).
  38. Sun, W., Wang, H. Self-healing of asphalt binder with cohesive failure: Insights from molecular dynamics simulation. Construction and Building Materials. 262, 120538 (2020).
  39. He, L., et al. Self-healing behavior of asphalt system based on molecular dynamics simulation. Construction and Building Materials. 254, 119225 (2020).
  40. Sun, D., Lin, T., Zhu, X., Tian, Y., Liu, F. Indices for self-healing performance assessments based on molecular dynamics simulation of asphalt binders. Computational Materials Science. 114, 86-93 (2016).
  41. Li, D. D., Greenfield, M. L. Chemical compositions of improved model asphalt systems for molecular simulations. Fuel. 115, 347-356 (2014).
  42. Redelius, P., Soenen, H. Relation between bitumen chemistry and performance. Fuel. 140, 34-43 (2015).
  43. Schulze, M., Lechner, M. P., Stryker, J. M., Tykwinski, R. R. Aggregation of asphaltene model compounds using a porphyrin tethered to a carboxylic acid. Organic & Biomolecular Chemistry. 13 (25), 6984-6991 (2015).
  44. Robertson, A. W., Warner, J. H. Atomic resolution imaging of graphene by transmission electron microscopy. Nanoscale. 5 (10), 4079-4093 (2013).
  45. Yang, L., Zhou, D., Kang, Y. Rheological properties of graphene modified asphalt binders. Nanomaterials (Basel). 10 (11), 2197 (2020).
  46. Zeng, W. B., Wu, S. P., Pang, L., Sun, Y. H., Chen, Z. W. The utilization of graphene oxide in traditional construction materials: Asphalt. Materials. 10 (1), 48 (2017).
  47. Li, R., Xiao, F., Amirkhanian, S., You, Z., Huang, J. Developments of nano materials and technologies on asphalt materials - A review. Construction and Building Materials. 143, 633-648 (2017).
  48. Yu, T., Zhang, H., Wang, Y. Multi-gradient analysis of temperature self-healing of asphalt nano-cracks based on molecular simulation. Construction and Building Materials. 250, 118859 (2020).
  49. Gao, C., Liu, T., Shuai, C., Peng, S. Enhancement mechanisms of graphene in nano-58S bioactive glass scaffold: mechanical and biological performance. Scientific Reports. 4, 4712 (2014).
  50. Maple, J. R., Dinur, U., Hagler, A. T. Derivation of force fields for molecular mechanics and dynamics from ab initio energy surfaces. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 85 (15), 5350-5354 (1988).
  51. Xu, M., Yi, J., Feng, D., Huang, Y. Diffusion characteristics of asphalt rejuvenators based on molecular dynamics simulation. International Journal of Pavement Engineering. 20 (5), 615-627 (2019).
  52. Wang, H., Lin, E., Xu, G. Molecular dynamics simulation of asphalt-aggregate interface adhesion strength with moisture effect. International Journal of Pavement Engineering. 18 (5), 414-423 (2017).
  53. Yu, J., et al. Insights on the capillary transport mechanism in the sustainable cement hydrate impregnated with graphene oxide and epoxy composite. Composites Part B: Engineering. 173, (2019).
  54. Zhou, X., et al. Evaluation of thermo-mechanical properties of graphene/carbon-nanotubes modified asphalt with molecular simulation. Molecular Simulation. 43 (4), 312-319 (2017).
  55. Plimpton, S. Fast parallel algorithms for short-range molecular-dynamics. Journal of Computational Physics. 117 (1), 1-19 (1995).
  56. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO-the Open Visualization Tool. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 18 (1), 015012 (2010).
  57. Chen, Z., Pei, J., Li, R., Xiao, F. Performance characteristics of asphalt materials based on molecular dynamics simulation-A review. Construction and Building Materials. 189, 695-710 (2018).
  58. Sun, D., Sun, G., Zhu, X., Ye, F., Xu, J. Intrinsic temperature sensitive self-healing character of asphalt binders based on molecular dynamics simulations. Fuel. 211, 609-620 (2018).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

183

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены