Asphalte auto-cicatrisant avancé renforcé par des structures en graphène: un aperçu atomistique

Summary

Le nanocomposite d’asphalte modifié au graphène a montré une capacité d’auto-guérison avancée par rapport à l’asphalte pur. Dans ce protocole, des simulations de dynamique moléculaire ont été appliquées afin de comprendre le rôle du graphène dans le processus d’auto-guérison et d’explorer le mécanisme d’auto-guérison des composants de l’asphalte au niveau atomistique.

Abstract

Le graphène peut améliorer les propriétés d’auto-guérison de l’asphalte avec une grande durabilité. Cependant, les comportements d’auto-guérison des nanocomposites d’asphalte modifiés au graphène et le rôle du graphène incorporé ne sont pas encore clairs à ce stade. Dans cette étude, les propriétés d’auto-guérison de l’asphalte pur et de l’asphalte modifié au graphène sont étudiées par des simulations de dynamique moléculaire. Des vracs d’asphalte avec deux largeurs de fissures et des emplacements pour le graphène sont introduits, et les interactions moléculaires entre les composants de l’asphalte et la feuille de graphène sont analysées. Les résultats montrent que l’emplacement du graphène affecte de manière significative les comportements d’auto-guérison de l’asphalte. Le graphène près de la surface de la fissure peut accélérer considérablement le processus d’auto-guérison en interagissant avec les molécules aromatiques par empilement π π, tandis que le graphène dans la zone supérieure de la pointe de la fissure a un impact mineur sur le processus. Le processus d’auto-guérison de l’asphalte passe par la réorientation des molécules aromatiques d’asphaltène, d’aromatique polaire et de naphtène, et par le pontage des molécules saturées entre les surfaces de fissures. Cette compréhension approfondie du mécanisme d’auto-guérison contribue à la connaissance de l’amélioration des propriétés d’auto-guérison, ce qui aidera à développer des chaussées d’asphalte durables.

Introduction

La détérioration sous les charges quotidiennes des véhicules et les conditions environnementales variables, ainsi que le vieillissement de l’asphalte pendant le service entraînent une dégradation ou même des défaillances structurelles, c’est-à-dire des fissures et des éclatements, ce qui peut affaiblir davantage la durabilité des chaussées en asphalte. La réponse inhérente de l’asphalte pour réparer les microfissures et les vides l’aide automatiquement à se remettre des dommages et à rétablir la résistance¹. Cette capacité d’auto-guérison peut prolonger considérablement la durée de vie de l’asphalte, réduire les coûts d’entretien et réduire les....

Protocol

1. Construire les modèles atomistiques

1. Ouvrez le logiciel Materials Studio pour créer cinq documents atomistiques 3D et renommez ces documents en graphène, asphaltène, aromatiques polaires, aromatiques de naphtène et saturés, respectivement.
2. Créez le modèle de graphène en créant la cellule unitaire de la feuille de graphène dans le document atomistique 3D à l’aide de l’option Esquisse d’atome .
3. Construisez la structure finale à l’aide de l’option Supercell du menu Générer > symétrie . Définissez la taille de la feuille de graphène comme 40 Å x 40 Å, ce qui est plus grand que les chaînes d....

Results

Le contour du nombre d’atomes
Les contours du nombre d’atomes des modèles d’asphalte pur et d’asphalte modifié au graphène dans le plan yz sont illustrés à la figure 3, où la barre de couleur du bleu au rouge présente un nombre d’atomes variant de 0 à 28. La figure 3a-c illustre le contour du nombre d’atomes des structures avec une largeur de fissure de 15 Å dans l’asphalte pur et les nanocomposites d’asphalt.......

Discussion

Les étapes critiques de la partie Protocole sont les suivantes : étape 1.4 - Construire et emballer les quatre types de molécules d’asphalte ; étape 1.5 - Construire la structure d’asphalte avec la fissure; étape 2.3 - Atteindre l’équilibre; étape 2.4 - Effectuez le processus d’auto-guérison. Ces étapes indiquent le contenu le plus cohérent et le plus important du protocole. Pour créer les formes souhaitées de la fissure insérée, le processus d’emballage est modifié par rapport à l’emballage normal dans Materials Studio........

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Modèles atomistiques d’asphalte et de graphène/Materials Studio	BIOVIA	Materials Studio 8.0	Les modèles atomistiques sont conçus pour les simulations de dynamique moléculaire.
Ensemble de simulateur atomique/moléculaire massivement parallèle à grande échelle Sandia	National Laboratories	lammps-stable20	L’équilibre est atteint sous l’ensemble NPT, et les modèles atomistiques s’auto-réparent.
OVITO	Département de science des matériaux de la Technische Universitä ; t Darmstadt, Allemagne	ovito-basic-3.1.0-win64	Les comportements d’auto-guérison des modèles atomistiques sont visualisés.
Origin	OriginLab	Origin 2018 64Bit	Les contours des numéros d’atomes de la trajectoire sont dessinés et analysés.