El nanocompuesto de asfalto modificado con grafeno ha demostrado una capacidad avanzada de autocuración en comparación con el asfalto puro. En este protocolo se han aplicado simulaciones de dinámica molecular para comprender el papel del grafeno en el proceso de autocuración y explorar el mecanismo de autocuración de los componentes del asfalto desde el nivel atomístico.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Asfalto avanzado de autocuración reforzado por estructuras de grafeno: una visión atomística
* These authors contributed equally
En este artículo
Resumen
Resumen
El grafeno puede mejorar las propiedades de autocuración del asfalto con una alta durabilidad. Sin embargo, los comportamientos de autocuración del nanocompuesto de asfalto modificado con grafeno y el papel del grafeno incorporado aún no están claros en esta etapa. En este estudio, las propiedades de autocuración del asfalto puro y el asfalto modificado con grafeno se investigan a través de simulaciones de dinámica molecular. Se introducen bultos de asfalto con dos anchos de grieta y ubicaciones para el grafeno, y se analizan las interacciones moleculares entre los componentes de asfalto y la lámina de grafeno. Los resultados muestran que la ubicación del grafeno afecta significativamente los comportamientos de autocuración del asfalto. El grafeno cerca de la superficie de la grieta puede acelerar en gran medida el proceso de autocuración al interactuar con las moléculas aromáticas a través del apilamiento π-π, mientras que el grafeno en el área superior de la punta de la grieta tiene un impacto menor en el proceso. El proceso de autocuración del asfalto pasa por la reorientación de las moléculas aromáticas de asfalteno, aromático polar y nafteno, y el puente de moléculas saturadas entre las superficies de grietas. Esta comprensión profunda del mecanismo de autocuración contribuye al conocimiento de la mejora de las propiedades de autocuración, lo que ayudará a desarrollar pavimentos de asfalto duraderos.
Introducción
El deterioro bajo las cargas diarias de vehículos y las condiciones ambientales variantes, y el envejecimiento del asfalto durante el servicio resultan en degradación o incluso fallas estructurales, es decir, agrietamiento y desvarío, lo que puede debilitar aún más la durabilidad de los pavimentos de asfalto. La respuesta inherente del asfalto para reparar microgrietas y vacíos automáticamente lo ayuda a recuperarse de los daños y restaurar la resistencia1. Esta capacidad de autorreparación puede extender considerablemente la vida útil del asfalto, ahorrar costos de mantenimiento y reducir la emisión de gases de efecto invernadero
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Protocolo
1. Construir los modelos atomísticos
- Abra el software Materials Studio para crear cinco documentos atomísticos 3D y cambie el nombre de estos documentos como grafeno, asfalteno, aromáticos polares, aromáticos de nafteno y saturados, respectivamente.
- Cree el modelo de grafeno creando la celda unitaria de la hoja de grafeno en el documento atomístico 3D utilizando la opción Esbozar átomo.
- Construya la estructura final utilizando la opción Supercell en el menú Construir > simetría . Defina el tamaño de la lámina de grafeno como 40 Å x 40 Å, que es más grande que las cadenas de asfalto y el a....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Resultados
El contorno del número de átomos
Los contornos del número de átomos de asfalto puro y modelos de asfalto modificado con grafeno en el plano yz se muestran en la Figura 3, donde la barra de color de azul a rojo exhibe números de átomos que varían de 0 a 28. La Figura 3a-c ilustra el contorno del número de átomos de las estructuras con un ancho de grieta de 15 Å en asfalto puro y nanocompuestos de asfalto modif.......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Discusión
Los pasos críticos dentro de la parte del Protocolo son los siguientes: paso 1.4 - Construir y empacar los cuatro tipos de moléculas de asfalto; paso 1.5 - Construir la estructura de asfalto con la grieta; paso 2.3 - Lograr el equilibrio; paso 2.4 - Realizar el proceso de autocuración. Estos pasos indican los contenidos más cohesivos e importantes del protocolo. Para crear las formas deseadas de la grieta insertada, el proceso de embalaje se modifica en comparación con el embalaje normal en Materials Studio. La forma de .......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Divulgaciones
Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.
Agradecimientos
Los autores agradecen el apoyo de la Subvención de Investigación Estratégica de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong con el Proyecto No. 7005547, el apoyo del Consejo de Becas de Investigación (RGC) de la Región Administrativa Especial de Hong Kong, China, con el Proyecto No. R5007-18, y el apoyo del Comité de Innovación de Ciencia y Tecnología de Shenzhen bajo la subvención JCYJ20170818103206501.
....Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Modelos atomísticos de asfalto y grafeno/Materials Studio | BIOVIA | Materials Studio 8.0 | Los modelos atomísticos están construidos para simulaciones de dinámica molecular. |
| Paquete de simulador atómico/molecular masivamente paralelo a gran escala | Sandia National Laboratories | lammps-stable20 | El equilibrio se logra bajo el conjunto NPT, y los modelos atomísticos se auto-curan. |
| OVITO | Departamento de Ciencia de los Materiales de la Technische Universitä t Darmstadt, Alemania | ovito-basic-3.1.0-win64 | Se visualizan los comportamientos de autocuración de los modelos atomísticos. |
| Origin | OriginLab | Origin 2018 64Bit | Se dibujan y analizan los contornos de los números de átomos de la trayectoria. |
Referencias
- 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).
- Hung, A. M., Mousavi, M., Fini, E. H.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Reimpresiones y permisos
