بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش نهم

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش نهم
Share

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش نهم

ساختمان ساختار مولکولی

به‌طورکلی نظریه دینامیک فاز را می‌توان برای توصیف فاز در فرآیند هم‌جوشی و جدایش در قیر در مقیاس حد واسط استفاده کرد. برای ارزیابی دقیق‌تر فرآیند و تبیین دقیق کسر جرمی فازهای مختلف در قیر که مقدار فاز میدانی متغیر ϕi آن‌هم در معادله شماره ۱ نشان داده‌شده، شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (MD) برای ساخت ریزساختارهای قیر به کار گرفته می‌شود. همان‌طور که ما قبلاً به آن اشاره کردیم، شیمی قیر اغلب توسط ترکیب‌بندی گروه‌های هیدروکربن آن مشخص می‌شود. به‌طور مثال، سه گروه اصلی تشکیل‌دهنده شامل آسفالتن، نفتن آروماتیک‌ها و اشباع‌ها در شکل شماره ۸ نشان داده‌شده است. سه نوع مختلف مولکول برای نشان دادن گونه‌های تشکیل‌دهنده مربوطه استفاده‌شده و سه تا از آن‌ها باهم تشکیل گروه مولکولی شبه قیر را می‌دهند. این روش در ابتدا توسط Zhang و Greenfield ارائه‌شده است. در مدل آن‌ها از ۱,۷ دی متیل نفتالین برای نمایش نفتن آروماتیک‌ها و از مولکول‌های n-c22 برای نمایش اشباع‌ها استفاده‌شده است. این نکته را مدنظر داشته باشید که ما در حال حاضر قیر خالص را موردمطالعه قرار می‌دهیم، درحالی‌که برای مخلوط قیری باید تعاملات بین قیر و سنگدانه نیز موردتوجه قرار گیرد.

ساختار مولکولی

شکل ۸   ساختار مولکولی مرسوم آسفالتن، نفتن و اشباع‌ها

در این پژوهش برای شبیه‌سازی ساختار مولکولی قیر از میدان نیروی COMPASS (پتانسیل مولکولی فاز چگال بهینه‌شده برای مطالعات شبیه‌سازی آروماتیک) استفاده‌شده و این می‌تواند به‌صورت زیر شرح داده شود:

معادله شماره ۸              ساختار مولکولی

که در آن، Eb انرژی پتانسیل پیوندها، Eɵ انرژی پتانسیل زاویه پیوند، Eϕ انرژی پتانسیل زاویه دوسطحی، Eb,b,، Eb,ɵ، Eb,ϕ، Eɵ,ɵ, و Eɵ,ɵ,,ϕ انرژی تعامل در شرایط متقابل، Eq تابع کلمبیک برای تعاملات الکترواستاتیک و Evdw انرژی پتانسیل تعاملات واندروالسی است.

تمام ساختار مولکولی قیر با استفاده از نرم‌افزار Material Studio 7.0 ساخته‌شده است. از سلول آمورف برای ساخت نمونه عنصر حجم در قیر استفاده‌شده است. بر مبنای تحقیقات Zhang و Coworkers، چگالی هدف پیکربندی شیمیایی برابر با  ۱gr/cm3  قرار داده‌شده است. پس از پالایش ساختار و به حداقل رساندن انرژی، شکل شماره ۹ نشان‌دهنده یک گروه شبه قیر ساخته‌شده متشکل از ۱ مولکول آسفالتن، ۱۸ ۱,۷ دی متیل نفتالین و ۳ مـولکول n-c22 با کسر جرمی ۱۹٫۰:۶۰٫۲:۲۰٫۸ است. طول لبه شبکه °A برابر با ۱۹٫۸×۱۹٫۸×۱۹٫۸ است.

ساختار مولکولی

شکل ۹  گروه مولکول قیر ساخته‌شده در سلول آمورف

برای مطالعه تأثیرات رزین و روغن بر ریز خواص قیر، دو نسبت کسر جرمی دیگر برای ساخت گروه مولکول قیر انتخاب شد.

  1. ۲ مولکول آسفالتن، ۲۳ ۱,۷ دی متیل نفتالین و ۱۲ مولکول n-c22 با کسر جرمی ۱:۳۸٫۸:۴۲٫۱

  2. ۳ مولکول آسفالتن، ۶۹ ۱,۷ دی متیل نفتالین و ۲ مولکول n-c22 با کسر جرمی ۱:۳۸٫۸:۴۲٫۱

برای هر شبیه‌سازی از شرایط مرزی تناوبی برای از بین بردن اثر سطحی استفاده شد. درجه حرارت سیستم معادل ۲۹۸ K و شرایط NVT (تعداد ثابت اتم‌ها، حجم و درجه حرارت) مورداستفاده قرار گرفت.

با به‌کارگیری شرایط بارگذاری، منحنی تنش کرنش گروه شبه قیر و مقدار ثابت الاستیک را می‌توان به دست آورد. با استفاده از مدل ویسکوالاستیک در نرم‌افزار Material Studio، مدول ها به ترتیب به میزان ۱/۰۵۳۹، ۰/۹ و ۱/۴ برآورد شدند. نسبت پوآسون نیز برابر ۰/۳۶ بود. هنگامی‌که مقادیر با شکل شماره ۳b مقایسه شد، مشخص گردید که اولین نسبت جرمی به‌عنوان‌مثال ۱۹٫۰:۶۰٫۲:۲۰٫۸ ترکیب‌بندی قیر به قیر واقعی نزدیک‌تر است. ما درنهایت در شبیه‌سازی فاز میدانی ϕ۱=۰/۰۱۹، ϕ۲=۰/۶۰۲ و ϕ۳=۰/۲۰۸ قرار می‌دهیم.


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش دهم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش نهم
۵ (۱۰۰%) ۶ votes