本发明一种沥青及其改性剂相容体系模型建立方法，属于改性沥青技术领域。
背景技术：
随着现代科技的迅猛发展，特别是计算机的广泛应用，模型方法的研究领域日趋扩大，从人文科学到思维科学，模型方法越来越多地被应用并产生巨大的经济和社会效益、分析模型及其都科学研究的意义、将会对指导人们更深刻的认识模型的功能，开阔建模思路以有益的启示。
所谓模型，简单的说，是指人们为了达到某种特定的目的而对研究对象所做的一种简化描述。通过研究模型来揭示被研究对象的形态、特征、本质及发展规律的方法称为模型方法。
在科学研究中，建立模型具有很重要的意义。模型方法是联系科学理论与客观存在的桥梁。当今，科学研究中的绝大部分工作是由形式化过程和建立模型组成的，通过观察和实验，在理论指导下，人们可以建立反映某一研究对象本质特征及规律的模型，通过不断地修改和完善，使模型尽可能地接近原型。
同样地，模型方法是成功地进行科学研究的有效手段。现代科学研究方向3个方向发展，在尺度方向，从宏观领域深入到微观领域；在时间方向，研究对象已经从现存的自然物延伸到自然的起源和演化的全过程；在水平方向，科学技术综合的趋势日益增强，出现了“大科学”的概念，研究对象是极为复杂的大系统。在这种情况下，观察越来越失去直观性，实验也越来越难以直接施加于真实对象或系统；而模型方法正好适应了科学研究发展的这一特点，通过对客体的形式化，建立起模型这样地中介系统，从模型的研究中获得对真客体的本质特征和演化规律的认识，这就有效地可否了观察和实验的局限，充分发挥了人的主观能动性，使得科学研究有了理性的意义。
因此，模型的应用在沥青材料的研究中也是必不可少的，其中，以分子动力学模拟中模型的应用为代表，它被应用于研究沥青的力学性能、老化行为、与改性剂的相容性等。而分子动力学模拟计算能否成功，在很大程度上是取决于模型的合理性和适用性。
近年来，分子模拟技术在大分子化学材料间的相容性应用研究方面已经非常普遍，沥青与改性剂的相容性也成为沥青研究的重点，其中，在众多的聚合物改性沥青中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)改性沥青以其优越的路用性能脱颖而出，sbs改性沥青既能改善高、低温性能，又具有抗永久变形能力，受到了国内外道路工作者研究的重视，但是其与基质沥青的组成、成分、结构等差别较大，在共混时，难以形成稳定的体系，在储存过程中容易发生sbs和沥青相分离的现象，所以研究基质沥青和sbs之间的相容性具有重要意义。因此，沥青与改性剂共混体系的模型的构建更是重中之重。sbs改性沥青共混体系模型的建立主要分为构建沥青分子模型、构建改性剂分子模型、组建改性沥青模型三个步骤。
由于沥青组成及分子结构的复杂性，因此，要对沥青中所有的分子都建立模型或者是将沥青划为分子结构明确的各种组分显然是不切实际的。因此对于沥青这种具有复杂组成的物质，首先需要对各个组分的分子结构进行简化以获得具体分子模型。合理地根据一些重要特征确定分子结构。
目前的方法大多是选取沥青中典型的分子结构，调节各分子比例组成沥青分子模型，主要有两种构造方法：一种是整个沥青的平均模型结构，另一种是由几种沥青组分的构成的组合模型。由于沥青平均分子结构模型无法描述沥青组分之间的相互作用，以及其对沥青损伤、改性方面的贡献，因此，人们在运用分子动力学模拟时多使用沥青的三组分组合模型。但是这个模型无法展现沥青分子的多样性，仅用一个典型分子来代表沥青的每个组分，同时，它也忽略了极性芳烃组分的存在，导致了各组分的芳香度和极性分布与实际沥青并不十分接近。
因此，为了解决三组分沥青分子模型存在的问题，本发明在三组分的基础上提出了一种改进的沥青试样的四组分模型，即：沥青质、胶质、芳香分和饱和分，并为每个组分选择多个典型代表分子，以使得通过分子动力学模拟软件所构建的sbs改性沥青共混体系更加准确。
技术实现要素：
(1)技术问题
本发明目的是为改性沥青相容性的分子动力学模拟提供一种更加精准更具有研究意义的模型构建方法。该方法利用分子动力学模拟软件的部分模块，通过从沥青四组分分析的角度来构建沥青分子模型，以从而解决了在构建改性沥青相容体系时，构建的沥青分子模型比较简单，且都是以一个典型分子代表沥青各组分，与沥青真实的复杂分子结构还有较大差距，模型准确性较低，使得研究存在一定得局限性的问题。
(2)技术方案
鉴于目前用于分子动力学模拟软件的sbs改性沥青共混体系模型无法展现沥青组成的多样性，本发明从沥青四组分入手，提供一种沥青及其改性剂相容体系模型建立方法，从而提高了共混体系模型的准确性，有助于沥青与sbs改性剂相容机理的研究。本发明技术方案如下：首先通过基质沥青四组分试验确定各组分的含量，然后通过分子动力学模拟软件构建沥青四组分模型，利用分子动力学模拟软件绘制各组分典型代表分子结构模型并进行几何优化，并根据四组分含量确定各组分分子数量，在软件中组合成单个沥青系统晶胞模型，进行几何优化，并验证沥青初始模型的合理性。构建sbs嵌段共聚物分子结构模型，根据sbs改性剂的掺量，确定添加sbs嵌段共聚物分子结构模型、单个沥青系统晶胞模型的数量，通过软件将sbs嵌段共聚物分子结构模型和单个沥青系统晶胞模型进行组合，得到sbs改性剂与基质沥青的共混体系模型，最后对模型进行能量优化，得到最终的共混模型。
(3)有益效果
目前尚没有得到普遍认可用于分子动力学的改性沥青的改性剂与基质沥青相容体系模型，已有的模型中沥青分子模型使用沥青平均分子模型和沥青三组分模型存在分子组成质量分数较小，代表分子的数量较少的问题，这就导致了现有模型跟实际真实沥青差距较大，分子模拟的结果的可靠性下降，因此本发明在以将沥青分为四组分的基础上，对已提出的三组分模型进行进一步修改，选择多个典型分子代表各个组分，并根据实验结果人工确定各组分分子比例和数量，以保证沥青分子质量大小的平衡。改进的四组分模型由更大的分子组成，其使所在分子动力学模拟中的密度和粘度等的模拟值更接近真实沥青的数值，因此，在分子动力模拟时，该沥青分子模型在和改性剂组合成共混体系时，体现了沥青分子的多样性，也克服了以往模型存在的密度低、松弛时间快等缺点，具有较好的表征和预测性能，同时，有助于沥青与sbs改性剂相容机理的研究。
具体实施方式
本发明提供了一种沥青及其改性剂相容体系模型建立方法，具体实施步骤如下：
(1)根据《石油沥青四组分测定法(nb/sh/t0509-2010)》测试基质沥青四组分中的饱和分、芳香分、胶质和沥青质的含量；
(2)通过分子动力学模拟软件绘制苯酚类、吡咯类、噻吩类、角鲨烷类、藿烷类、菲烷萘类、二辛基环己烷萘、三甲基苯并噻吩类、吡啶藿烷类、三甲基苯烷类、硫代类胡萝卜烷类、喹啉酮藿烷类的分子结构模型，并分别对每个分子的分子结构模型进行几何优化；
(3)根据沥青四组分含量经换算确定沥青分子结构模型的数量，构建初始密度为0.1g/cm3的单个沥青系统晶胞模型，并对晶胞模型进行几何优化及对密度、粘度和内聚能密度进行模拟，验证单个沥青系统晶胞模型的合理性；
(4)确定sbs改性剂在基质沥青中的掺量，利用分子动力学模拟软件中的分别绘制sbs改性剂两个单体(苯乙烯和1，3-丁二烯)的重复单元，确定sbs聚合度后，构造sbs嵌段共聚物分子结构模型；
(5)根据确定的sbs改性剂掺量，经换算在分子动力学模拟软件中添加对应数量的sbs改性剂嵌段共聚物分子结构模型和单个沥青系统晶胞模型，构建初始密度为0.1g/cm3的初始sbs改性沥青共混体系模型；
(6)在分子动力学模拟软件中对初始sbs改性沥青共混体系模型进行几何优化后，先压缩模型体积，待系统内能量逐步趋于稳定，进一步使体系在温度相对恒定条件下进行收缩，到稳定状态后，得到sbs改性沥青共混体系模型。