【摘要】 由于沥青质是高度多分散的分子，沥青组合物没有明确定义。

沥青是主要来自原油蒸馏的混合物，由多种（有些估计为数百万）有机化合物组成。化学方法将沥青分为多个部分，如沥青质、树脂和麦芽烯。溶解度差异和色谱法（Corbett法）将沥青细分为沥青质、极性芳烃、环烷烃芳烃和饱和组分。沥青质是最粘稠和极性的组分；麦芽烯是粘性最小、非极性最强的组分；树脂位于其他两种成分之间。假设，分析沥青成分的微观结构并了解它们之间的分子相互作用，可以为如何改性沥青成分提供指导，最终使沥青更好地用作路面。分子模拟是预测特定微观分子相互作用和结构所产生的宏观性质的一种方法。

 

由于沥青质是高度多分散的分子，沥青组合物没有明确定义。将沥青分离成单独的成分并不容易。为了对复杂的混合物（如沥青）进行分子模拟，需要建立沥青混合物模型，为模拟提供输入。先前的研究已经根据实验分析为整个沥青以及沥青质和树脂组分推荐了一些平均模型结构。关于全沥青的平均模型结构，文献中有几种观点。根据沥青成分、分子量分布和结构分析的实验结果，Jennings等人[1]构建了八种核心沥青的平均分子结构，这些沥青是战略公路研究计划（SHRP）研究的标准化样品。

 

Pauli等人[2]将这些核心沥青的物理性质与相关性预测进行了比较，并推荐了一种脂环族薄片分子来表示沥青。他们发现，平均分子结构可以用于关联真实沥青的物理性质。Artok等人[3]基于实验数据建立了几个沥青质模型结构，后来Groenzin和Mullins[4]基于荧光测量推荐了更多的沥青质模型，如图1所示。

 

图1 沥青质分子结构[3,4]

 

为了了解这种模拟方法和力场与实验数据相比是否能产生准确的模拟结果，首先对与沥青中的组分具有相似芳香结构的单个化合物进行了模拟。图2中中萘和1-甲基萘模拟的结果表明，模拟结果与文献数据非常接近。温度相关密度的预测与实验之间的良好一致性使人们相信，基于OPLS aa力场的模拟可以为其他种类的芳香族化合物（如沥青质、树脂及其混合物）的温度相关密度带来合理的结果。简单分子1-甲基萘、甲基环己烷和庚烷的混合物的一致性证据。这些图显示了独立变化的温度和组成的影响，而其他设置保持不变。图2（c）显示密度随着温度的升高而降低，这与实验测量的结果一致。

 

（a）

 

（b）

 

（c）

图2 （a）模拟和实验比较萘的比密度和比温度；（b）模拟和实验比较1-甲基萘的比密度和比温度；（c）庚烷/甲基环己烷/1-甲基萘三元混合物的密度和温度关系，摩尔分数为0.125/0.125/0.750

 

[1] Jennings, P. W.; Pribanic, J. A.; Desando, M. A.; Raub, M. F.; Stewart, F.; Hoberg, J.; Moats, R.; Smith, J. A.; Mendes, T. M.; McGrane, M.; Fanconi, B.; VanderHart, D. L.; Manders, W. F. Binder Characterization and EValuation by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy; Report SHRP-A-335, Strategic Highway Research Program; National Research Council: Washington, D.C., 1993.

[2] Pauli, A. T.; Miknis, F. P.; Beemer, A. G.; Miller, J. J. Prepr. Pap.- Am. Chem. Soc., DiV. Pet. Chem. 2005, 50, 255-259.

[3] Artok, L.; Su, Y.; Hirose, Y.; Hosokawa, M.; Murata, S.; Nomura,M.Energy Fuels 1999, 13, 287-296.

[4] Groenzin, H.; Mullins, O. C. Energy Fuels 2000, 14, 677-684.

 

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