CN111161808B - 一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，该方法主要特点在于：借助分子动力学理论和仿真计算软件构建沥青‑集料二相界面模型和沥青‑水‑集料三相界面模型。通过计算沥青混合料中沥青与集料的粘附功来判定两者的粘附强度。通过计算沥青混合料在无水和有水的状态下粘附功的比值来定量评价沥青混合料抗水损害能力。该比值越大说明沥青抗水损害能力越强。该方法克服了水浸法只能定性经验性评价，无法量化，受人为主观因素影响较大；以及表面能法和原子力显微镜法操作复杂、技术要求高、耗时长，造价高，实验条件难以掌控等缺点。可为沥青混合料的选材提供依据和基础，因此具有较好的应用前景。

Description

一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法

技术领域

本发明涉及一种预测沥青混合料水稳定技术，特别是一种采用分子动力学方法定量评价沥青-集料界面粘附强度的测试技术，属于公路交通领域与表面技术领域。

背景技术

沥青路面行车舒适，易于维修，因而成为高级路面的主要形式之一。然而目前沥青路面的使用寿命远低于设计年限，也大大增加了维修的费用。主要原因之一在于水损害严重影响到沥青路面的寿命。所以，在修建沥青路面前首先要对沥青混合料的抗水损害能力(也称水稳定性)进行评价。目前对沥青混合料水稳定性的评价方法主要分两大类，定性方法和定量分析方法。定性分析方法主要有水煮法和水浸法，此类方法虽然简单易操作，门槛低，但无法对试验结果进行量化评价，人为主观因素对结果影响较大。定量分析法主要有光电比色法、SHRP净吸附法、拉拔测试法。其中光电比色法在试验过程中影响染料浓度的因素较多，无法保证溶液浓度变化只是由裸露集料吸附染料引起的，试验结果偏大。SHRP净吸附法试验条件严格、操作复杂、时间长。拉拔测试法将平板基材表面涂抹沥青试件，以垂直拉拔力作为黏附指标较为客观，但与沥青混合料中集料各表面所处实际空间状态并不相符。更细观的原子力显微镜技术(Atomic force microscope，AFM)与表面能理论相结合开展沥青集料界面的黏附性能研究，仪器精密昂贵，试验条件严格，门槛高。

分子动力学方法能够从微观上建立沥青-集料界面模型，被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学手段，称之为“计算机实验”手段，以经典分子动力学理论为指导，以分子动力学仿真软件为平台，从微观上探究沥青与集料之间粘附作用的前因后果，预测沥青混合料的水稳定性，可为沥青路面的选材和开发提供科学依据。

发明内容

为克服现有沥青混合料抗水损害能力测试方法不能精确定量且操作复杂，数据受外界条件影响较多而产生数据离散性等诸多不足，本发明提供一种基于分子动力学预测和评价沥青混合料水稳定性技术。该方法不仅能精确测定沥青结合料与集料之间的粘附强度，而且能预测沥青混合料抗水损害能力，同时不受基体形状限制，可应用于复杂形状集料与沥青结合料界面粘附强度的测量。

为达到上述目的，本发明所述一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，包括以下步骤：

步骤1、基于分子动力学仿真软件采用恒温恒压系综建立沥青结合料晶胞模型；

步骤2、在仿真软件中根据集料在自然界的稳定存在形式进行界面切割后，建立集料超晶胞三维模型；

步骤3、将步骤1建立的沥青结合料晶胞模型叠加在步骤2建立的集料超晶胞三维模型之上，并在沥青结合料模型上方叠加真空层以消除周期性影响，建立沥青-集料二相界面模型；将水分子插入在沥青结合料晶胞模型和步骤2建立的集料超晶胞三维模型之间，建立沥青-水-集料界面三相模型；

步骤4、经过采用微正则系综和COMPASS力场进行分子动力平衡仿真计算，获得稳定状态下的沥青-集料二相界面模型，计算稳定状态下的沥青-集料二相界面模型中沥青和集料之间的粘附功W_adhension；计算步骤3建立的沥青-水-集料界面三相模型中，有水状态下沥青与集料的界面粘附功W_{adhension_water}；

步骤5、根据步骤4计算得到的沥青和集料之间的粘附功，以及有水状态下沥青与集料的界面粘附功W_{adhension_water}，计算沥青-集料界面在无水状态和有水状态下的粘附功比值ER，根据比值ER来对比不同沥青、不同集料之间粘附特性以及抗水损害能力的好坏，进而来判定不同沥青混合料抗水损害的能力。

进一步的，步骤1中，沥青结合料晶胞模型后，比较沥青结合料模型与实际沥青的密度，以判定沥青晶胞的合理性，当沥青结合料模型的模拟密度和沥青实验密度相差在沥青实验密度的5％以内时，认为所建立的模型合理；若所建立的模型不合理，重复步骤1，直至沥青结合料模型的模拟密度和沥青实验密度相差在沥青实验密度的5％以内。

进一步的，步骤1的具体过程为：根据沥青四组分沥青质、胶质、饱和酚和芳香酚的质量比在Amorphous Cell模块中组装建立沥青结合料分子模型，采用最速下降法进行局部优化，再采用共轭梯度法进行全局优化，达到优化体系能量的目的；采用NPT系综对沥青晶胞模型进行从300K到500k的五次退火；最后，采用NPT系综对模型进行动力学平衡仿真计算，设置温度为常温298K与一个标准大气压下，采用能同时模拟有机高分子和无机小分子的COMPASS力场，根据晶胞尺寸和高精度计算要求设置截断半径，对体系驰豫，得到沥青结合料晶胞模型。

进一步的，步骤2具体过程为：根据集料中主要矿物SiO₂_β的晶胞参数在仿真软件Material Studio中的Crystals模块建立集料单晶胞模型，采用Build模块中的Cleavesurface工具采用(0,0,1)对矿物进行晶面裁切，在表面添加真空层，使集料单晶胞模型从二维转化成三维，得到集料超晶胞三维模型。

进一步的，步骤3中，建立沥青-集料二相界面模型的具体过程为：在仿真软件Material Studio中的Amorphous Cell模块构建沥青-集料界面二相模型，在将沥青结合料晶胞模型叠加于集料晶胞模型之上时，以集料尺寸为基准，以使得沥青-集料界面模型分子动力过程中初始能量不至于超限；在沥青晶胞模型上方建立

真空层消除模型周期性的影响，固定SiO₂_β矿物晶体底层30％-50％的原子，充分弛豫集料矿物晶体表面几层原子与沥青发生吸附作用，使模拟更接近真实情况；将界面模型采用NVT系综和COMPASS力场在298K温度和1个标准大气压下进行300ps分子动力平衡计算，获取沥青-集料二相界面模型。

进一步的，步骤3中，建立沥青-水-集料界面三相模型的过程为：在仿真软件Material Studio中的Build Layers工具构建沥青-水-集料三相模型，将多个水分子插入沥青晶胞和集料晶胞模型之间，以集料尺寸为基准，在沥青上方建立真空层消除模型周期性的影响；固定集料矿物晶体底层30％-50％的原子，充分弛豫集料矿物晶体表面几层原子与沥青发生吸附作用，模拟沥青-集料界面在有水状态下的粘附行为；采用NVT系综和COMPASS力场在298K温度和1个标准大气压下进行300ps分子动力平衡计算，获取沥青-水-集料界面三相模型。

进一步的，步骤4中稳定状态下的沥青-集料二相界面模型中沥青和集料之间的粘附功W_adhension的过程为：

在步骤3中获取的沥青-集料二相界面模型基础上，计算沥青结合料的能量E_asphalt和集料的能量E_aggreget，以及沥青和集料分子动力平衡粘附后的界面势能E_{asphalt_aggregete}，根据式(1)计算沥青和集料的界面粘附功W_adhension，

公式(1)中，A为界面面积

△E_interface为沥青和集料粘附前后势能的变化；ΔE_interface＝E_{asphalt_aggregete}-(E_asphalt+E_aggreget)；K＝695，为单位转换系数。

进一步的，步骤4的具体过程为：在步骤3建立的沥青-水-集料界面三相模型基础上，分别计算沥青结合料的能量E_asphalt1，集料的能量E_aggregate1和水分子层的能量E_water；再计算沥青结合料和水的能量E_{asphalt_water}，沥青结合料与集料的能量E_{asphalt_aggregate1}，集料和水的能量E_{aggregate_water}；根公式(2)计算沥青结合料和水分子层粘附过程中能量的变化ΔE_{asphalt_water}；

根据公式(3)计算集料与水分子层粘附过程中能量变化ΔE_{aggregate_water}，根据公式(4)计算有水条件下沥青与集料粘附过程中能量变化ΔE_{asphalt_aggregate}；根据公式(5)计算有水状态下沥青与集料的界面粘附功W_{adhension_water}；

ΔE_{asphalt_water＝}E_{asphalt_water}-(E_asphalt1+E_water1)(2)；

ΔE_{aggregate_water}＝E_{aggregate_water}-(E_aggregate1+E_water)(3)；

ΔE_{asphal_aggregae}＝E_{asphalt_aggregate1}-(E_asphalt1+E_aggregate1)(4)；

上式中，△E_{asphalt_water}为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与水结合的势能，E_asphalt、E_water和E_aggregate分别为分子动力平衡后沥青、水和集料各自的势能，△E_{aggregate_water}为有水条件下界面吸附动力平衡后集料与水结合的势能，△E_{asphalt_aggregate}为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与集料结合的势能，W_{adhension_water}为有水状态下沥青与集料的界面粘附功(mj/m²)，ΔE_{interface_water}为有水状态下沥青和集料粘附前后势能的变化，ΔE_{interface_water}＝E_{asphalt_aggregete1}-(E_asphalt1+E_aggreget1)；A为有水条件下界面接触面积。

进一步的，步骤5中，沥青-集料界面在无水状态和有水状态下的粘附功

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

1.本发明采用分子动力学手段从微观角度分析沥青与集料的粘附性能和抗水损害能力。现有技术主要从宏观尺度进行定性或定量分析，现有的微观试验步骤繁琐，仪器昂贵，试验门槛高。沥青与集料界面之间的粘附比较复杂，影响因素多，且两者发生粘附作用都是在微观尺度上进行的，运用本发明可以研究沥青、集料、水相互粘附的作用规律，从而指导我们预测不同沥青、集料粘附性能的好坏以及抗水损害能力，以此来精确定量预估沥青与集料的粘附强度以及水稳定性。

2.本发明采用领先的分子建模软件Materials Studio对沥青和集料进行建模，采用COMPASS力场能同时较好地模拟有机沥青和无机集料，由此可建立合理的沥青模型，集料模型以及沥青-集料界面模型。在建立与实际相接近模型的基础上，计算和分析沥青与集料的粘附性能，其值具有可靠性，能较好地预测沥青混合料抗水损害性能。

3.本发明先将初始建立的沥青模型采用NPT系综(恒温恒压系综)进行分子动力学模拟达到平衡状态，比较沥青模型与实际沥青的密度。在沥青模型与实际沥青密度相差5％以内的情况下满足建模要求，如果误差超出5％，重复采用NPT系综进行分子动力学模拟，直至密度满足误差要求。再采用NVT(正则)系综再次进行分子动力学模拟计算，达到平衡状态后，用此状态下的数据进行计算分析沥青与集料的粘附性，使模拟过程接近实际状态，得到较为科学的模拟数据。

附图说明

图1沥青质分子模型；

图2胶质分子模型；

图3饱和酚分子模型；

图4芳香酚分子模型；

图5沥青结合料晶胞；

图6花岗岩集料晶胞；

图7沥青-集料界面模型；

图8沥青-水-集料界面模型。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

采用国内常用的90#沥青为原型建立沥青结合料晶胞模型，采用常见的酸性集料花岗岩主要矿物成分SiO₂建立集料晶胞模型，采用150个水分子作为水分子层插入沥青与集料之间，通过计算无水和有水状态下沥青-集料界面的粘附功比值来判定沥青混合料抗水损害性能的好坏。

第一步：根据90#沥青四组分沥青质、胶质、饱和酚和芳香酚的质量比9.43％、29.67％、12.86％和48.04％在Amorphous Cell模块中组装建立沥青结合料分子模型，沥青质分子模型如图1所示，胶质分子模型如图2所示，饱和酚分子模型如图3所示，芳香酚分子模型如图4所示，沥青结合料晶胞模型如图5所示。采用最速下降法进行局部优化，再采用共轭梯度法进行全局优化，达到优化体系能量的目的。采用NPT系综对沥青晶胞模型进行从300K到500k的五次退火。最后，采用NPT系综对模型进行动力学平衡仿真计算，设置温度为常温298K与一个标准大气压(0.0001Gpa)下，采用能同时模拟有机高分子和无机小分子的COMPASS力场，根据晶胞尺寸和高精度计算要求设置截断半径为

对体系驰豫300ps，time step设置为1fs，模拟步数300000steps。获取平衡状态下的沥青结合料晶胞模型，并通过晶胞属性读取沥青结合料模型的模拟密度为0.98g/cm³，与90#沥青实验密度1.075g/cm³相差仅为0.095g/cm³，说明所建立的模型较为合理。当沥青结合料模型的模拟密度和沥青实验密度相差在沥青实验密度的5％以内时，认为所建立的模型合理。若所建立的模型不合理，重复本步骤，直至沥青结合料模型的模拟密度和沥青实验密度相差在沥青实验密度的5％以内。

第二步：根据花岗岩中主要矿物SiO₂_β的晶胞参数(三棱长

三棱长夹角α＝90°，β＝90°，γ＝120°)在仿真软件MaterialStudio中的Crystals模块建立矿物(即集料)单晶胞模型如图6所示，采用Build模块中的Cleave surface工具采用(0,0,1)对矿物进行晶面裁切，在表面添加真空层，使矿物单晶胞模型从二维转化成三维。在a轴和b轴向设置重复次数为9构建超晶胞，使得矿物晶体与沥青晶胞横截面在a轴和b轴方向的长度尺寸较好地匹配，使得误差在0-4％，以保证两模型能叠加成功。并对矿物晶胞模型在Forcite模块中Geometry Optimization工具采用最速下降法进行几何优化，使模型能量在合理范围内，不至于超过模拟软件的能量壁垒，帮助模型快速达到动力平衡状态。

第三步：在仿真软件Material Studio中的Amorphous Cell模块构建沥青-集料界面二相模型，如图7所示。在将沥青结合料晶胞模型叠加于集料晶胞模型之上时，以刚性较大的花岗岩集料尺寸为基准，以使得沥青-集料界面模型分子动力过程中初始能量不至于超限。在沥青晶胞模型上方建立

真空层消除模型周期性的影响。固定SiO₂_β矿物晶体底层30％-50％的原子，充分弛豫集料矿物晶体表面几层原子与沥青发生吸附作用，使模拟更接近真实情况。将界面模型采用NVT系综和COMPASS力场在298K温度和1个标准大气压下进行300ps分子动力平衡计算，获取沥青-集料界面平衡模型。

第四步：在第三步中获取的沥青-集料界面平衡模型基础上，分别通过Forcite模块下的Energe功能，计算沥青结合料的能量E_asphalt(也即分子动力平衡后沥青结合料的势能)和集料的能量E_aggreget(也即分子动力平衡后集料的势能)，以及两者粘附后整个体系的能量E_{asphalt_aggregete}(也即沥青和集料分子动力平衡粘附后的界面势能)。根据式(1)计算沥青和集料的界面粘附功W_adhension。90#沥青与花岗岩集料界面粘附功计算结果见表1，模拟计算值的绝对值为29.36mJ m^-2，与复杂的表面能实验的试验值(33.609mJ m^-2)较为接近。

式(1)中，W_adhension为界面粘附功(mj/m²)；E_{asphalt_aggregate}为沥青和集料分子动力平衡粘附后的界面势能(kcal/mol)；E_asphalt和E_aggregate为分子动力平衡后沥青和集料各自的势能(kcal/mol)；A为界面面积

△E_interface为沥青和集料粘附前后势能的变化；ΔE_interface＝E_{asphalt_aggregete}-(E_asphalt+E_aggreget)；K＝695，为单位转换系数。

90#沥青与酸性花岗岩粘附功的模拟计算值见下表。

表1

第五步：在仿真软件Material Studio中的Build Layers工具构建沥青-水-集料三相模型，如图8所示。将150个水分子插入沥青晶胞和集料晶胞模型之间，以刚性较大的集料尺寸为基准。在沥青上方建立

真空层消除模型周期性的影响。固定集料矿物晶体底层30％-50％的原子，充分弛豫集料矿物晶体表面几层原子与沥青发生吸附作用，模拟沥青-集料界面在有水状态下的粘附行为。采用NVT系综和COMPASS力场在298K温度和1个标准大气压下进行300ps分子动力平衡计算，获取沥青-水-集料界面平衡模型。

第六步：在第五步获取的沥青-水-集料界面平衡模型基础上，分别计算沥青结合料的能量E_asphalt1(即分子动力平衡后沥青的势能)，集料的能量E_aggregate1(即分子动力平衡后集料的势能)和水分子层的能量E_water(即为分子动力平衡后水的势能)；再计算沥青结合料和水的能量E_{asphalt_water}(即为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与水的势能)，沥青结合料与集料的能量E_{asphalt_aggregate1}(即为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与集料的势能)，集料和水的能量E_{aggregate_water}(即为有水条件下界面吸附动力平衡后集料与水的势能)；

E_{asphalt_water}减去E_asphalt1和E_water计算得到沥青结合料和水分子层粘附过程中能量的变化ΔE_{asphalt_water}(即有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与水结合的势能)；E_{aggregate_water}减去E_aggregate1和E_water得到集料与水分子层粘附过程中能量变化ΔE_{aggregate_water}(即为有水条件下界面吸附动力平衡后集料与水结合的势能)，E_{asphalt_aggregate1}减去E_aggregate1和E_aggregate1计算得到有水条件下沥青与集料粘附过程中能量变化ΔE_{asphalt_aggregate}(即为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与集料结合的势能)；W_{adhension_water}为有水状态下沥青与集料的界面粘附功(mj/m²)，在分别计算完ΔE_{asphalt_water}、ΔE_{aggregate_water}和ΔE_{asphalt_aggregate}后根据下面公式计算得出。再根据下面公式计算沥青-集料界面在无水W_adhension和有水状态下粘附功W_{adhension_water}的比值ER值，进而来判定沥青混合料水稳定性的好坏。ER值越高表明水稳定越好。沥青与花岗岩集料抗水损害性能数据见表2。

ΔE_{asphalt_water＝}E_{asphalt_water}-(E_asphalt1+E_water1)

ΔE_{aggregate_water}＝E_{aggregate_water}-(E_aggregate1+E_water)

ΔE_{asphal_aggregae}＝E_{asphalt_aggregate1}-(E_asphalt1+E_aggregate1)

式中，△E_{asphalt_water}为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与水结合的势能，E_asphalt、E_water和E_aggregate分别为分子动力平衡后沥青、水和集料各自的势能(kcal/mol)，△E_{aggregate_water}为有水条件下界面吸附动力平衡后集料与水结合的势能，△E_{asphalt_aggregate}为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与集料结合的势能，W_{adhension_water}为有水状态下沥青与集料的界面粘附功(mj/m²)，ΔE_{interface_water}为有水状态下沥青和集料粘附前后势能的变化，ΔE_{interface_water}＝E_{asphalt_aggregete1}-(E_asphalt1+E_aggreget1)；A为有水条件下界面接触面积，与无水条件下接触面积相近，所以此处计算ER值时，有水和无水条件下界面面积进行了抵消。

90#沥青与酸性花岗岩的抗水损害性能模拟计算值见下表。70#沥青与花岗岩集料界面的ER实验值为0.451，模拟计算值略高于实验值，主要原因在于90#沥青中含有更多可增强粘附作用的沥青质。通过ER值可以看出由沥青与酸性集料花岗岩组成的沥青混合料水稳定一般，低于沥青与碱性石灰岩组成的沥青混合料。

表2

本发明所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其主要特点在于：借助分子动力学理论和仿真计算软件构建沥青-集料二相界面模型和沥青-水-集料三相界面模型。通过计算沥青混合料中沥青与集料的粘附功来判定两者的粘附强度。通过计算沥青混合料在无水和有水的状态下粘附功的比值来定量评价沥青混合料抗水损害能力。该比值越大说明沥青抗水损害能力越强。该方法克服了水浸法只能定性经验性评价，无法量化，受人为主观因素影响较大；以及表面能法和原子力显微镜法操作复杂、技术要求高、耗时长，造价高，实验条件难以掌控等缺点。可为沥青混合料的选材提供依据和基础，因此具有较好的应用前景。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于分子动力学仿真软件采用恒温恒压系综建立沥青结合料晶胞模型；

步骤2、在仿真软件中根据集料在自然界的稳定存在形式进行界面切割后，建立集料超晶胞三维模型；

步骤3、将步骤1建立的沥青结合料晶胞模型叠加在步骤2建立的集料超晶胞三维模型之上，并在沥青结合料模型上方叠加真空层以消除周期性影响，建立沥青-集料二相界面模型；将水分子插入在沥青结合料晶胞模型和步骤2建立的集料超晶胞三维模型之间，建立沥青-水-集料界面三相模型；

步骤4、经过采用微正则系综和COMPASS力场进行分子动力平衡仿真计算，获得稳定状态下的沥青-集料二相界面模型，计算稳定状态下的沥青-集料二相界面模型中沥青和集料之间的粘附功W_adhension；计算步骤3建立的沥青-水-集料界面三相模型中，有水状态下沥青与集料的界面粘附功W_{adhension_water}；

步骤5、根据步骤4计算得到的沥青和集料之间的粘附功，以及有水状态下沥青与集料的界面粘附功W_{adhension_water}，计算沥青-集料界面在无水状态和有水状态下的粘附功比值ER，根据比值ER来对比不同沥青、不同集料之间粘附特性以及抗水损害能力的好坏，进而来判定不同沥青混合料抗水损害的能力。

2.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤1中，沥青结合料晶胞模型后，比较沥青结合料模型与实际沥青的密度，以判定沥青晶胞的合理性，当沥青结合料模型的模拟密度和沥青实验密度相差在沥青实验密度的5％以内时，认为所建立的模型合理；若所建立的模型不合理，重复步骤1，直至沥青结合料模型的模拟密度和沥青实验密度相差在沥青实验密度的5％以内。

3.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：根据沥青四组分沥青质、胶质、饱和酚和芳香酚的质量比在Amorphous Cell模块中组装建立沥青结合料分子模型，采用最速下降法进行局部优化，再采用共轭梯度法进行全局优化，达到优化体系能量的目的；采用NPT系综对沥青晶胞模型进行从300K到500k的五次退火；最后，采用NPT系综对模型进行动力学平衡仿真计算，设置温度为常温298K与一个标准大气压下，采用能同时模拟有机高分子和无机小分子的COMPASS力场，根据晶胞尺寸和高精度计算要求设置截断半径，对体系驰豫，得到沥青结合料晶胞模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤2具体过程为：根据集料中主要矿物的晶胞参数在仿真软件MaterialStudio中的Crystals模块建立集料单晶胞模型，采用Build模块中的Cleave surface工具采用(0,0,1)对矿物进行晶面裁切，在表面添加真空层，使集料单晶胞模型从二维转化成三维，得到集料超晶胞三维模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤3中，建立沥青-集料二相界面模型的具体过程为：在仿真软件MaterialStudio中的Amorphous Cell模块构建沥青-集料界面二相模型，在将沥青结合料晶胞模型叠加于集料晶胞模型之上时，以集料尺寸为基准，以使得沥青-集料界面模型分子动力过程中初始能量不至于超限；在沥青晶胞模型上方建立

真空层消除模型周期性的影响，固定矿物晶体底层30％-50％的原子，充分弛豫集料矿物晶体表面几层原子与沥青发生吸附作用，使模拟更接近真实情况；将界面模型采用NVT系综和COMPASS力场在298K温度和1个标准大气压下进行300ps分子动力平衡计算，获取沥青-集料二相界面模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤3中，建立沥青-水-集料界面三相模型的过程为：在仿真软件MaterialStudio中的Build Layers工具构建沥青-水-集料三相模型，将多个水分子插入沥青晶胞和集料晶胞模型之间，以集料尺寸为基准，在沥青上方建立真空层消除模型周期性的影响；固定集料矿物晶体底层30％-50％的原子，充分弛豫集料矿物晶体表面几层原子与沥青发生吸附作用，模拟沥青-集料界面在有水状态下的粘附行为；采用NVT系综和COMPASS力场在298K温度和1个标准大气压下进行300ps分子动力平衡计算，获取沥青-水-集料界面三相模型。

7.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤4中稳定状态下的沥青-集料二相界面模型中沥青和集料之间的粘附功W_adhension的过程为：

在步骤3中获取的沥青-集料二相界面模型基础上，计算沥青结合料的能量E_asphalt和集料的能量E_aggreget，以及沥青和集料分子动力平衡粘附后的界面势能E_{asphalt_aggregete}，根据式(1)计算沥青和集料的界面粘附功W_adhension，

公式(1)中，A为界面面积

△E_interface为沥青和集料粘附前后势能的变化；ΔE_interface＝E_{asphalt_aggregete}-(E_asphalt+E_aggreget)；K＝695，为单位转换系数。

8.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：在步骤3建立的沥青-水-集料界面三相模型基础上，分别计算沥青结合料的能量E_asphalt1，集料的能量E_aggregate1和水分子层的能量E_water；再计算沥青结合料和水的能量E_{asphalt_water}，沥青结合料与集料的能量E_{asphalt_aggregate1}，集料和水的能量E_{aggregate_water}；根公式(2)计算沥青结合料和水分子层粘附过程中能量的变化ΔE_{asphalt_water}；

根据公式(3)计算集料与水分子层粘附过程中能量变化ΔE_{aggregate_water}，根据公式(4)计算有水条件下沥青与集料粘附过程中能量变化ΔE_{asphalt_aggregate}；根据公式(5)计算有水状态下沥青与集料的界面粘附功W_{adhension_water}；

ΔE_{asphalt_water＝}E_{asphalt_water}-(E_asphalt1+E_water1) (2)；

ΔE_{aggregate_water}＝E_{aggregate_water}-(E_aggregate1+E_water) (3)；

ΔE_{asphal_aggregae}＝E_{asphalt_aggregate1}-(E_asphalt1+E_aggregate1) (4)；

上式中，△E_{asphalt_water}为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与水结合的势能，E_asphalt、E_water和E_aggregate分别为分子动力平衡后沥青、水和集料各自的势能，△E_{aggregate_water}为有水条件下界面吸附动力平衡后集料与水结合的势能，△E_{asphalt_aggregate}为有水条件下界面吸附动力平衡后沥青与集料结合的势能，W_{adhension_water}为有水状态下沥青与集料的界面粘附功(mj/m²)，ΔE_{interface_water}为有水状态下沥青和集料粘附前后势能的变化，ΔE_{interface_water}＝E_{asphalt_aggregete1}-(E_asphalt1+E_aggreget1)；A为有水条件下界面接触面积。

9.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的沥青混合料抗水损害评价方法，其特征在于，所述步骤5中，沥青-集料界面在无水状态和有水状态下的粘附功

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