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摘要：
本研究通过分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT), 揭示了沥青分子结构与功能基团对沥青-集料界面粘附性能的影响机制。
研究发现：
范德华力主导沥青与集料的接触面积，芳香环和柔性链烷烃表现最优。
静电相互作用受功能基团极性影响，羧基、羟基和亚砜基团作用最强。
高芳香碳比例、低环烷碳比例、高氧含量的沥青(如MU)粘附性能最佳。
引言：
沥青混合料的水分损害(如剥离、开裂)与沥青-集料界面粘附弱化密切相关。传统研究多聚焦单一功能基团，而忽略了沥青复杂分子结构(如芳香环、环烷环)的作用。本研究通过MD和DFT，首次系统分析了分子结构、功能基团与界面粘附的关联，为优化沥青配方提供理论依据。
计算方法：
1. 模型构建：
沥青分子: 20种代表性分子(饱和烃、芳香烃、树脂、沥青质)。
集料模型: 石英(酸性)和方解石(碱性)表面。
2. 模拟方法：
MD模拟: 计算界面相互作用能(范德华力+静电作用)。
DFT计算: 分析分子表面静电势(ESP)分布。
3. 验证实验：
通过接触角测量和粘附能计算验证模拟结果。
结果与讨论：
本文采用我们改进的模型来表征沥青的分子结构，如图1所示。
为了研究单个沥青分子与骨料之间的界面粘附性能，构建了分子-骨料界面模型，如图2所示。
沥青的平衡过程如图3所示。在平衡过程中，温度和压力分别由Velocity-rescale恒温器(58)和Berendsen气压调节器(59)控制。
在模拟过程中，温度控制采用了Velocity-rescale恒温器，模拟时间步长设置为2fs。仿真过程的示意图如图4所示。
沥青分子与两种聚集体Em-q和Em-c的界面相互作用能如图5所示。
1. 分子结构对范德华力的影响
芳香环和柔性链烷烃(如S1)因平面结构和大接触面积，范德华力最强(图6)。
环烷环(如S2)因变形能力差，与集料表面接触不紧密，粘附较弱。
相邻长侧链(如Ar2)增加空间位阻，削弱相互作用(图7)。
2. 功能基团对静电作用的影响
羧基(-COOH)和羟基(-OH)因ESP差异大，静电作用最强(图8)。
亚砜基(-SO-)和吡咯基次之，噻吩和吡啶作用最弱。
方解石(碱性)的静电作用显著强于石英(酸性)(图5)。
3. 沥青优选验证
MU沥青(高芳香碳、高氧含量)粘附能最高(-6686kJ/mol), 接触角最小(45°)(表3)。
ZSH沥青(氧含量2.09%)因强静电作用，性能优于SK和MM(表4)。
如图9所示，分子i的ESP分布更加均匀，因为分子i缺少杂原子，ESP范围(最大值与最小值之差)也更小。
为了进一步研究这种关系，我们计算了单位分子量的静电相互作用能，如图10所示。
为了分析沥青与集料之间的界面相互作用，模拟了沥青在集料表面润湿的相互作用能和接触角。沥青在集料表面润湿的接触模型如图11所示。
为了研究沥青与骨料相互作用能差异的机理，分别计算了SARA馏分与骨料的相互作用能。结果如图12所示。
为了验证选择方法的有效性，模拟了沥青与石英的接触角和相互作用能。沥青在集料表面润湿的接触模型如图13所示。
总结与展望：
优化方向：选择高芳香碳、短侧链、含羧基/羟基的沥青，减少环烷环含量。
工程意义：为抗剥离沥青设计和集料选择提供分子级指导。
未来研究：需进一步验证水分环境下粘附性能的长期稳定性。
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