酸化官能基がアスファルト-骨材接着特性に及ぼす影響の分子動力学シミュレーション

科学分野:

• 材料科学
• 化学工学
• 物理化学

背景:

• アスファルトと骨材の接着は、舗装の耐久性にとって非常に重要です。
• カルボニル基 (C=O) やスルホキシル基 (S=O) などの酸化官能基は、アスファルトの経年劣化中に形成され、その特性に影響を与えます。
• これらの微視的な相互作用を理解することは、アスファルトの性能を向上させる鍵となります。

研究 の 目的:

• カルボニル基とスルホキシル基がアスファルトと骨材の接着に及ぼす影響を調査すること。
• これらの官能基の異なる濃度が界面エネルギーにどのように影響するかを分析すること。
• アスファルトバインダーと骨材間の相互作用を支配する微視的なメカニズムを解明すること。

主な方法:

• 4成分アスファルトモデルを用いた分子動力学 (MD) シミュレーションを利用しました。
• シリカ (SiO2) 骨材モデルとアスファルト-骨材界面システムを構築しました。
• 官能基濃度の変化における界面エネルギー（相互作用、ファンデルワールス、静電）を分析しました。

主要な成果:

• カルボニル基 (C=O) 濃度の上昇は、相互作用エネルギー、ファンデルワールスエネルギー、静電エネルギーを増強しました。
• スルホキシル基 (S=O) 濃度の上昇は、相互作用エネルギーとファンデルワールスエネルギーを低下させましたが、静電エネルギーを増強しました。
• スルホキシル基は、カルボニル基よりも界面エネルギーに対してより顕著な影響を示しました。

結論:

• 酸化官能基は、アスファルトと骨材の接着に決定的な影響を与えます。
• 官能基の種類と濃度が、接着の変化の性質と範囲を決定します。
• スルホキシル基は、経年劣化したアスファルトと骨材間の界面特性を変化させる上で支配的な役割を果たします。