بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش پنجم
دینامیک فاز
توزیع فازهای مختلف بر روی سطح نمونه‌های قیر در آزمایش‌های AFM، همان‌طور که در شکل شماره 3 ارائه‌شده است. مشخص‌شده که چنین پدیده‌هایی اثر بدیهی بر روی رفتارهای میکرومکانیکی قیر می‌گذارد. توجه داشته باشید که AFM تنها خواص سطحی را اندازه‌گیری کرده و شامل خواص حجمی نمی‌باشد. قبل از شروع تجزیه‌وتحلیلمان باید یکی از احتمالات را کنار بگذاریم. این احتمال جدایش فازی ساختار شبه زنبوری است که ممکن است ناشی از اثر تنش سطحی باشد، اما یک اثر حجمی نیست. Schmets و همکاران آزمایش‌های پراکندگی نوترون با زاویه کوچک (SANS) را با مقایسه واکنش SANS با مدول های حجمی و سطحی را انجام داده و ثابت کردند که ویژگی‌های جدایش فازی مشاهده شده بر سطوح نمونه‌های قیر در حجم نیز حضور دارند؛ بنابراین در این پژوهش در مورد اثر تنش سطحی بحث نمی‌شود.
شیمی قیر و انرژی آزاد
قیر یکی از محصولات صنعت نفت است و درنتیجه ترکیبات آن بسیار پیچیده هستند. قدیمی‌ترین و رایج‌ترین روش تعیین ترکیب‌بندی قیر، روش شیمی سه ترکیبی قیر است. در این روش، قیر به سه گروه مولکولی اصلی خود که شامل رزین، روغن و آسفالتن است تجزیه می‌شود. Koots، Lian و Hubbard در این زمینه نگارش‌هایی داشته‌اند. برخی استانداردهای ملی نیز به این موضوع توجه داشته است. به‌عنوان‌مثال روش آزمون استاندارد قیر و مخلوط‌های قیری برای مهندسین بزرگراه در چین، می‌تواند برای تبیین ترکیب‌بندی شیمیایی قیر مورداستفاده قرار گیرد. خلاصه‌ای از سه ترکیب شیمیایی قیر در جدول شماره 1 نشان داده‌شده است. باید توجه داشت که شیمی قیر می‌تواند از طریق انحلال‌پذیری در هپتان نرمال به دو گروه آسفالتن ها و مالتن ها تقسیم‌بندی شود. سپس مالتن ها را می‌توان به سه گروه مولکولی رزین‌ها، آروماتیک‌ها و اشباع‌ها تقسیم‌بندی کرد.
جدول 1 خلاصه‌ای از سه ترکیب تشکیل‌دهنده قیر
روش دیگر برای بررسی شیمی قیر، مشخص کردن ترکیب‌بندی شیمیایی قیر توسط کلاس ترکیب هیدروکربن، مانند تقسیم‌بندی قیر به سه گونه اصلی تشکیل‌دهنده آسفالتن، نفتن آروماتیک‌ها و اشباع‌ها بر مبنای ساختار مولکولی قیر است. مواد شیمیایی مختلف تشکیل‌دهنده و واحدهای عامل دار (O، S، N و غیره) رفتار میکرومکانیکی قیر را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
ما به‌سادگی در نظر می‌گیریم که قیر مخلوطی از آسفالتن ها، نفتن آروماتیک‌ها و اشباع‌هاست. فاز میدانی متغیر ϕi را برای نشان دادن فازهای مختلف تقسیم کرده که ϕ1 آسفالتن، ϕ2 نفتن آروماتیک‌ها و ϕ3 اشباع‌ها می‌باشد.
معادله شماره 1 
که در آن مقدار ϕi نشان‌دهنده نسبت جرمی هر فاز بوده و نسبت جرمی دقیق از طریق شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (MD) تعیین می‌شود. مجموع انرژی آزاد F در یک سیستم سه‌گانه به‌صورت زیر به دست می‌آید:
معادله شماره 2 
که در آن kij ضریب تعامل بین مولکول‌های فاز i و مولکول‌های j است، i=1,2,3
در نظر بگیرید که در این مورد معادله Cahn-Hilliard به‌عنوان معادله حاکم در نظر گرفته می‌شود.
معادله شماره 3 
که در آن u ویسکوزیته و M = 1.2 ×10-4 m2/s پارامتر تحریک‌پذیری است که سرعت تکامل ریزساختارها را کنترل می‌کند. شرایط مرزی طبیعی مورداستفاده قرار می‌گیرد.
معادله شماره 4 
که در آن ˆn بردار واحد به مرز دامنه است.
توجه داشته باشید که ما در حال حاضر از یک ساختار مولکولی سه‌جزئی ساده‌شده قیر استفاده می‌کنیم و امکان این وجود دارد که شبیه‌سازی کنونی نتواند تمام رفتارهای میکرومکانیکی قیر را انعکاس دهد. مطالعات آتی باید بر روی مدل مولکولی جامع‌تر قیر متمرکز شود.
برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:
برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:
