Четырёхкомпонентная модель битума с объединёнными атомами

Предложена четырёхкомпонентная молекулярная модель битума с объединёнными атомами. Модель включает реалистичные химические компоненты и использует уровень укрупнения, подавляющий высокочастотные моды. Молекулярно-динамическое моделирование модели выполняется с использованием программного обеспечения на базе графических процессоров на временных интервалах порядка микросекунд, что позволяет исследовать медленные релаксационные процессы, характеризующие битум. Также представлены результаты исследования динамики модели, выраженные через среднеквадратичное смещение, автокорреляционную функцию напряжений и вращательную релаксацию. Коэффициенты диффузии отдельных молекул слабо изменяются с температурой и выявляют различные динамические масштабы времени. При вращательной релаксации также наблюдаются различные временные масштабы. Автокорреляционная функция напряжений характеризуется медленным неэкспоненциальным спадом при всех исследованных температурах. По автокорреляционной функции напряжений рассчитаны сдвиговая вязкость и модуль сдвига; полученные результаты показывают вязкий отклик на частотах ниже 100 МГц. Предсказания модели для вязкости и коэффициентов диффузии сопоставлены с экспериментальными данными и демонстрируют удовлетворительное согласие. Модель показывает, что асфальтены, смолы и смолистое масло имеют тенденцию к образованию наноагрегатов. Характерное время динамической релаксации этих агрегатов больше, чем у однородно распределённых частей системы, что приводит к сильной динамической неоднородности.