Modelagem molecular de aditivos nanoestruturados em material asfáltico (2021)
- Authors:
- Autor USP: AJA-FOWÉ, ANGÈLE - IF
- Unidade: IF
- Sigla do Departamento: FMT
- DOI: 10.11606/T.43.2021.tde-21092021-112634
- Subjects: ASFALTO; MODELAGEM MOLECULAR; NANOPARTÍCULAS
- Keywords: AGREGAÇÃO DE ASFALTENO; DOCKING MOLECULAR; NANOPARTÍCULAS DE SÍLICA; SIMULAÇÃO MOLECULAR; ASPHALT; ASPHALTENE AGGREGATION; MOLECULAR SIMULATIONS; SILICA NANOPARTICLES; MOLECULAR DOCKING
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: O asfalto é um material altamente complexo formado como subproduto da destilação do petróleo bruto, utilizado em pavimentação asfáltica, também conhecido como betume. Sua composição contém mais de um milhão moléculas distintas, variando em polaridade e peso molecular; em geral, uma mistura de hidrocarbonetos alifáticos, aromáticos e naftênicos. O desempenho do pavimento asfáltico fortemente depende de sua composição química e dos agregados. Devido à sua complexidade, a composição química do asfalto não pode ser determinada de forma inequívoca. Construir um modelo de asfalto para simulações moleculares é importante para correlacionar as propriedades físicas no nível atômico que afetam fortemente ao desempenho pavimentação e durabilidade do asfalto. Além disso, ao mecanismo de interação da nanoestrutura inorgânica para resolver os atuais problemas de durabilidade ainda é inconclusivo. Para contribuir com a melhora do desempenho atual do pavimento asfáltico, esta tese se concentrou no desenvolvimento de um novo modelo molecular de asfalto para simulação molecular e no estudo dos efeitos das nanopartículas (NPs) de sílica (SiO 2 ) na termodinâmica e nas propriedades mecânicas do asfalto. O modelo de asfalto foi baseado em uma amostra real da fonte de petróleo bruto ABG brasileira / Laguna. A composição química do asfalto modelo foi subdividida em quatro grupos: asfaltenos, polares aromáticos, nafteno aromáticos, e saturados. Quatro componentes foram utilizados para representar cada grupo no ABG: Docosano C 22 H 46 , 1,7-dimetilnaftaleno C 12 H 12 , resina (R) C 26 H 41 S 2 N e asfalteno (A) C 53 H 58 S nas proporções de [19,1:46,5:18,7:15,8], respectivamente. Como etapa inicial deste trabalho, a descrição da interação dímero até hexâmero das moléculas A e R foi investigada em etapas. Docking molecular foi usado para selecionar a conformação mais favorável.Em seguida, utilizamos a teoria do funcional da densidade (DFT) para analisar as propriedades energéticas, eletrônicas e estruturais dos agregados. Os resultados nesta etapa indicaram que a energia de formação aumenta consideravelmente do dímero para o hexâmero com valores entre -25,85 kcal/mol e -245,90 kcal/mol. Já as estruturas otimizadas dos agregados com anéis aromáticos foram energeticamente mais favoráveis graças a interação resultante do empilhamento nos anéis. Na segunda etapa, simulações de dinâmica molecular (MD) foram utilizadas para investigar o papel das nanopartículas de sílica hidroxilada aditiva na termodinâmica e nas propriedades mecânicas do modelo de asfalto. Três modelos hidroxilados de NPs de SiO 2 foram usados com diferentes distribuições de grupos terminais hidroxilados na superfície amorfa de NP: o modelo A contendo 83% de Si(OH) e 17% de Si(OH) 2 ; o modelo D com 17% de Si(OH) e 83% de Si(OH) 2 ; e o modelo E com 50% de Si(OH), 50% de Si(OH) 2 . Essas propriedades incluem densidade, módulo volumétrico, compressibilidade isotérmica e viscosidade. Verificou- se que o ABG e o ABG modificado com NPs de SiO 2 exibiram propriedades qualitativamente semelhantes às do asfalto real. As densidades dos modelos ABG modificados foram maiores do que as do asfalto ABG. Depois de adicionar as NPs, a viscosidade e o módulo volumétrico dos asfaltos modificados melhoraram significativamente em comparação com o modelo original. Este resultado é altamente dependente da cobertura hidrofílica da nanopartícula com o modelo rico em geminal exibindo os valores mais altos a temperatura ambiente. Os avanços dessa tese podem orientar o desenvolvimento para prevenção da deformação mecânica em aplicações de pavimentação asfáltica e aplicações em engenharia civil e infraestrutura.
- Imprenta:
- Data da defesa: 26.08.2021
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- Cor do Acesso Aberto: gold
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ABNT
AJA-FOWÉ, Angèle. Modelagem molecular de aditivos nanoestruturados em material asfáltico. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21092021-112634/. Acesso em: 18 out. 2024. -
APA
Aja-Fowé, A. (2021). Modelagem molecular de aditivos nanoestruturados em material asfáltico (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21092021-112634/ -
NLM
Aja-Fowé A. Modelagem molecular de aditivos nanoestruturados em material asfáltico [Internet]. 2021 ;[citado 2024 out. 18 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21092021-112634/ -
Vancouver
Aja-Fowé A. Modelagem molecular de aditivos nanoestruturados em material asfáltico [Internet]. 2021 ;[citado 2024 out. 18 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-21092021-112634/
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.43.2021.tde-21092021-112634 (Fonte: oaDOI API)
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