【《用石墨烯材料改性沥青的方法综述》1900字】

综述用石墨烯材料改性沥青的方法综述对于沥青的改性方法，本研究以添加石墨烯材料为重点介绍对象，进行阐述。虽然石墨烯本身具有较高的杨氏模量以及强度，但是由于这种材料极易受到范德华力的影响REF_Ref3447\r\h[2]，它很难在其他高分子材料中均匀分布。这种特性有时会导致添加石墨烯反而会大幅度降低基体材料改性后的性能。但是石墨烯和沥青之间却具有一定的亲和性，使加入热沥青的石墨烯能够被插层或剥离出来，形成如图2-19（a）中的以石墨烯为基面的片状超分子结构REF_Ref3525\r\h[3]，并显著改善沥青材料的行为特性。其中图2-19（b）展示的是石墨烯用SEM(ScanningElectronMicroscopy,扫描电子显微镜)得到的表面形貌。这种特性使得石墨烯改性沥青的微观结构特征变得尤为重要，构建完整的微观表征-宏观特性关系是石墨烯改性沥青的研究的前提和基础。图2-19石墨烯改性沥青(a)及石墨烯(b)SEM表面形貌对比REF_Ref4178\r\h\#"[0"[20]-REF_Ref4638\r\h\#"0]"[22]。2015年，国内外有一些研究者提出了将石墨烯作为改性剂作用于沥青材料来提高沥青材料的性能REF_Ref4887\r\h\#"[0"[23]-REF_Ref4893\r\h\#"0]"[26]，并进行了相关实验，将石墨烯以不同比例掺入沥青基体材料中并对改性沥青的三大指标（针入度，软化点，延度）进行了测试，得到了石墨烯可以提高沥青基体的三大指标的结论。在石墨烯改性沥青这个课题上，大部分的研究以及实验都是基于沥青基体材料的REF_Ref5207\r\h\#"[0"[27]-REF_Ref5213\r\h\#"0]"[37]，或者是基于橡胶[22,23]及SBS改性的沥青基体材料[28,30-34，36-40,41]。这些研究的结果都指出在沥青材料中加入石墨烯可以提高沥青基体的针入度，延度以及软化点。在对70号沥青基体进行石墨烯改性时，沥青材料在25摄氏度下的针入度可以提高约20%，软化点增加约63%[31]。在配合SBS改性剂同时使用时，添加石墨烯可以将沥青基体在10摄氏度下的延度增加约34%[32]。Liu,K.等以及Zhu,J.等还在制备石墨烯改性沥青基体时加入了Sasobit以及废弃食用油等添加剂[35,42,43]。在加入石墨烯及其他添加剂时的实验结果指出沥青基体的高温稳定性以及抗车辙能力都等到了提高，而抗疲劳强度和低温抗裂能力也得到了显著的提高。在对90型沥青基体进行测试时，沥青的改性效果根据石墨烯掺量的变化略有不同。在Li,Y.等进行的研究中，石墨烯的掺量为1wt%和3wt%，实验结果指出沥青基体的延度得到了大幅度的增强（石墨烯掺量为3wt%时增加约27%），软化点以及针入度的提高则不是很明显（石墨烯掺量为3wt%时增加约0.4%和1%）[45]。在陈凤娥等的研究中，石墨烯的掺量为0.1wt%至0.4wt%，90型的沥青基体针入度底高则比较明显，25摄氏度下针入度在0.4wt%掺量时提高了约11%[46]。还有研究指出，加入石墨烯还可以改善沥青基体的粘度。在Han，M.等的研究中，作者将0.02wt%-0.05wt%的石墨烯掺入SBS改性沥青中，测试了沥青基体的储能模量（StorageModulus）及损耗模量（LossModulus）。实验结果指出在添加0.02wt%时沥青基体的粘度提高是最多的，储能模量提高了近37.5%，损耗模量提高了约20.4%[47]。图2-20SBS掺量对针入度的影响图2-21SBS掺量对软化点的影响图2-22SBS掺量对延度的影响除了沥青基体之外，还有一些研究将石墨烯改性沥青用于制备沥青混合料，使沥青混合料的性能得到了提升[31,33,42,44]。Zhu,J.将添加了0.05wt%石墨烯的沥青基体制成混合料试件，并进行了马歇尔实验，劈裂实验，单轴抗压实验以及三点弯曲实验[31]。对比普通试件，使用了石墨烯改性沥青的混合料试件的马歇尔稳定度提升了约45%，间接抗拉强度提升了约56%，抗压强度提升了约20%，低温断裂强度提升则不明显。于瑞恩在他的研究中指出，加入石墨烯后，沥青混合料在高温时保持韧性的同时提高了模量，加强了沥青路面的抗裂和抗变形能力[49]。Zhu,J.在研究中指出，添加石墨烯可以有效提高沥青基体的表面能，并增加在沥青混合料中基体和石料的结合力，提高结合料对水损害造成的老化的抗力[50]。石墨烯沥青混合料还没有被广泛推广使用，目前有甘肃公航石墨烯科技发展有限责任公司计划将石墨烯改性沥青技术运用于甘肃的公路[51]。图2-23沥青混合料的荷载-变形（15℃）图[35]我们可以借鉴橡胶改性沥青制备：首先将70号基质沥青加热至流动状态，采用外掺法加入20%的橡胶粉（相对基质沥青质量），温度保持175℃，利用玻璃棒将橡胶粉搅拌至沥青中，后以搅拌速度为500rad/min低速剪切搅拌15min然后以搅拌速度为5000r/min高速剪切搅拌45min，温度175℃，放置烘箱中175℃下溶胀发育1.5h后，制作试验样品REF_Ref19464\r\h[14]，REF_Ref19526\r\h[15]，REF_Ref19588\r\h[16]。石墨烯橡胶复合改性沥青制备：在橡胶改性沥青制备过程中，采用外掺法将相应掺量的石墨烯(与基质沥青的质量比)进行混合，制得试验所需的石墨烯改性橡胶沥青，具体试验操作如下图2-24所示：图2-24石墨烯橡胶复合改性沥青制备过程在对该复合改性沥青进行温度扫描试验之后，用动态剪切流变仪可以得出沥青在不同温度条件下的复数模量G*、相位角δ、车辙因子G*/Sinδ，各种沥青的G*、δ、G*/Sinδ随温度