石墨烯改性瀝青路用性能提升及其機理

徐子航,蔣宇,許濤

(南京林業大學土木工程學院,南京210037)

隨著納米材料受到越來越多的關注,研究人員開始將納米材料作為瀝青的改性劑應用于傳統的瀝青路面。石墨烯是一種納米級二維片層材料,憑借其優異的物理化學性能,把石墨烯加入其他材料中能夠重建原有微觀結構并改進原有性能,因而被廣泛地應用于不同工程領域[1]。已有研究指出,石墨烯與瀝青只是進行簡單的物理混合,并不發生化學反應,加入石墨烯抑制了瀝青輕質組分的流動,導致瀝青的延度降低[2]。納米級材料往往會產生自身不可逆的聚集和連接,這嚴重阻礙了瀝青的流動性,導致瀝青內部形成結構缺陷,嚴重地影響改性瀝青的路用性能[3]。Yang等[4]利用石墨烯/碳納米管制備了改性瀝青,發現一維材料碳納米管和二維材料石墨烯片的組合能有效地減少石墨烯片和碳納米管的自身堆積聚集。如果石墨烯能被熱瀝青剝落或插層,并且均勻地分散在瀝青中,這可能會明顯地改善甚至全面改變瀝青的性能[5]。氧化石墨烯與SBS瀝青改性劑產生穩定的物理交聯,獨特的插層結構進一步抑制了瀝青在高溫下的流動性,進而提高瀝青的力學性能[6]。石墨烯納米片能傳遞環氧樹脂和瀝青之間的荷載,其形成的致密網絡結構也可以增強瀝青的黏聚力和柔韌性[7]。絲狀的纖維能提高瀝青的斷裂強度和斷裂伸長率,增強瀝青的低溫抗開裂性能[8-9]。

為了進一步分析瀝青微觀形貌、結構和力學性能,目前原子力顯微鏡(AFM)已成為常用的測試方法。……