石墨烯在瀝青復(fù)合材料中的研究現(xiàn)狀

張霞，黃剛，周超，袁小亞，賀俊璽，馮曼曼，劉昭

(重慶交通大學(xué)交通土建工程材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶，400074)

石墨烯(Graphene)是一種由C 原子經(jīng)sp2 電子軌道雜化后形成的蜂巢狀二維納米材料。近年來(lái)，石墨烯以其獨(dú)特結(jié)構(gòu)、優(yōu)異性能和廣闊的應(yīng)用前景在電子、信息、能源、材料、環(huán)保和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域成為科研的熱點(diǎn)[1-11]。石墨烯制備技術(shù)取得了積極進(jìn)展，為石墨烯的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了原料保障，無(wú)論在理論研究還是工程應(yīng)用層面，石墨烯及衍生的石墨烯復(fù)合材料都顯示出重大的科學(xué)意義和應(yīng)用潛力。國(guó)內(nèi)將碳原子層在1～10 層的石墨烯及相關(guān)衍生物統(tǒng)稱(chēng)石墨烯材料，其中石墨烯具有單純碳原子形成的準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)，同時(shí)，石墨烯的碳層可結(jié)合—NH2，—COOH，—OH，—C=O 和—O—等官能團(tuán)，形成官能團(tuán)化的石墨烯，目前主要包括氧化石墨烯(graphene oxide，GO)和胺基化石墨烯(TNRGON)這2類(lèi)。將石墨烯材料應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，開(kāi)展石墨烯瀝青復(fù)合材料研究，可以使不同環(huán)境中的工程材料獲得更好的性能和更長(zhǎng)的壽命，并降低服役成本，同時(shí)也可為石墨烯材料功能化應(yīng)用提供新的發(fā)展方向。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于工程領(lǐng)域石墨烯復(fù)合改性瀝青材料的研究尚處于初步探究階段，理論和實(shí)際應(yīng)用方面都存在許多問(wèn)題亟待解決。本文疏理近年來(lái)國(guó)內(nèi)外工程領(lǐng)域石墨烯材料復(fù)合改性瀝青材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)，并對(duì)墨烯改性瀝青復(fù)合材料進(jìn)行探討。

1 碳納米材料及石墨烯材料復(fù)合瀝青應(yīng)用研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

在碳納米材料改性瀝青研究領(lǐng)域，MICHELL等[12]研究一維的碳納米管改性路用瀝青，認(rèn)為碳納米管復(fù)合瀝青能夠改善瀝青的高溫性能。YAO 等[13]采用多層石墨納米片改善瀝青的高溫和低溫性能；BRCIC[14]通過(guò)SHRP-PG 分級(jí)研究石墨納米片對(duì)瀝青行為的影響，認(rèn)為改性瀝青的耐久性得到改善，彈性模量增加；LE 等[15-16]認(rèn)為石墨納米片可以提高瀝青的溫度敏感性，提高強(qiáng)度，顯著縮短瀝青混合物的壓實(shí)過(guò)程，并適用于較低溫度環(huán)境。ZHOU等[17]用分子模擬評(píng)價(jià)石墨烯/碳納米管改性瀝青的熱機(jī)械性能，認(rèn)為添加石墨烯或碳納米管后，瀝青的熱機(jī)械性能得到顯著改善；ZENG等[18]認(rèn)為氧化石墨烯可以改善不同類(lèi)型瀝青的高溫、低溫和抗老化性能；LAM[19]認(rèn)為，較高摻量的氧化石墨烯能夠改善瀝青的強(qiáng)度、稠度、變形以及軟化點(diǎn)。HABIB 等[20]認(rèn)為氧化石墨烯瀝青有助于提高路面的耐變形性，減少路面中的車(chē)轍。LIU等[21]發(fā)現(xiàn)添加石墨烯與碳纖維復(fù)合改性瀝青混合料，可導(dǎo)致瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、殘余穩(wěn)定度及車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度都得到一定程度提高，并且有利于瀝青混凝土對(duì)應(yīng)變的自我監(jiān)控。LIU等[22]發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯顯著提高PG 64-22 瀝青的黏度、高溫彈性和永久變形抗力，當(dāng)采用氧化石墨烯、溫拌瀝青黏合劑與廢烹飪油改性瀝青時(shí)，瀝青的高溫和低溫性能表現(xiàn)優(yōu)異。MORENO-NAVARRO 等[23]的研究表明石墨烯在瀝青黏合劑中會(huì)產(chǎn)生更有效的響應(yīng)，但其彈性恢復(fù)能力不如其他瀝青改性劑，此外，在復(fù)合改性時(shí)，石墨烯可以通過(guò)增加熱傳遞性來(lái)減少其他黏合劑的熱敏感性。HAN等[24-25]的研究表明，將十八烷基胺(ODA)接枝到石墨納米片(GNP)表面，通過(guò)共價(jià)鍵復(fù)合產(chǎn)生ODA-GNPs 復(fù)合物，再將GNP 與ODA-GNPs 復(fù)合改性SBS改性瀝青，可提升二次改性瀝青的延展性、軟化點(diǎn)、滲透性、黏彈性、耐高溫車(chē)轍性能及相容性，此外，還將聚苯乙烯(PS)接枝到石墨納米片的表面，形成復(fù)合物(PS-GNPs)，用GNP與PS-GNPs復(fù)合改性SBS改性瀝青，性能得到提升。WANG等[26-28]的研究表明采用片狀石墨與膨脹石墨納米片復(fù)合改性瀝青材料，可導(dǎo)致瀝青黏度增加、活化能降低、吸光度與導(dǎo)熱性增加，并且可以有效增強(qiáng)瀝青混合料恢復(fù)斷裂能量及強(qiáng)度的能力，使瀝青混合料愈合能力提高，且導(dǎo)電系數(shù)隨著石墨的增加而增加。LI等[29]的研究表明氧化石墨烯在與瀝青黏合劑混合時(shí)，GO 分解釋放CO2氣體，與瀝青黏合劑間沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且GO結(jié)構(gòu)完全被剝離，在瀝青黏合劑中分散成了單層。LIU等[30]研究表明添加微量氧化石墨烯可提高未改性/SBS改性黏合劑的鋪路溫度黏度、高溫彈性及抗車(chē)轍性，GO對(duì)未改性黏合劑的改性機(jī)理存在化學(xué)反應(yīng)與物理反應(yīng)，但在SBS 改性黏合劑中僅存在物理反應(yīng)。GUO 等[31]將混合CNT 石墨粉用于瀝青黏合劑，可改善瀝青的在高溫狀態(tài)下的機(jī)械性能。YAO 等[32]采用石墨納米片改性瀝青，使瀝青的活化能降低，高溫、低溫性能、復(fù)數(shù)剪切模量及瀝青混合料抗車(chē)轍能力和抗水損害能力均得到提高。CHENG 等[33]研究出一種可在瀝青表面生成大片石墨烯的技術(shù)。LIU等[34]采用石油瀝青為原料用化學(xué)氣相沉積法制備3D 石墨烯網(wǎng)絡(luò)，證明瀝青是3D石墨烯合適碳源之一。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

瀝青是一種極其復(fù)雜的高分子化合物，相比聚合物(如SBS)改性，采用納米復(fù)合材料對(duì)瀝青進(jìn)行改性可獲得性能更好、更穩(wěn)定、耐久的瀝青膠結(jié)料[35-36]。孫璐等[37-38]的研究表明納米粒子的表面改性作用對(duì)瀝青性能影響顯著，認(rèn)為納米改性瀝青混合料具有優(yōu)良的綜合路用性能。沈培康團(tuán)隊(duì)于2018年5月將石墨烯復(fù)合橡膠改性瀝青成功鋪裝于南寧大橋主橋橋面，認(rèn)為橋面鋪裝的高溫、低溫性能、降噪性能、黏結(jié)性能均得到提高[39]，但石墨烯與橡膠瀝青相互作用的復(fù)合改性機(jī)理尚不明確。黃瑾瑜等[40]將SBS改性劑與石墨烯混合添加到基質(zhì)瀝青中，發(fā)現(xiàn)石墨烯升高SBS改性瀝青稠度，提高瀝青的高溫性能，但瀝青的低溫性能被劣化。劉宇等[41]闡述了石墨烯在智能道路中的應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用石墨烯的能量收集系統(tǒng)和道路能量系統(tǒng)，可減少交通事故，為未來(lái)智能道路提供發(fā)展思路與解決方案。李啟仲[42]發(fā)現(xiàn)將納米石墨直接加入到瀝青中，瀝青感溫性與高溫穩(wěn)定性均得到一定改善，但分別采用當(dāng)量脆點(diǎn)與延度分析納米石墨對(duì)瀝青低溫性能的影響時(shí)，得出不同結(jié)論，且對(duì)采用何種指標(biāo)判斷未有明確的研究結(jié)論。韓珊[43]發(fā)現(xiàn)采用石墨烯膠囊修復(fù)瀝青裂縫時(shí)，其修復(fù)時(shí)間與效果都優(yōu)于瀝青本身的修復(fù)能力。

綜上所述，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，針對(duì)石墨烯(非氧化石墨烯)/瀝青復(fù)合體系的相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)外都較少，主要原因在于：1)已有的少數(shù)研究中采用了石墨納米片或氧化石墨烯為改性劑原料，前者不能達(dá)到石墨烯定義標(biāo)準(zhǔn)要求的碳層數(shù)(<10 層)，后者與石墨烯理論的比表面積(2 600 m2/g)相差較大，不能充分展現(xiàn)石墨烯獨(dú)特的性質(zhì)；同時(shí)，材料缺乏精細(xì)結(jié)構(gòu)表征(碳層數(shù)、厚度分布、平面尺寸、結(jié)構(gòu)等)，不能得到石墨烯尺度對(duì)瀝青性質(zhì)的影響規(guī)律。2)石墨烯納米片在瀝青中的空間分布狀態(tài)及界面作用方式未知，石墨烯/瀝青結(jié)構(gòu)表征無(wú)參數(shù)，分散(分布)狀態(tài)對(duì)復(fù)合體系性質(zhì)的影響(構(gòu)效關(guān)系)無(wú)明確結(jié)論，即對(duì)石墨烯—瀝青的微觀作用機(jī)制沒(méi)有深入研究。3)對(duì)復(fù)合材料體系行為特性的研究不系統(tǒng)、不全面，沒(méi)有掌握石墨烯瀝青及瀝青混合料的關(guān)鍵行為特性變化規(guī)律，沒(méi)有建立行為模型。因此，目前的研究仍局限于宏觀性質(zhì)，處于實(shí)驗(yàn)性初步探索階段，對(duì)于高性能路用石墨烯瀝青復(fù)合材料的理論基礎(chǔ)、作用機(jī)制、結(jié)構(gòu)特征、制備方法及行為特性等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題均不清楚，嚴(yán)格意義上的石墨烯/瀝青復(fù)合材料體系的協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、物化性質(zhì)和行為特性都有待進(jìn)一步深入、系統(tǒng)地研究。

2 石墨烯改性瀝青初步研究

2.1 瀝青對(duì)石墨烯的插層和剝離作用

在文獻(xiàn)[44-45]中，將2%膨脹石墨(外摻，按瀝青質(zhì)量百分比計(jì))和中海70#A級(jí)瀝青共混物在溫度為180 ℃、轉(zhuǎn)速為5000 r/min 條件下，經(jīng)3 h 機(jī)械剪切后，用溶劑將熱瀝青中的膨脹石墨(樣品A)從瀝青中洗脫出來(lái)，采用KYKY 2800B型掃描電鏡(SEM)觀察形貌變化。圖1所示為熱瀝青中洗脫的膨脹石墨SEM形貌比對(duì)。由圖1(a)可見(jiàn)：石墨層片已被瀝青插層并剝離，膨脹石墨層片由于隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生褶皺卷曲，呈薄紗狀，層片厚度估計(jì)在幾層至數(shù)十層之間，形成了石墨烯。產(chǎn)生的石墨烯層片已部分分散存在于瀝青中，與文獻(xiàn)[46]中化學(xué)方法制備的石墨烯SEM結(jié)構(gòu)形貌(如圖1(b)所示)相似。

圖1 熱瀝青中洗脫的膨脹石墨SEM形貌比對(duì)Fig.1 Morphological intercomparison of EG by solvent separating in hot asphal

采用相同石墨烯瀝青共混物試樣進(jìn)行X 線(xiàn)衍射(XRD)試驗(yàn)，根據(jù)布拉格方程計(jì)算，發(fā)現(xiàn)存在部分瀝青分子鏈插入膨脹石墨的片層間，擴(kuò)大了層間距，形成插層型的納米結(jié)構(gòu)(石墨烯片)。圖2所示為材料XRD 圖譜。由圖2(a)可見(jiàn)：熱瀝青中摻入膨脹石墨后，熔融剪切3 h，膨脹石墨的有序結(jié)構(gòu)已部分破壞，且部分片層被有效剝離成石墨烯片，形成了比文獻(xiàn)[47](圖2(b))中石墨烯片間距更大的結(jié)構(gòu).這是由于熱瀝青中的部分組分進(jìn)入到被剝離的石墨烯片層間，通過(guò)插層作用有效阻止了石墨烯片層間π-π作用力。

以上研究證明：石墨烯對(duì)瀝青具有親和性，能夠被熱瀝青插層或剝離，這使通過(guò)材料復(fù)合改性技術(shù)制備石墨烯瀝青更具可行性。若將石墨烯均勻分散于瀝青中，極有可能大幅改變并能全面提升瀝青的各種性質(zhì)。

圖2 材料XRD圖譜Fig.2 XRD patterns of materials

2.2 瀝青質(zhì)與石墨作用分子動(dòng)力學(xué)初步模擬

分子動(dòng)力學(xué)方法是研究凝聚態(tài)系統(tǒng)的有力工具，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物物理和藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。利用materials studio軟件，優(yōu)選瀝青質(zhì)模型，采用NPT系統(tǒng)2 ns弛豫時(shí)間條件模擬，對(duì)瀝青質(zhì)與石墨表面間的相互作用進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。圖3所示為瀝青質(zhì)與石墨表面相互作用的分子動(dòng)力學(xué)(MD)計(jì)算模型。結(jié)果表明：同一模擬計(jì)算條件下，對(duì)于原子數(shù)為3 000 的被吸附物質(zhì)體系，瀝青質(zhì)與石墨表面的吸附能與環(huán)氧樹(shù)脂(E51)分子的吸附能相當(dāng)，為水分子與石墨表面吸附能的1.5 倍；為氮甲基吡咯烷酮(NMP，常用石墨烯分散溶劑)的94%，說(shuō)明瀝青質(zhì)與石墨片層存在較強(qiáng)的相互作用，石墨烯對(duì)瀝青膠體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響。瀝青本身是以固體瀝青質(zhì)為分散體的膠體結(jié)構(gòu)，由于瀝青質(zhì)是稠環(huán)芳烴片狀結(jié)構(gòu)，這些片狀分子之間具有芳香環(huán)的π—π 作用，導(dǎo)致部分瀝青質(zhì)也以層狀堆疊的結(jié)構(gòu)存在。圖4所示為瀝青質(zhì)與石墨作用形成的超分子結(jié)構(gòu)圖模擬。通過(guò)計(jì)算分析，推測(cè)瀝青質(zhì)片層與巨大石墨烯片層(相對(duì)于瀝青質(zhì)層片)的相互作用強(qiáng)于瀝青質(zhì)自身各片層間的相互作用。因此，石墨烯表面通過(guò)吸附瀝青質(zhì)的單片層分子，極有可能使瀝青質(zhì)的堆疊結(jié)構(gòu)分離，形成以石墨烯片為基面的超分子結(jié)構(gòu)。

圖3 瀝青質(zhì)與石墨表面相互作用的分子動(dòng)力學(xué)(MD)計(jì)算模型Fig.3 Molecular dynamics(MD)calculation model of interaction on asphaltene and surface of graphite

圖4 瀝青質(zhì)與石墨作用形成的超分子結(jié)構(gòu)圖模擬Fig.4 Forming simulation of the supramolecular structure diagram by action of asphaltene and graphite

2.3 石墨烯瀝青性能初步研究

以中海70 號(hào)基質(zhì)瀝青作為原樣瀝青參照，采用德陽(yáng)烯碳科技有限公司生產(chǎn)的石墨烯，設(shè)置完全相同的試驗(yàn)條件，采用強(qiáng)力機(jī)械剪切方式(5 000 r/min，160 ℃，30 min)，高速剪切制備不同石墨烯摻質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.5%，1.0%，2.0%和外摻)的石墨烯瀝青混合物，測(cè)試針入度、測(cè)力延度、軟化點(diǎn)和135 ℃Brookfield黏度[48-49]，經(jīng)多次平行實(shí)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分析后匯總，如表1～3所示。

表1所示為石墨烯摻入質(zhì)量和試驗(yàn)溫度對(duì)石墨烯瀝青混合物針入度及軟化點(diǎn)的影響。由表1可見(jiàn)：隨著石墨烯摻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，在5～25 ℃間石墨烯瀝青混合物針入度變化規(guī)律尚不顯著，但在30 ℃，混合物針入度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明石墨烯瀝青混合物在溫度較高時(shí)能夠使瀝青變硬，同時(shí)，石墨烯瀝青混合物的軟化點(diǎn)比基質(zhì)瀝青的高，證明摻入石墨烯能夠使瀝青高溫性能得到改善，但不同摻量石墨烯瀝青混合物的軟化點(diǎn)變化規(guī)律需要進(jìn)一步研究。

表1 石墨烯摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)和試驗(yàn)溫度對(duì)石墨烯瀝青混合物針入度及軟化點(diǎn)的影響Table 1 Influence of penetration and softening point of graphene asphalt mixture from dosage of graphene and test temperature

表2所示為石墨烯摻入質(zhì)量和試驗(yàn)溫度對(duì)石墨烯瀝青混合物測(cè)力延度的影響。由表2可見(jiàn)：在相同溫度下，隨著石墨烯摻質(zhì)量增加，混合物抗拉強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，說(shuō)明石墨烯能夠大幅改善瀝青抵抗變形的能力；當(dāng)試驗(yàn)溫度為10～15 ℃時(shí)，石墨烯瀝青混合物延度小于基質(zhì)瀝青延度，但拉力增大，證明摻入石墨烯對(duì)瀝青的黏彈性產(chǎn)生影響，其規(guī)律性仍需要繼續(xù)深入研究。更重要的是測(cè)試5 ℃時(shí)的延度，基質(zhì)瀝青產(chǎn)生脆斷，而石墨烯瀝青混合物的延度和抗拉強(qiáng)度隨著石墨烯摻量增加在不斷增加，當(dāng)摻入2.0%石墨烯后，瀝青延度增加明顯，延度達(dá)到7.73 cm，是基質(zhì)瀝青的33.6 倍，最大拉力是基質(zhì)瀝青的2.4 倍，甚至是SBS 改性瀝青的1.5 倍以上[50]，所需斷裂能最大。研究表明：在低溫環(huán)境下，石墨烯能夠極大提高瀝青的斷裂韌性和抗拉強(qiáng)度，對(duì)瀝青力學(xué)性能具有顯著性增強(qiáng)效果。

表3所示為石墨烯摻入質(zhì)量對(duì)石墨烯瀝青混合物Brookfield 黏度的影響。由表3可知：隨著石墨烯摻入質(zhì)量提高，混合物黏度逐漸增大，再次證明摻入的石墨烯導(dǎo)致瀝青黏彈性變化，對(duì)瀝青高溫性能存在較大改善作用。

采用動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)測(cè)試石墨烯瀝青混合物流變參數(shù)，尋找其黏彈性變化規(guī)律，相關(guān)試驗(yàn)在Bohlin DSR I動(dòng)態(tài)剪切流變儀上完成，采用應(yīng)變控制模式，設(shè)置應(yīng)變?yōu)?2%，采用直徑為25 mm 大旋轉(zhuǎn)軸，1 000 μm小間隙；試驗(yàn)震蕩速度為10.0 rad/s，不同摻量石墨烯瀝青混合物的SHRP-PG 分級(jí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

由表4可知，由于SHRP高溫PG分級(jí)溫度區(qū)間范圍較大，因此，出現(xiàn)了不同石墨烯摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨烯瀝青混合物和基質(zhì)瀝青在同一溫度等級(jí)的情況，高溫等級(jí)均為PG64，但實(shí)際上當(dāng)石墨烯摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%和2.0%時(shí)，瀝青混合物的高溫等級(jí)已接近PG70。即抗車(chē)轍因子G*/sinδ隨著石墨烯摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而明顯增加，說(shuō)明瀝青彈性恢復(fù)能力和抗車(chē)轍能力不斷增強(qiáng)，高溫性能得到了明顯改善。

采用多應(yīng)力重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(MSCR)繼續(xù)評(píng)價(jià)石墨烯對(duì)瀝青特性的影響。試驗(yàn)在Bohlin DSR I動(dòng)態(tài)剪切流變儀上完成，采用應(yīng)力控制模式，應(yīng)力為0.1和3.2 kPa，試驗(yàn)溫度為64 ℃。每個(gè)蠕變周期加載1 s，卸載9 s，重復(fù)次數(shù)為100 次[52]，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表2 石墨烯摻入質(zhì)量和試驗(yàn)溫度對(duì)石墨烯瀝青混合物測(cè)力延度的影響Table 2 Influence of force ductility of graphene asphalt mixture from dosage of graphene and test temperature

表3 石墨烯摻入質(zhì)量的石墨烯瀝青混合物Brookfield黏度的影響Table 3 Influence of Brookfield viscosity of graphene asphalt mixture from dosage of graphene and test temperature

根據(jù)表5可以顯著區(qū)分不同摻入質(zhì)量石墨烯瀝青混合物在變形恢復(fù)方面的特性。隨著石墨烯摻量的增加，在0.1和3.2 kPa應(yīng)力下不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃砍蕼p小趨勢(shì)，彈性恢復(fù)率呈增加趨勢(shì)，證明摻入石墨烯瀝青對(duì)瀝青的流變性能存在很大影響。在低應(yīng)力下，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%石墨烯瀝青混合物的彈性恢復(fù)能力已明顯高于基質(zhì)瀝青，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%和2.0%石墨烯瀝青混合物的彈性恢復(fù)能力則非常顯著；在高應(yīng)力水平，3個(gè)摻量的石墨烯瀝青混合物平均恢復(fù)率均很高，不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃烤艿停C明摻入石墨烯使瀝青彈性恢復(fù)能力良好，殘留永久性塑性變形小。

綜上分析可知：摻入石墨烯對(duì)瀝青的行為特性產(chǎn)生顯著性影響，能夠改善瀝青特性，但由于研究中復(fù)合材料制備方法并不完善，不能充分展現(xiàn)石墨烯獨(dú)特的性質(zhì)，不能揭示石墨烯瀝青材料復(fù)合作用機(jī)制和建立指導(dǎo)理論，對(duì)于表面活性劑的選擇和作用、復(fù)合材料的均勻性評(píng)價(jià)、插層效率、納米尺度變化特征、因素間關(guān)聯(lián)和影響、行為特性及其變化規(guī)律等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題均需要深入地研究。

表4 溫度和石墨烯摻入質(zhì)量對(duì)石墨烯瀝青混合物的流變參數(shù)的影響Table 4 Influence of rheological parameters of graphene-asphalt mixtures from temperature and graphene content

表5 石墨烯瀝青混合物多應(yīng)力重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 5 Test data of multiple stress creep recovery of graphene-asphalt mixtures with different graphene content

3 結(jié)論

1) 對(duì)國(guó)內(nèi)外石墨烯材料改性瀝青基復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了綜述，認(rèn)為目前相關(guān)各項(xiàng)研究仍處于初期探索階段。

2) 石墨烯材料能夠提高瀝青材料的各項(xiàng)性能；但材料組成體系與制備方法、協(xié)同作用的工作機(jī)制和理論支撐體系，關(guān)鍵行為特性變化規(guī)律等關(guān)鍵問(wèn)題需要持續(xù)深入研究。

3) 石墨烯對(duì)瀝青具有親和性，石墨烯能夠被熱瀝青插層或剝離，形成以石墨烯片為基面的超分子結(jié)構(gòu)，并顯著改善混合物行為特性。

4) 研究成果為采用石墨烯全面增強(qiáng)瀝青材料提供了研究基礎(chǔ)和佐證，對(duì)采用材料復(fù)合改性技術(shù)制備和應(yīng)用石墨烯瀝青具有啟示和促進(jìn)作用。