改性石墨烯微片对SBS改性沥青及其混合料性能影响的研究

发布时间：2020-05-27 23:14

【摘要】：沥青路面作为一种柔性路面,自发现以来被广泛应用于各国的高等级公路当中。但早期的沥青路面性能较差,随着交通压力的不断增大易出现车辙、开裂等路面病害。以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(polystyrene-polybutadiene-polystyrene,SBS)作为改性剂的SBS改性沥青凭借其优良的力学性能,被世界各国广泛应用于高等级公路建设当中。但面对与日俱增的交通压力,SBS改性沥青也逐渐“不堪重负”。石墨烯(Graphene,GNP)作为新兴的纳米材料的一种,具有堪比钢铁的力学性能特性。石墨烯微片(Graphene nanoplatelets,GNPs)作为GNP的多层堆积体,在力学性能方面具有相似的强度,但成本较低,在沥青领域具有大规模应用的潜力。研究表明GNPs的加入能明显提升沥青的力学性能,但存在低温性能下降、相容性不足等问题。基于上述问题,本文首先采用未改性GNPs对SBS沥青进行改性,通过性能测试发现GNPs/SBS改性沥青的性能存在峰值(GNPs加入量为0.05%),通过离析试验证明较高含量的GNPs在沥青中会出现相容性问题。其次分别从相似相溶原理以及表面活性原理两种物理改性方式以及基于点击化学(硫醇-烯反应)的SBS接枝改性的化学方式出发,制备出相应的改性GNPs(PS-GNPs、ODA-GNPs及GOs-SH),并以其作为改性剂与SBS复合对沥青进行改性得到相应的改性GNPs/SBS改性沥青。性能测试表明三种改性GNPs的加入均能够不同程度的提高SBS改性沥青及混合料的各项性能。其中改性效果最好的为PS-GNPs,仅加入0.02%PS-GNPs就可使SBS改性沥青的弹性性能提升37.5%,高温抗车辙性能提升112.6%,抗疲劳性能提升274.9%,混合料抗水损害性能得到有效提升,并且抗车辙性能提升44.4%。但PS-GNPs对SBS改性沥青的改性效果随着其加入量的增大而减小,这与GOs-SH含量所带来的变化趋势相同。与此相反,ODA-GNPs/SBS改性沥青的性能会随着ODA-GNPs加入量的增大而增大。最后,通过微观表征方法,探究三种改性GNPs在SBS改性沥青中的作用机理。其中PS-GNPs与ODA-GNPs能通过物理方式与SBS分子链进行复合,从而形成一种特定的复合网络结构。GOs-SH能在沥青环境通过硫醇-烯点击反应同SBS上的特定位置(1,2-C=C)进行接枝,从而将多条SBS分子链通过化学方式链接并形成特定的复合网络结构。相比于普通的SBS网络,三种复合网络的强度更高,在宏观角度上表现为沥青及其混合料的性能提升。
【图文】：

交织最终形成一种高强度的ＳＢＳ网络结构［２４］。同时这种网络结构的规模与沥青中ＳＢＳ含逡逑量有关，，含量越高，ＳＢＳ网络结构越明显。其可以通过荧光显微镜（ＦＭ）进行观察，如逡逑图１－２所示。依靠这种网络结构，ＳＢＳ改性沥青的性能得以大幅提升。逡逑■■逡逑图１－２邋０）４％５８３改性沥青及（１））８％５８３改性沥青？１４图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ＦＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋（ａ）邋４％邋ＳＢＳ邋ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ａｓｐｈａｌｔ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋８％邋ＳＢＳ邋ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ａｓｐｈａｌｔ逡逑但面对增长猛烈的车辆载荷、交通压力以及不同地区自然环境的影响，ＳＢＳ改性沥逡逑青也逐渐无法满足人们的需求［２５，２６］。目前国内外关于提升ＳＢＳ改性沥青性能的研究有很逡逑多，主要包括针对ＳＢＳ的接枝改性以及添加其他沥青改性剂与ＳＢＳ进行复合两种方式。逡逑（１）邋ＳＢＳ接枝改性逡逑由于ＳＢＳ分子结构上含有大量的碳碳双键（Ｃ＝Ｃ），通过对ＳＢＳ进行化学改性，从而逡逑提高ＳＢＳ的某种或某些性能，进而提升ＳＢＳ改性浙青的性能是对ＳＢＳ改性沥青进行性能逡逑２逡逑

逡逑４石墨烯（ＧＮＰ）及石墨烯微片（ＧＮＰｓ）逡逑石墨烯（ＧＮＰ）自诞生以来，一直受到科学家们的广泛关注。它仅由一层碳原子组逡逑但强度甚至高于钢，并且坚钿轻柔，同时其导电性极强。这些独特的优越性能使其逡逑学、光学、化学等领域中成为潜在的新型技术的热点。特别是超高的力学性能，使逡逑沥青改性方面具有极大的潜力。但限于ＧＮＰ的超薄二维结构，当下的技术水平还不逡逑对其进行大批量的生产，因此目前成本较高。逡逑石墨烯微片（ＧＮＰｓ）是指具有多层石墨烯片层的堆积体，层数一般多于１０层、厚逡逑５－１００邋ｎｍ范围内［４３］。其保持了石墨原有的平面型碳六元环共轭晶体结构，因此具有逡逑ＮＰ相似的机械强度，以及良好的耐高温和抗腐蚀特性。同时其堆积结构赋予了它超逡逑形状比与比表面积。由于ＧＮＰｓ为多片层结构，因此对生产工艺的要求大大降低，逡逑也大为缩小。逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414;TQ127.11;TB383.1

【参考文献】

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1 王超;张金喜;宋萍萍;王文涛;;基于多应力蠕变回复试验的沥青结合料高温性能评价[J];北京工业大学学报;2013年12期

2 许丹;隋刚;杨青;张清杰;曾娟娟;杨小平;;石墨烯微片表面接枝PMMA及其环氧树脂复合材料性能[J];复合材料学报;2014年02期

3 李银涛;李林繁;张艳;姚思德;谢雷东;;辐射接枝改性SBS-g-MAH热氧老化研究[J];核技术;2009年05期

4 余剑英;程松波;王曦林;梁永胜;;接枝率对MMA-g-SBS改性沥青性能的影响[J];武汉理工大学学报;2008年09期

5 付玉;余剑英;冯鹏程;周立平;郭连杰;;蒙脱土改性沥青的制备与性能研究[J];武汉理工大学学报;2007年09期

6 张婧娜,朱希岭,张肖宁;沥青混合料疲劳损伤的研究[J];哈尔滨建筑大学学报;1997年05期

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2 祝谭雍;基于再生沥青混合料性能特点的再生路面设计研究[D];东南大学;2017年

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1 刘涛;纳米蒙脱土改性沥青老化自愈合性能及机理研究[D];内蒙古工业大学;2018年

2 王成超;碳纳米材料改性沥青的制备、机理与性能研究[D];长安大学;2017年

本文编号：2684297