石墨烯/SBS复合改性沥青混合料性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.009

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (4): 54-59.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.009

石墨烯/SBS复合改性沥青混合料性能研究

陈正聪¹(), 林睿², 何艺², 李松³

^1.昭通市宜昭高速公路投资开发有限公司，云南昭通 657000
^2.昭通市交通运输局，云南昭通 657000
^3.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，哈尔滨 150090

收稿日期:2023-09-08 出版日期:2024-04-26 发布日期:2024-04-22
作者简介:陈正聪(1975-)，男，高级工程师，主要从事公路工程技术研究，522461005@qq.com
基金资助:
云南省交通运输厅科技创新及示范项目(云交科教便〔2021〕58号)

Study on properties of asphalt modified with SBS/graphene composite

CHEN Zhengcong¹(), LIN Rui², HE Yi², LI Song³

^1.Zhaotong Yizhao Expressway Investment and Development Co，Ltd，Zhaotong 657000，China
^2.Zhaotong Transportation Bureau，Zhaotong 657000，China
^3.School of Traffic Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China

Received:2023-09-08 Online:2024-04-26 Published:2024-04-22

摘要/Abstract

摘要：

为研究石墨烯含量对苯乙烯⁃丁二烯⁃苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青混合料性能的影响，以SBS改性沥青为原材料，分别将质量为沥青质量0.1 %、0.2 %、0.3 %的石墨烯加入其中以制备复合改性沥青，并对其性能进行评价。而后对不同石墨烯含量的复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性能进行评价。并根据雷达图来确定石墨烯的最佳含量。最后，采荧光显微镜及扫描电子显微镜分析石墨烯对SBS改性沥青的作用机理。结果表明，由于石墨烯的引入，沥青结合料的针入度明显下降、软化点显著提升，延度明显下降。就路用性能而言，石墨烯的加入显著提升了SBS改性沥青混合料的抗车辙能力，低温抗裂性及水稳定性则略有降低。雷达图表明0.2 %含量的石墨烯的综合性能最好，即石墨烯的最佳含量为0.2 %。在石墨烯与SBS改性沥青混合过程中，石墨烯的层状结构和较大的比表面积使其易于与沥青分子混合；同时，石墨烯在与SBS改性沥青混合的过程中可以被苯乙烯⁃丁二烯⁃苯乙烯插入，从而产生稳定的物理交联，提升SBS改性沥青混合料的性能。

关键词: 道路工程, 石墨烯/苯乙烯?丁二烯?苯乙烯嵌段共聚物改性沥青, 路用性能, 雷达图, 改性机理

Abstract:

To evaluate the effect of graphene content on the properties of SBS⁃modified asphalt mixture， SBS⁃modified asphalt was used as a raw material and graphene as a modifier to prepare asphalt composites with graphene contents of 0.1， 0.2， and 0.3 wt%. The properties of the resultant modified asphalt mixture were evaluated， and their high temperature stability， low temperature crack resistance， and water were investigated. The optimal addition amount of graphene was determined according to the radar map. The modification mechanism of graphene for the SBS⁃modified asphalt was analyzed through fluorescence sampling microscope and SEM. The results indicated that the penetration of the modified asphalt mixtures decreased significantly but their softening point increased significantly due to the presence of graphene. Moreover， their ductility also decreased remarkably. In terms of road performance， the addition of graphene significantly improved the rutting resistance of the SBS⁃modified asphalt mixtures， whereas their low temperature crack resistance and water stability were slightly reduced. The radar map test results indicated that the modified asphalt mixtures obtained the best comprehensive performance at a graphene content of 0.2 wt%. In the mixing process of the SBS⁃modified asphalt with graphene， a lamellar structure and a large specific surface area of graphene make it easy to mix with asphalt molecules. Meanwhile， SBS can insert into graphene during the mixing process， resulting in stable physical crosslinking and improving the performance of the SBS⁃modified asphalt mixtures accordingly.

Key words: road engineering, SBS/graphene modified asphalt, road performance, radar map, modification mechanism

中图分类号:

TQ325.2

陈正聪, 林睿, 何艺, 李松. 石墨烯/SBS复合改性沥青混合料性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 54-59.

CHEN Zhengcong, LIN Rui, HE Yi, LI Song. Study on properties of asphalt modified with SBS/graphene composite[J]. China Plastics, 2024, 38(4): 54-59.

图/表 14

技术指标	单位	数值	规范要求
针入度（100 g，5 s，25 ℃）	0.1 mm	53	40~60
软化点	℃	77.0	≥60
延度（5 cm/min，5 ℃）	cm	35	≥20
针入度指数	-	0.6	≥0
布式黏度（135 ℃）	Pa·s	2.3	≤3
闪点	℃	258	≥230
弹性恢复（25 ℃）	%	89	≥75
储存稳定性	℃	1.0	≤2.5

表1 SBS改性沥青主要技术性质

Tab.1 Main technical properties of SBS modified asphalt

指标	单位	结果	规范要求
外观	-	黑灰色粉末	黑灰色粉末
堆积密度	g/cm³	0.01~0.02	0.013
含水率	%	≤2	0.33

表2 KNG⁃G2⁃2石墨烯的技术性质

Tab.2 Technical properties of KNG⁃G2⁃2 graphene

图1 石墨烯的宏观和微观形貌

Fig.1 Macro and micro morphology of graphene

技术指标		单位	数值	规范要求
表观密度		%	2.730	≥2.50
含水率		%	0.313	≤1
粒度范围	<0.6 mm	%	100	100
	<0.15 mm		90~100	91.2
	<0.075 mm		75~100	76.5
外观		—	合格	无团结颗粒

表3 矿粉的技术指标

Tab.3 Technical indicators of the mineral powder

技术指标		单位	数值	规范要求
压碎值		%	13.1	≤26
针片状含量	≥9.5 mm	%	3.6	≤12
针片状含量	<9.5 mm	%	2.8	≤8
洛杉矶磨耗值		%	12	≤28

表4 粗集料技术指标

Tab.4 Technical index of the coarse aggregate

图2 SBS/石墨烯复合改性沥青的制备流程

Fig.2 Preparation process of SBS/graphene composite modified asphalt

图3 AC⁃13级配曲线

Fig.3 AC⁃13 grading curves

图4 雷达图

Fig.4 Radar map

图5 SBS/石墨烯复合改性沥青的物理性能

Fig.5 Physical properties of SBS/graphene composite modified asphalt

图6 沥青混合料的车辙试验结果

Fig.6 Rutting test results of the asphalt mixture

图7 马歇尔低温小梁弯曲试验结果

Fig.7 Marshall low temperature trabecular bending test results

图8 冻融劈裂试验结果

Fig.8 Results of freeze⁃thaw splitting test

混合料类型	针入度指数	最佳油石比/%	动稳定度/次·mm^-1	最大弯拉应变/με	TSR/%
SBS改性沥青混合料	0.6	4.55	4 000	3 270	83
0.1 %石墨烯含量	0.72	4.69	4 750	3 000	81.5
0.2 %石墨烯含量	0.93	4.61	7 850	3 250	81
0.3 %石墨烯含量	1.25	4.7	7 800	3 180	80.8

表5 不同石墨烯含量的沥青混合料基础数据

Tab.5 Basic data of the asphalt mixture with different graphene content

图9 SBS/石墨烯复合改性沥青改性机理含量下沥青结合料的SEM和荧光显微镜照片

Fig.9 Modification mechanism of SBS/graphene composite modified asphalt fluorescence microscope image of asphalt binder with dosage

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Study on properties of asphalt modified with SBS/graphene composite

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