Research progress in asphalt modification with graphene⁃doped SBS and its derivatives

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.022

Abstract

Abstract:

This paper reviewed the recent advances in the development of styrene⁃butadiene⁃styrene block copolymer （SBS）/graphene composite asphalt materials. First， various preparation methods for SBS/graphene and its derivatives⁃modified asphalt composites were critically analyzed. Subsequently， the effect of graphene⁃based materials on the key pavement performance characteristics of SBS⁃modified asphalt was analyzed. Finally， the underlying modification mechanisms for SBS⁃modified asphalt with graphene and its derivatives were discussed.

Key words: asphalt pavement, styrene?butadiene?styrene block copolymer modified asphalt, graphene, modification mechanism

CLC Number:

TQ320.7

DU Jiegui, WANG Peng, LI Yifeng, LI Hongxiang, LI Song. Research progress in asphalt modification with graphene⁃doped SBS and its derivatives[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 139-144.

Figures/Tables 7

改性沥青类型	制备设备		制备参数			参考文献
改性沥青类型	高速剪切机	超声分散仪	温度/℃	时间/min	搅拌速率/r·min^-1	参考文献
石墨烯	√	—	175	40	4 000	［19］
	√	—	180	125	5 500	［20］
	√	—	170	10/40/20	1 500/3 000/4 000	［21］
	√	—	180	70	4 000	［22］
	√	—	180	60	15 000	［23］
氧化石墨烯	√	—	150	45	—	［24］
	√	—	170	60	5 000	［25］
	—	√	—	—	—	［26］
	√	—	170	45	3 000	［27］
	√	—	170	30	4 000	［28］
	√	—	170	45	3 000	［29］

Tab.1. Preparation method of SBS modified asphalt doped with graphene and its derivatives

Fig.1. Preparation process of the SBS/graphene oxide complex［26］

Fig.2. Microstructure of the SBS modified asphalt doped with graphene［20］

Fig.3. Infrared spectra of the SBS/graphene modified asphalt doped with graphene ［31］

Fig.4. Optical microscope morphology of SBS modified asphalt doped with graphene oxide［36］

Fig.5. Atomic force microscope morphology of SBS modified asphalt doped with graphene oxide［29］

Fig.6. FTIR spectra of different types of asphalt［41］

References 42

[1]	董党锋.废旧聚乙烯/废旧聚丙烯/废硫渣复合改性剂含量对改性沥青性能的影响［J］.中国塑料，2023，37（08）：101⁃106.
	DONG D F. Effect of content of recycled polyethylene/recycled polypropylene/recycled sulfur slag complex modifiers on properties of modified asphalt［J］. China Plastics，2023，37（08）：101⁃106.
[2]	李海莲，司金忠，贾卫东，等.基于三级养护标准的沥青路面预养护方案多目标加权灰靶决策［J］.北京工业大学学报，2024，50（05）：591⁃599.
	LI H L， SI J Z， JIA W D，et al. Multi⁃objective weighted grey target decision⁃making of asphalt pavement pre⁃maintenance scheme based on three⁃level maintenance standard［J］. Journal of Beijing University of Technology，2024，50（05）：591⁃599.
[3]	Yu S， Shen S， Steger R， et al. Effect of warm mix asphalt additive on the workability of asphalt mixture： From particle perspective［J］. Construction and Building Materials， 2022，360：129548.
[4]	Meng Y， Wang Z， Lei J， et al. Y. Study on aging resistance and micro characteristics of bio⁃asphalt/TLA composite modified asphalt binder ［J］. Construction and Building Materials， 2022， 359： 129566.
[5]	Li J， Su Z， Huang J， et al. Performance of biomimetic coating modified fiber incorporated styrene butadiene styrene modified asphalt［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2021， 138（10）：e49967.
[6]	Sun F， Mu M， Liu X， et al. Preparation of non⁃ionic SBS latex and its application in modified emulsified asphalt［J］. Materials and Structures， 2024， 57（4）：95.
[7]	Ren S， Liu X， Fan W， et al. Rheological properties， compatibility， and storage stability of SBS latex⁃modified asphalt［J］. Materials， 2019， 12（22）： 3683.
[8]	Liu J， Yan K， Liu， W， et al. Partially replacing styrene⁃butadiene⁃styrene （SBS） with other asphalt binder modifier： Feasibility study［J］. Construction and Building Materials， 2020， 249：118752.
[9]	杨喜英，张文才，赵志新.纳米碳酸钙/废旧聚乙烯功能化复合改性沥青性能影响及机理研究［J］.中国塑料，2023，37（10）：85⁃92.
	YANG X Y， ZHANG WC， ZHAO Z X. Research on the influence and mechanism of the performance of nano⁃calcium carbonate/waste polyethylene functionalized composite modified asphalt［J］. China Plastics， 2023， 37（10）：85⁃92.
[10]	钟曦，苏延桂，刘延金，等.基于正交试验的纳米ZnO/SEBS复合改性沥青性能［J］.科学技术与工程， 2023， 23（25）：10 965⁃10 974.
	ZHONG X， SU Y G， LIU Y J， et al. The performance of nano⁃zno /SEBS composite modified asphalt based on orthogonal experiments Science［J］.Technology and Engineering， 2023， 23（25）：10 965⁃10 974.
[11]	马伟伟，杨永启，闫友军.石墨烯在建筑领域的应用研究进展［J］.炭素技术，2023，42（04）：1⁃8.
	MA W W， YANG Y Q， YAN Y J. Research progress on the application of graphene in the field of construction［J］. Carbon technology， 2023，42（04）：1⁃8.
[12]	吕生华，朱琳琳，李莹，等.氧化石墨烯复合材料的研究现状及进展［J］.材料工程， 2016， 44（12）：107⁃117.
	LV S H， ZHU L L， LI YING， et al. Research status and progress of graphene oxide composites［J］. Materials Engineering， 2016， 44（12）：107⁃117.
[13]	Wang J， Si J， Yu X， et al. Enhancing the compatibility of cold⁃mixed epoxy asphalt binder via graphene oxide grafted plant oil⁃based materials［J］. Journal of Cleaner Production， 2023，418：138209.
[14]	Zhao Y， Jia X， Li L， et al. Effects of surface modified graphene oxide on the cure kinetics of warm⁃mixed epoxy⁃asphalt［J］. Polymer Science Series B， 2022，64（2）： 229⁃239.
[15]	An X， Wang R， Kang X， et al. A more accurate fatigue characterization of GO⁃modified asphalt binder considering non⁃linear viscoelastic behaviour and UV exposure effects［J］. International Journal of Fatigue， 2023，168：107396.
[16]	张昭，张峰，全弘彬.石墨烯对SBS复合改性沥青性能影响［J］.山西建筑，2020，46（11）：110⁃111，159.
	ZHANG Z， ZHANG F， QUAN H B. The influence of graphene on the performance of SBS composite modified asphalt［J］. Shanxi Architecture， 2020，46（11）：110⁃111，159.
[17]	望远福，范杰林，赵方华，等.PVP修饰石墨烯复合SBS改性沥青及其混合料性能研究［J］.公路， 2022， 67（01）：19⁃26.
	WANG Y F， FAN J L， ZHAO F H， et al. Research on the properties of PP⁃modified graphene composite SBS modified asphalt and its mixtures［J］. Highway， 2022， 67（01）：19⁃26.
[18]	黎佳清，曾翔，黄俊贤，等.马来酸酐改性氧化石墨烯微片对沥青性能影响［J］.广西大学学报（自然科学版），2021，46（06）：1 496⁃1 504.
	LI J Q， ZENG Y， HUANG J X， et al. The influence of maleic anhydride modified graphene oxide microsheets on asphalt properties［J］. Journal of Guangxi University （Natural Science Edition），2021，46（06）：1 496⁃1 504.
[19]	刘志航，姜蔚，汪林，等.石墨烯对SBS改性沥青流变性能的影响研究［J］.公路，2022，67（04）：76⁃82.
	LIU Z H， JIANG W， WANG L， et al. Research on the influence of graphene on the rheological properties of SBS modified asphalt［J］. Highway，2022，67（04）：76⁃82.
[20]	汤雄，刘丽，孙晟凯，等.纳米石墨烯改性沥青路用性能研究［J］.石油沥青， 2024，38（01）：59⁃65.
	TANG X， LIU L， SUN S K， et al. Research on the road performance of asphalt modified by nano⁃graphene［J］. Petroleum asphalt， 2024，38（01）：59⁃65.
[21]	郝岩. 抗老化剂对SBS改性沥青及混合料性能影响研究［D］.济南：山东交通学院， 2024.
[22]	谢忠安，张顶，李松，等.SBS/石墨烯复合改性沥青性能研究［J］.化工新型材料，2022，50（03）：290⁃294.
	XIE Z A， ZHANG D， LI S， et al. Research on the performance of SBS/ graphene composite modified asphalt［J］. New types of chemical materials，2022，50（03）：290⁃294.［23］WanY， PolaczykP， HeJ， et al. Dispersion， compatibility， and rheological properties of graphene⁃modified asphalt binders［J］. Construction and Building Materials， 2022，350：128886.
[24]	Liu K， Zhang K， Shi X. Performance evaluation and modification mechanism analysis of asphalt binders modified by graphene oxide［J］. Construction and Building Materials， 2018， 163：880⁃889.
[25]	葛启鑫. 氧化石墨烯⁃SBS复合改性沥青及混合料性能研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2024.
[26]	法春光. 氧化SBS/石墨烯复合材料及其改性沥青抗老化性能研究［D］.西安：长安大学，2022.
[27]	李腾. 氧化石墨烯改性沥青结合料老化性能研究［D］.长沙：中南林业科技大学，2024.
[28]	Li YY， Wu SP， Amirkhanian Serji. Investigation of the graphene oxide and asphalt interaction and its effect on asphalt pavement performance ［J］. Construction and Building Materials， 2018， 165：572⁃584.
[29]	Zhu L， Zhang K， Liu K， et al. Adhesion characteristics of graphene oxide modified asphalt unveiled by surface free energy and AFM⁃scanned micro⁃morphology［J］. Construction and Building Materials， 2020，244：118404.
[30]	Polaczyk P， Weaver S， Ma Y， et al. Laboratory investigation of graphene modified asphalt efficacy to pavement performance［J］.Road Materials and Pavement Design， 2023， 24：587⁃607.
[31]	刘志航，韩晓斌，祁聪，等.石墨烯/层状双金属氢氧化物（LDHs）对SBS改性沥青物理和老化性能的影响［J］.材料科学与工程学报，2023，41（05）：741⁃746.
	LIU Z H， HAN X B， QI C， et al. The influence of graphene/layered bimetallic hydroxides （LDHs） on the physical and aging properties of SBS modified asphalt ［J］. Journal of Materials Science and Engineering，2023，41（05）：741⁃746.
[32]	杨同伟.氧化石墨烯对SBS改性沥青流变及抗老化性能的影响研究［J］.合成材料老化与应用， 2024，53（01）：63⁃65，77.
	YANG T W. Research on the influence of graphene oxide on the rheology and anti⁃aging properties of SBS modified asphalt ［J］ Aging and Application of Synthetic Materials， 2024，53（01）：63⁃65，77.
[33]	彭小刚，豆怀兵.氧化石墨烯复配SBS改性沥青及混合料高温黏弹性能［J］.弹性体， 2023， 33（05）：36⁃41.
	PENG X G， DOU H B. High⁃temperature viscoelastic properties of graphene oxide compounded SBS modified asphalt and its mixture ［J］. Elastomer， 2023， 33（05）：36⁃41.
[34]	彭小刚.氧化SBS/石墨烯复合改性沥青抗老化和高温流变性能研究［J］.应用化工， 2021， 50（S1）：189⁃193，198.
	PENG XI G. Research on the anti⁃aging and high⁃temperature rheological properties of oxidized SBS/ graphene composite modified asphalt ［J］. Applied Chemical Engineering， 2021， 50（S1）：189⁃193，198.
[35]	葛启鑫，徐文远，武鹤.氧化石墨烯⁃SBS复合改性沥青的高低温性能［J］.林业工程学报，2022，7（04）：158⁃165.
	GE Q X， XU W Y， WU H. High and low temperature performance of graphene oxia⁃SBS composite modified asphalt ［J］. Journal of Forestry Engineering，2022，7（04）：158⁃165
[36]	周焕云，张磊.氧化石墨烯复配SBS改性沥青物理流变性能研究［J］.公路交通科技，2021， 38（01）：10⁃18.
	ZHOU H Y， ZHANG L. Research on the physical rheological properties of graphene oxide compounded SBS modified asphalt ［J］. Highway Traffic Science and Technology，2021， 38（01）：10⁃18.
[37]	Wu S P， Zhao Z J， Li Y Y， et al. Evaluation of aging resistance of graphene oxide modified asphalt［J］. Applied Sciences⁃Basel， 2017， 7（7）： 702⁃717.
[38]	Li Z， Chen， W， Li Y， et al. Characteristic evolution of GO/SBS⁃modified asphalt during aging［J］. Advances in Civil Engineering， 2022： 4060013.
[39]	Wang R， Yue M， Xiong Y， et al. Experimental study on mechanism， aging， rheology and fatigue performance of carbon nanomaterial/SBS⁃modified asphalt binders［J］. Construction and Building Materials， 2021，268：121189.
[40]	Chen Y， Huang J， Muhammad Y， et al. Study on the performance and mechanism of carbon nanomaterials incorporated SBS composite modified asphalt［J］. Construction and Building Materials， 2023，389：131795.
[41]	Hu K， Yu C， Yang Q， et al. Multi–scale enhancement mechanisms of graphene oxide on styrene–butadiene–styrene modified asphalt： An exploration from molecular dynamics simulations［J］. Materials & Design， 2021，208：109901.
[42]	He J， Hu W， Xiao R， et al. A review on Graphene/GNPs/GO modified asphalt［J］. Construction and Building Materials， 2022，330：127222.