石墨烯分散剂的种类与石墨烯粉体分散性的关系

《石墨烯增强铜基复合材料的制备及其性能研究》一、引言随着科技的不断进步，新型材料的研究与开发已成为当今科研领域的重要方向。

其中，石墨烯增强铜基复合材料因其独特的物理和化学性质，在电子、能源、生物医疗等多个领域展现出广阔的应用前景。

本文将就石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺、结构性能及其潜在应用等方面进行深入的研究和探讨。

二、石墨烯增强铜基复合材料的制备（一）制备工艺本研究所涉及的复合材料采用粉末冶金法制备，其制备过程包括石墨烯与铜粉的混合、压制和烧结等步骤。

首先，通过湿化学法制备高质量的石墨烯，并与铜粉在特定条件下混合均匀。

接着，在一定的压力和温度下将混合粉末进行压制，使其成为预成形体。

最后，通过真空热压烧结工艺完成材料的制备。

（二）制备参数的优化在制备过程中，我们针对石墨烯的含量、混合工艺、压制压力和烧结温度等关键参数进行了优化。

通过调整这些参数，我们得到了具有最佳性能的复合材料。

三、石墨烯增强铜基复合材料的结构与性能（一）微观结构分析通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的微观结构进行观察，发现石墨烯在铜基体中分布均匀，且与铜基体之间具有良好的界面结合。

此外，我们还通过X射线衍射（XRD）技术对材料的晶体结构进行了分析。

（二）力学性能分析经过硬度测试和拉伸试验，我们发现石墨烯的加入显著提高了铜基复合材料的力学性能。

与纯铜相比，复合材料具有更高的硬度和抗拉强度。

此外，我们还研究了不同石墨烯含量对复合材料力学性能的影响，发现存在一个最佳的含量值。

（三）电学性能分析通过电导率测试，我们发现石墨烯的加入对铜基复合材料的电学性能也有显著影响。

随着石墨烯含量的增加，复合材料的电导率呈现先增加后减小的趋势。

这主要是由于石墨烯具有良好的导电性，但过高的含量可能会影响复合材料中的晶界和结构完整度，导致电导率降低。

四、潜在应用分析基于石墨烯增强铜基复合材料在力学和电学方面的优异性能，该材料在众多领域展现出广泛的应用潜力。

润滑油的性能提高与石墨烯分散剂的作用
石墨烯有摩擦系数小、力学性能高、理化性质稳定等优点，是一种理想的减磨降损材料，石墨烯不仅能独立构成摩擦副之间的固体润滑膜，还可用作润滑产品中的高效添加剂。

除了明显的减磨降损效果外，用于润滑油中的石墨烯添加剂还应处于均匀分散状态并具有长期稳定悬浮能力。

但是石墨烯粒子的尺寸细小、比表面积高、径厚比大，在有机基相中易于发生蜷曲、团聚和聚沉，严重影响石墨烯添加剂的应用效果，因此需要通过机械力与石墨烯分散剂来将石墨烯进行打散与表面改性，消除比表面积的表面能，达到均匀分散于润滑油体系中。

石墨烯润滑油的分散稳定性，是石墨烯的优异性能之一。

为了改善石墨烯添加剂的分散效果，通常采用高速搅拌、超声处理等机械调控手段或螯合接枝、石墨烯细分散剂进行表面改性等化学手段，两种方法结合使用，效果更佳。

经过多种试验证明，石墨烯在润滑油体系中，均匀分散，且质量分数达到最佳状态时，能大幅降低磨斑直径20%左右，摩擦系数和磨损程度也大幅度下降。

石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究近年来，石墨烯和碳纳米管（CNTs）在各种领域的应用受到越来越多的关注，但它们的分散性仍然是一个关键问题。

橡胶是一种重要的高分子基材，它具有柔韧性、耐磨性和耐腐蚀性等优点。

因此，将石墨烯和CNTs分散在橡胶中可以提升材料的性能。

石墨烯和CNTs本身是一种非极性物质，而橡胶则具有半极性，两者之间的接触面积小。

由于石墨烯和CNTs具有对手性，如果没有相应的润湿剂，就无法有效分散在橡胶中。

当前，研究人员积极研究如何将石墨烯和CNTs分散在橡胶中以充分利用它们的优异性能。

最常用的方法是将石墨烯和CNTs分散在乙二醇（EG）中，然后用乙二醇将其跨越橡胶-空气界面。

将这种EG-CNTs或EG-石墨烯涂层可以使其与橡胶发生紧密接触，从而提高添加剂的分散均匀性，提高材料的可加工性和性能。

此外，还有一种氧化石墨烯-橡胶复合材料，这些材料具有优异的耐热性和耐腐蚀性，并可以用于包覆管道和绝缘线材等电子部件。

使用石墨烯的好处是它具有很高的耐冲裁度，尤其是在高温条件下，很容易将其分散在橡胶中，从而大大提高橡胶的热稳定性。

此外，将石墨烯和CNTs添加到橡胶中还可以改善橡胶的抗撕裂性和耐磨性。

它们可以充当隔离层，防止橡胶破裂或磨损，从而提高材料的耐久性和使用寿命。

另外，石墨烯和CNTs还具有优异的力学性能，可以提高橡胶的刚度和强度，从而提供更好的抗拉强度和抗拉伸性。

同时，它们也可以改善橡胶的延伸性和抗压强度，使橡胶更加坚固耐用。

总之，石墨烯和CNTs分散在橡胶中可以大大提高材料的物理性能和表面性能。

首先，他们可以提供优异的抗热抗冲性能，改善材料的耐磨性和抗撕裂性。

此外，它们还能改善材料的力学性能，提供更好的抗拉强度和抗拉伸性，以及更好的抗压强度。

因此，研究橡胶中石墨烯和CNTs的分散性具有重要的意义，为未来应用开发提供重要的科学基础。

分散剂对石墨烯正极浆料的影响郭进康;钟盛文;王强;范凤松;张骞;王春香【摘要】The slurry of ternary materials LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2/grapheme composites as cathode materials was effectively dispersed via adding primary alcobol ethoxylate (AEO9). By scanning electron microscopy (SEM), electrochemical workstation and galvanostatic charge-discharge tests, the positive plates with different quality of dispersants were characterized for morphology, electrical properties and internal resistance. The results show that the positive electrode exhibits the best electric conductivity, the lowest interfacial resistance and the best electrochemical performance while 0.4 % of the dispersant is added to the slurry which makes the most effective dispersion. Within the range of 2.75~ 4.2 V and under 1 C charged and 6 C discharged, the discharged capacity will be reduced from 126 mAh/g to 106.2 mAh/g after 500 cycles and with the capacity retention ration at 84.2%while discharge capacity retention ratio of battery without dispersant is 80%.%以脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）为分散剂，添加到含少层石墨烯粉末的三元材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极浆料中，制备出分散性较好的含石墨烯三元正极浆料.通过扫描电子显微镜（SEM）、电池测试系统及电化学工作站对含不同质量的分散剂的正极极片的形貌、电性能和内阻进行表征.研究表明，加入0.4%的分散剂制作出的正极极片导电率最高，有效抑制正极浆料中石墨烯颗粒的团聚现象，降低正极材料界面内阻，提高循环性能；在2.75~4.2 V电压范围内，以1 C充电6 C放电情况下，循环500次后，容量从126 mAh/g衰减至106.2 mAh/g，容量保持率为84.2%，而未加分散剂含石墨烯的容量保持率为80%.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2016(007)006【总页数】4页(P73-76)【关键词】分散剂;石墨烯;团聚;正极浆料;锂离子电池【作者】郭进康;钟盛文;王强;范凤松;张骞;王春香【作者单位】江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州 341000; 江西省动力电池及其材料重点实验室，江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州 341000; 江西省动力电池及其材料重点实验室，江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州 341000; 江西省动力电池及其材料重点实验室，江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州341000; 江西省动力电池及其材料重点实验室，江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州 341000; 江西省动力电池及其材料重点实验室，江西赣州 341000;江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州 341000; 江西省动力电池及其材料重点实验室，江西赣州 341000【正文语种】中文【中图分类】TF114.1;TM911.14目前石墨烯在锂离子电池领域的主要用途是利用石墨烯特殊的二维柔性结构及高的离子和电子导电能力与各种活性材料复合以提高其循环特性和大电流放电特性[1-3].石墨烯是新型碳纳米材料，具有远大于传统材料的比表面积，其载流子迁移率达1.5×104cm2/（V·s），是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍[4-5]，能有效地减小锂离子的迁移路径，提高电池的倍率性能[6].材料纳米化有助于提高材料的高功率放电特性，但石墨烯复合材料在应用中极易相互团聚，堆积密度较低并难以分散,这会使电池的体积能量密度降低和极片涂覆工艺难度加大[7].目前，对活性材料的分散问题研究较多，主要采用物理分散与化学分散.物理分散[8]主要分为机械搅拌和超声波分散，在分散后，容易二次团聚，因此应用受限制；化学分散主要有聚丙烯酸钠（PAANa）[9]、马来酸单聚乙二醇单甲醚酯[10]和PVP分散剂等[11-12]，都证实能够改善电化学性能.刘文刚等[13]研究PVP分散剂对高倍率LiFePO4电池性能的作用，研究表明PVP加入量在0.4%～0.8%时，浆料的分散效果最优，正极浆料制作容量为 1.1 Ah的18 650电池表现出优异的高倍率放电及循环性能，在 1.5 A充 10 A放的条件下，900次循环后容量保持率高达90%以上.为改善石墨烯与正极活性材料复合时难以分散，造成石墨烯团聚沉降的现象，在正极浆料制备过程中，加入少量分散剂很有必要.由于有机溶剂的介电常数比水低，离子型分散剂在有机溶液中电离能力弱，所以在油系环境中可以使用非离子型分散剂，利用其在固体颗粒表面吸附后产生的空间位阻作用阻止颗粒团聚[14-15].文中使用的分散剂脂肪醇聚氧乙烯醚[16]（AEO9），分子式为RO（CH2CH2O）nH，R=C12或C12-14，是一种无毒、无刺激，有良好的去污性、乳化性、分散性、水溶性的非离子型表面活性剂.1.1 正极浆料制备将干燥好的正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2（L333）、聚偏氟乙烯（PVDF）、Super-P、石墨烯(南京科孚纳米技术有限公司)、AEO9按质量比为（90-x）∶6∶2∶2∶x（其中x=0,0.2,0.4,0.6）的比例混合，以N-甲基吡咯烷酮（NMP）为有机溶剂，按照一定的固含量称取后，加入PVDF在120℃烘箱中溶解后，再将上述正极材料，导电剂一并加入玛瑙罐中，放入数个玛瑙球，在行星球磨机上以18 Hz的转速频率搅拌6～8 h，将搅拌好的浆料经涂布机涂敷在铝箔上，并在涂布机中以120℃加热鼓风使铝箔尽快烘干.1.2 电池组装及电化学性能测试以金属锂片为负极制作扣式电池，以人造石墨为负极制作软包电池，均采用Celgard隔膜，注入LBC3229B电解液（深圳新宙邦）.采用德国ZEISSSIG-MA扫描电子显微镜（SEM）进行形貌分析，四探针测仪RTS-9（广州四探针科技有限公司）测量正极极片的电导率，新威儿电池测试柜对装配好的电池进行电化学性能测试，Ivium-n-stat(荷兰)电化学工作站对扣式电池进行电化学阻抗测试及循环伏安法测试.充放电电压范围为：2.75～4.2 V，测试温度为25℃；循环伏安曲线测试电压范围为：2.5～4.5 V，扫描速率为0.2 mV/s；电化学阻抗测试前将电池0.2 C充放循环5次后，再充电至3.9 V，测试频率范围为0.001 Hz～100 kHz，交流电压振幅为5 mV.2.1 分散剂最佳用量确定由于石墨烯材料粒径小、比表面积大、其表面活性高，在正极制浆过程中，极容易发生自团聚，形成较大的团聚体，这种现象会造成活性正极材料之间导电性能降低，电子传输能力降低，正极浆料流动性变差，不利于涂布.当分散剂用量恰好时，通过同种电荷间的斥力和空间位阻作用把粒子隔离开来，就能达最佳分散状态.在正极浆料中加入不同质量分散的分散剂AEO9，对制得电池进行测试分析.表1所示为不同含量的分散剂对实验电池充放电的影响，分散剂含量为0.4%时，首次放电比容量最大，电量转换效率最高，制成的正极极片电导率也提高到5.81×10-3S/cm.2.2 分散剂效果图1所示为不同含量分散剂正极片表面形貌对比图，未加分散剂的正极极片A表面形貌图可看出有明显团聚体出现，石墨烯未分布在正极材料表面，而是自身团聚.0.2%分散剂的正极极片B表面形貌图中没有明显的团聚体，但是有团聚倾向，未均匀的分布在正极材料表面.0.4%分散剂的正极极片C表面形貌图中导电剂均匀分散在正极材料表面，正极材料分布也相对均匀.0.6%分散剂的正极极片D表面形貌图中也出现团聚倾向，正极材料分布不均匀，可能由于分散剂加入量过大，造成空间位阻效应过大，易引起正极材料微弱絮凝，降低正极材料的流动性，出现分布不均匀现象.2.3 电化学性能测试1）电池的循环性能.未加石墨烯，加入2%石墨烯，加入0.4%分散剂与2%石墨烯的正极浆料制成正极极片，以人造石墨为负极制成全电池，在1 C充电6 C放电下循环500次得到图2.图2中看出，单独加入石墨烯与未加石墨烯循环性能差异不大，未能体现出石墨烯高导电能力，但加入分散剂电池循环性能明显提升，在500次6 C放电循环后比容量106 mAh/g，相对于未加分散剂电池（100.6 mAh/g）增加5%.循环过程中，由于温度变化导致容量集体瞬间衰减，温度恢复正常后，容量也快速回升，反应温度对电池影响不可忽视.2）循环伏安测试.图3所示为未添加分散剂与添加0.4%分散剂电池的循环伏安曲线，这2组电池都有一对典型的Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）O2氧化还原峰，其峰电流对应着电荷转移反应速度的快慢以及材料导电性的好坏.2组氧化还原峰值电位与峰值电位电流值有差异，相对于未加分散剂电池，加入0.4%分散剂的电池氧化还原峰向右移动，并且氧化还原峰更加尖锐，峰值电流大于未加分散剂的电池，这表明加入0.4%分散剂电极发生氧化还原速率更快，可逆性增加.由于分散剂的分散性效果良好，提高电极中电荷传递能力，改善电极反应过程中动力学特性.3）交流阻抗测试.图4所示为未添加分散剂与添加0.4%分散剂电池在循环5次后充电至3.9 V的交流阻抗谱，图谱中，高频区内的半圆与横轴的截距表示工作电极和参比电极之间的欧姆阻抗，在等效电路中表示为RΩ；高频区内半圆对应是锂离子在界面层的电阻，即SEI电阻，在等效电路中表示为Rs，CPEs代表界面层电容；中频区内半圆代表电荷转移电阻，在等效电路中表示为Rct，CPEdl代表双电层电容；低频区斜线反应了锂离子在固相中的扩散阻抗，即Warburg阻抗（Zw）.由图4看出，加分散剂电池高频区半径与中频区半圆半径明显低于未加分散剂电池，表明加入分散剂后电池的传递阻抗减小.表2所示为由软件Zview2.0软件拟合得到的阻抗值，从表2中看出，加入分散剂后电池的RΩ值、Rs值和Rct值都比未加分散剂的阻值小.由于石墨烯在浆料中分散改善，团聚颗粒减少，均匀分散在正极颗粒表面，增加与正极材料的接触面积，极片中的Li+和电子传递更加容易、迅速.分散剂AEO9为亲水性乳化剂，能够改变石墨烯颗粒表面的疏水性质，使溶剂分子更加容易包覆在颗粒表面，能够降低活性材料与电解液的界面电阻.具体表现在库伦效率与循环性能，其结果都在上文得到证实.在石墨烯正极浆料中加入 0.4%的分散剂AEO9，可有效提高浆料分散性，增加导电剂与正极材料的接触面积，极片阻抗明显降低，极化更小，电池的循环性能得到改善，在1 C充电6 C放电情况下，循环500次后，容量从126 mAh/g衰减至106.2 mAh/g，容量保持率为84.2%，而未加分散剂的石墨烯三元材料正极电池容量保持率为80.3%.【相关文献】[1]WEN L,LIU C M,SONG R S,et al.Lithium storage characteristics and possible applications of graphene materials[J].Acta Chimica Sinica,2014,72(3):333-344.[2]杜瑜敏，叶红齐，韩凯，等.氧化石墨烯在二水磷酸铁复合前驱体制备中的作用[J].有色金属科学与工程,2014,5(3):16-20.[3]LI Y W,FU D,ZHANG X G,et al.Preparation,morphology and electrochemicalperformances of LiFePO4-expanded graphite composites as the positive material for Li-ion capacitor application in aqueous neutral electrolyte[J].Journal of Materials Science (Materials in Electronics),2016,27(5):4417-4425.[4]ZANG J，RYU S，PUGNON，et al.Multifunctionality and control of the crumpling and unfolding of large-area graphene[J].Nature Materials，2013，12(4):321-325.[5]CHEN J H,JANG C,XIAO S D,et al.Intrinsic and extrinsic performance limits of graphene devices on SiO2[J].Nature Nanotechnology,2008(3):206-209.[6]邓凌峰，余开明.石墨烯改善锂离子电池正极材料LiCoO2电化学性能的研究[J].功能材料,2014(增刊2):84-88.[7]GORBACHEV R,SONG J,YU G,et al.Detecting topological currents in graphene superlattices[J].Science，2014，346(6208): 448-451.[8]屈长明.化学分散剂在LiFePO4正极中的应用研究[D].长沙：中南大学，2013.[9]王力臻，蔡洪波，谷书华，等.PAANa对锂离子电池正极性能的影响[J].电源技术,2009,33(2):113-115.[10]任云，王博，张大海.锂离子电池浆料分散剂大单体马来酸单聚乙二醇单甲醚酯的合成及应用[J].合成材料老化与应用，2014.43(4)：1-4.[11]王忠，卢华权，尹艳萍，等.分散剂对锂镍钴锰氧化物前驱物浆料分散性能的影响[J].功能材料,2013(增刊2):298-300.[12]张胜利，李小岗，宋延华，等.分散剂在正极材料磷酸铁锂中的应用[J].电池,2012,42(4):207-209.[13]刘文刚，高俊奎，刘兴江.PVP分散剂对高倍率LiFePO4锂离子蓄电池性能作用[J].电源技术,2015(4):671-672.[14]崔莹，郑帼，吴波，等.离子型与非离子型分散剂对碳纤维在油性材料中分散性能的影响[J].中国塑料,2014(9):25-29.[15]康拓.分散剂对碳包覆磷酸铁锂正极材料性能影响的探索[D].深圳：深圳大学，2015.[16]丁振军.表面活性剂的复配及应用性能研究[D].无锡：江南大学，2007.。

石墨烯分散液的作用解释说明以及概述1. 引言1.1 概述石墨烯是由碳原子形成的二维单层结构，具有出色的导电性、导热性和机械性能，且在光学和化学方面具有特殊特性。

然而，石墨烯在大规模应用中面临着困难，主要是因为其极高的结晶度使得其自发地聚集在一起形成堆积物。

为了解决这个问题并扩展其应用领域，人们开始使用石墨烯分散液。

1.2 文章结构本文将首先讨论石墨烯基础知识，包括其结构特点、物理和化学性质以及制备方法。

然后我们会详细介绍石墨烯分散液的定义，并探讨常见的制备方法。

接下来，我们会解释说明石墨烯分散液在分散效果提升、应用领域扩展和功能性增强方面发挥的作用。

最后，我们将概述当前市场情况、未来发展趋势和潜在应用领域，并给出结论。

1.3 目的本文旨在全面了解并解释说明石墨烯分散液的作用。

通过深入探索石墨烯分散液的概念、制备方法和应用，我们将揭示其在改善分散效果、扩展应用领域以及增强功能性方面的潜力。

从而为读者提供对这一新兴材料有更全面认识的基础，并展望其未来发展方向，并为实际应用带来启示。

2. 石墨烯分散液的作用2.1 石墨烯基础知识石墨烯是一种单层厚度仅为一个原子的二维结构材料，由碳原子通过共价键连接而成。

其具有出色的导电性、导热性和机械强度，以及优异的光学性能。

这些特殊属性使得石墨烯成为许多领域的重要材料。

2.2 石墨烯分散液的定义石墨烯分散液是指将石墨烯在溶剂中进行均匀分散形成的液体。

通常情况下，为了将石墨烯有效地应用于各种领域，需要将其从固态转变为可溶解于溶剂中的分散液。

2.3 石墨烯分散液的制备方法制备高质量的石墨烯分散液是一个挑战性任务，因为不同步骤可能会引入不完美和杂质。

一种常用的方法是通过机械剥离法制备高品质的单层或少层厚度的石墨烯，并将其离散化到溶剂中。

另外，还存在其他方法如化学气相沉积法和液相剥离法等。

石墨烯分散液的作用超越了单纯的形态转换，它在许多方面发挥着关键作用。

2.3.1 分散效果提升石墨烯分散液能够在溶胀基体中均匀分散，使得石墨烯具有更大的比表面积和较高的可接触面积。

氧化石墨烯分散液的粘度范围
氧化石墨烯分散液是一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。

在
实际应用中，氧化石墨烯分散液的粘度是一个重要的参数，它直接影
响着氧化石墨烯的分散性和稳定性。

那么，氧化石墨烯分散液的粘度
范围是多少呢？
首先，需要明确的是，氧化石墨烯分散液的粘度受到多种因素的影响，如氧化石墨烯的质量、分散剂的种类和浓度、溶剂的种类和浓度等。

因此，氧化石墨烯分散液的粘度范围是比较广泛的，一般在0.1-1000 mPa·s之间。

具体来说，氧化石墨烯的质量是影响分散液粘度的重要因素之一。

一
般来说，氧化石墨烯的质量越高，分散液的粘度就越高。

此外，分散
剂的种类和浓度也会对分散液的粘度产生影响。

一些高分子量的分散剂，如聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等，可以有效地
降低氧化石墨烯分散液的粘度。

而一些低分子量的分散剂，如十二烷
基苯磺酸钠（SDS）等，则会增加分散液的粘度。

此外，溶剂的种类和浓度也会对氧化石墨烯分散液的粘度产生影响。

一些极性溶剂，如水、乙醇等，可以有效地降低氧化石墨烯分散液的
粘度。

而一些非极性溶剂，如正庚烷、正十六烷等，则会增加分散液
的粘度。

总之，氧化石墨烯分散液的粘度范围是比较广泛的，一般在0.1-1000 mPa·s之间。

在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的氧化石墨烯质量、分散剂种类和浓度、溶剂种类和浓度等参数，以达到最佳的分散效果和稳定性。

林业工程学报，２０２３，８（６）：１５４－１６０ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０４００９收稿日期：２０２３－０４－１２㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０５－２９基金项目：国家自然科学基金（５２２７８４５２）㊂作者简介：徐子航，男，研究方向为路面结构与材料㊂通信作者：许涛，男，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｅｕｘｔ＠１６３．ｃｏｍ石墨烯改性沥青路用性能提升及其机理徐子航，蒋宇，许涛∗（南京林业大学土木工程学院，南京２１００３７）摘㊀要：为了探究石墨烯对沥青路用性能的提升及其机理，利用分散剂二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）预处理石墨烯，提高其在沥青中的分散性，再采用ＤＭＳＯ预处理石墨烯（ＤＧ）添加到７０＃道路石油沥青（７０＃沥青）中制备ＤＧ改性沥青㊂通过常规物理性能试验㊁黏韧性试验㊁直接拉伸试验和原子力显微镜对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青进行测试，评价ＤＧ对沥青路用性能增强效果，并从微观角度分析ＤＧ对沥青微观结构的影响，揭示ＤＧ对沥青路用性能提升机理㊂结果表明，加入的ＤＧ降低了沥青的针入度和延度，但是提高了沥青的软化点㊂由于ＤＧ具有较大的表面能，吸附了沥青中的轻组分而形成插层结构，致使ＤＧ改性沥青上部软化点值和下部软化点值存在差异㊂ＤＧ改性沥青具有较强的黏韧性和韧性，其黏韧性㊁黏弹性㊁韧性和韧性比均高于７０＃沥青，因为被插层后的ＤＧ抑制了沥青轻组分的流动，致使ＤＧ改性沥青具有较好的抗变形能力㊂ＤＧ的加入使得沥青变硬，降低ＤＧ改性沥青表面的粗糙度㊂由于ＤＧ的吸附作用和ＤＧ插层结构的限制作用增加了ＤＧ改性沥青微观表面蜂状结构数量，导致ＤＧ改性沥青表面具有数量更多且体积较小的蜂状结构㊂受到拉伸作用时，７０＃沥青中大体积的蜂状结构易产生应力集中，使其力学性能及抗变形能力降低，而ＤＧ改性沥青中小体积且数量较多的蜂状结构能够分散受力，提高了ＤＧ改性沥青的均匀受力，降低了其应力集中出现的可能，提升了ＤＧ改性沥青的路用性能和耐久性㊂关键词：石墨烯；改性沥青；路用性能；直接拉伸；原子力显微镜；蜂状结构中图分类号：Ｕ４１６．２１７㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０６－０１５４－０７ＰａｖｅｍｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔａｎｄｉｔｓｉｍｐｒｏｖｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍＸＵＺｉｈａｎｇ，ＪＩＡＮＧＹｕ，ＸＵＴａｏ∗（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｇｒａｄｕａｌｌｙｕｓｅｄｉｎｐａｖｅｍｅｎｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｏｎｐａｖｅｍｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔ，ｇｒａｐｈｅｎｅｗａｓｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓａｎｔｏｆｄｉｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆｏｘｉｄｅ（ＤＭＳＯ）ｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｉｔｓｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙｉｎａｓｐｈａｌｔ．ＴｈｅｎｔｈｅＤＭＳＯｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ（ＤＧ）ｗａｓａｄｄｅｄｉｎ７０＃ｐａｖｅｍｅｎｔｐｅｔｒｏｌｅｕｍａｓｐｈａｌｔ（７０＃ａｓｐｈａｌｔ）ｔｏｐｒｅｐａｒｅＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ．ＴｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆＤＧｏｎｐａｖｅｍｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆＤＧｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆ７０＃ａｓｐｈａｌｔ，ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐｈｙｓｉ⁃ｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｓ，ｔｏｕｇｈｎｅｓｓｔｅｓｔ，ｄｉｒｅｃｔｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＡＦＭ）ｔｅｓｔｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎ７０＃ａｓｐｈａｌｔａｎｄＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ，ｒｅｖｅａｌｉｎｇｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＤＧｏｎｐａｖｅｍｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔ．ＲｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎａｎｄｄｕｃｔｉｌｉｔｙｏｆａｓｐｈａｌｔａｒｅｒｅｄｕｃｅｄａｆｔｅｒｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＤＧ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｏｆｔｅｎｉｎｇｐｏｉｎｔｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．ＢｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｒｓｕｒｆａｃｅｅｎｅｒｇｙｏｆＤＧ，ＤＧａｄｓｏｒｂｓｌｉｇｈｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎａｓｐｈａｌｔ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒ⁃ｃａｌａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｆｏｒｍｅｄ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎａｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｕｐｐｅｒａｎｄｂｏｔｔｏｍｓｏｆｔｅｎｉｎｇｐｏｉｎｔｓｏｆＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓ⁃ｐｈａｌｔ．ＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｈａｓｓｔｒｏｎｇｅｒｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｔｅｎａｃｉｔｙ，ａｓｗｅｌｌａｓｉｔｓｖｉｓｃｏ⁃ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ｔｏｕｇｈ⁃ｎｅｓｓａｎｄｔｏｕｇｈｎｅｓｓｒａｔｉｏａｒｅａｌｌｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆ７０＃ａｓｐｈａｌｔ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅｆｌｏｗｏｆｌｉｇｈｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓｉｎｈｉｂｉｔｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＤＧ，ａｌｌｏｗｉｎｇＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｔｏｓｈｏｗｂｅｔｔｅｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．ＴｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＤＧｈａｒｄｅｎｓ７０＃ａｓｐｈａｌｔａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ．Ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｂｅｅ⁃ｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｓｕｒｆａｃｅｏｆＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｆＤＧａｎｄｔｈｅｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＤＧ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｓｍａｌｌｅｒｖｏｌｕｍｅｓｏｆｂｅｅ⁃ｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｎｔｈｅｓｕｒ⁃ｆａｃｅｏｆＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ．ＷｈｅｎＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｉｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｔｅｎｓｉｌｅａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｌａｒｇｅ⁃ｖｏｌｕｍｅｂｅｅ⁃ｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎ７０＃ａｓｐｈａｌｔａｒｅｅａｓｉｌｙｇｅｎｅｒａｔｅｄｔｏｃａｕｓｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｌｏｗｅｒｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔ．Ｔｈｅｓｍａｌｌｖｏｌｕｍｅａｎｄｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｂｅｅ⁃ｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｄｉｓｔｒａｃｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓ，ｉｍ⁃㊀第６期徐子航，等：石墨烯改性沥青路用性能提升及其机理ｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｉｎＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ．ＴｈｉｓｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎＤＧｍｏｄｉ⁃ｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ，ａｓｗｅｌｌａｓｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐａｖｅｍｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｉｎｓｉｇｈｔｉｎｔｏｔｈｅｐａｖｅｍｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔａｎｄｉｔｓｉｍｐｒｏｖｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ；ｐａｖｅｍｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｄｉｒｅｃｔｔｅｎｓｉｌｅ；ＡＦＭ；ｂｅｅ⁃ｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ㊀㊀随着纳米材料受到越来越多的关注，研究人员开始将纳米材料作为沥青的改性剂应用于传统的沥青路面㊂石墨烯是一种纳米级二维片层材料，凭借其优异的物理化学性能，把石墨烯加入其他材料中能够重建原有微观结构并改进原有性能，因而被广泛地应用于不同工程领域［１］㊂已有研究指出，石墨烯与沥青只是进行简单的物理混合，并不发生化学反应，加入石墨烯抑制了沥青轻质组分的流动，导致沥青的延度降低［２］㊂纳米级材料往往会产生自身不可逆的聚集和连接，这严重阻碍了沥青的流动性，导致沥青内部形成结构缺陷，严重地影响改性沥青的路用性能［３］㊂Ｙａｎｇ等［４］利用石墨烯／碳纳米管制备了改性沥青，发现一维材料碳纳米管和二维材料石墨烯片的组合能有效地减少石墨烯片和碳纳米管的自身堆积聚集㊂如果石墨烯能被热沥青剥落或插层，并且均匀地分散在沥青中，这可能会明显地改善甚至全面改变沥青的性能［５］㊂氧化石墨烯与ＳＢＳ沥青改性剂产生稳定的物理交联，独特的插层结构进一步抑制了沥青在高温下的流动性，进而提高沥青的力学性能［６］㊂石墨烯纳米片能传递环氧树脂和沥青之间的荷载，其形成的致密网络结构也可以增强沥青的黏聚力和柔韧性［７］㊂丝状的纤维能提高沥青的断裂强度和断裂伸长率，增强沥青的低温抗开裂性能［８－９］㊂为了进一步分析沥青微观形貌㊁结构和力学性能，目前原子力显微镜（ＡＦＭ）已成为常用的测试方法㊂ＡＦＭ不仅能观察到沥青的微观表面形貌和组织结构，还可以对沥青微观力学性能进行测试，如沥青的黏附力㊁弹性模量等㊂Ｚｈａｎｇ等［１０］利用ＡＦＭ对沥青组分和力学性能的关系进行分析，发现沥青质含量对沥青表面形貌和蜂状结构影响最大，沥青的黏附力则与饱和分㊁芳香分的含量有关㊂Ｚｈｕ等［１１］发现添加氧化石墨烯增加了沥青蜂状结构的数量，氧化石墨烯与沥青的片状折叠结构使二者的结合更加稳定㊂纳米蒙脱石和石墨烯具有类似的层状结构，其作为改性材料添加到沥青中易被沥青插层，而插层结构的黏滞作用能有效地降低沥青组分的迁移速度［１２］㊂近年来，随着交通量迅速增加，沥青路面承受的车辆荷载作用次数和轴载也逐渐增加，添加石墨烯有效地减少了沥青路面在服役期内产生的车辙㊁开裂等病害，提高了沥青路面的耐久性㊂由此可见，石墨烯已逐渐用于沥青路面以提升其路用性能，石墨烯在沥青中的分散状况很大程度上影响改性沥青的路用性能，但是石墨烯与沥青之间相互作用行为对沥青路用性能的提升机理尚不清楚㊂因此，本研究选取适当的分散剂对石墨烯进行预处理，以提高石墨烯在沥青中分散性；然后采用常规物理性能㊁黏韧性㊁直接拉伸等试验分析了石墨烯对沥青的路用性能的影响；最后采用ＡＦＭ试验研究石墨烯对沥青微观形貌和组织结构的影响，从而揭示石墨烯对沥青路用性能的提升机理㊂１㊀材料与方法１．１㊀试验材料１．１．１㊀沥㊀青选用江西典晟实业有限公司生产的７０＃道路石油沥青（７０＃沥青）为研究对象，按照ＪＴＧＥ２０ ２０１１‘公路工程沥青及沥青混合料试验规程“测试沥青的基本物理性能，试验结果见表１㊂表１㊀７０＃沥青的基本物理性能Ｔａｂｌｅ１㊀Ｂａｓｉｃｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ７０＃ａｓｐｈａｌｔ性能指标测试结果测试标准密度／（ｇ㊃ｃｍ－３）１．０３１ＪＴＧＥ２０ ２０１１Ｔ０６０３针入度（２５ħ）／（０．１ｍｍ）６７．５ＪＴＧＥ２０ ２０１１Ｔ０６０４软化点／ħ４８．０ＪＴＧＥ２０ ２０１１Ｔ０６０６延度（１５ħ）／ｃｍ＞１５０ＪＴＧＥ２０ ２０１１Ｔ０６２４黏度（６０ħ）／（Ｐａ㊃ｓ）２１７．９ＪＴＧＥ２０ ２０１１Ｔ０６２５闪点／ħ３２２ＪＴＧＥ２０ ２０１１Ｔ０６１１１．１．２㊀石墨烯本研究选用南宫市京锐合金制品有限公司生产的石墨烯，相关性能参数如表２所示㊂表２㊀石墨烯性能参数Ｔａｂｌｅ２㊀Ｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ性能指标纯度／％层数比表面积／（ｍ２㊃ｇ－１）片层尺寸／μｍ导电率／（ｓ㊃ｍ－１）试验结果＞９７＜１０８０ １２０＜６＞７００１．２㊀石墨烯的预处理及改性沥青的制备１．２．１㊀石墨烯的预处理为了进一步提高层状石墨烯与沥青的相容性，５５１林业工程学报第８卷解决石墨烯在沥青中不均匀分散的问题，需要对石墨烯进行预处理，具体的石墨烯预处理工艺如图１所示㊂图１㊀石墨烯预处理工艺流程Ｆｉｇ．１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ１）在烧杯中加入一定质量的石墨烯，缓慢加入６０ｍＬ的二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）溶剂并利用玻璃棒均匀搅拌，制得ＤＭＳＯ／石墨烯分散溶液；２）室温下静置浸泡２ｈ后，对ＤＭＳＯ／石墨烯分散溶液进行抽滤处理，制得糊状石墨烯；３）将糊状石墨烯浸泡在蒸馏水中，充分搅拌均匀，在室温下静置保持１ｈ，倒掉上层清液，对下层石墨烯悬浊液进行二次抽滤处理；４）将再次制得的糊状石墨烯在１７０ħ的烘箱内干燥４ｈ，自然冷却至室温后，将干燥的块状石墨烯彻底研磨，制得ＤＭＳＯ预处理石墨烯（ＤＧ）㊂１．２．２㊀石墨烯改性沥青的制备石墨烯作为沥青改性材料能有效增强沥青高温下抗塑性变形能力，但是过量的石墨烯可能会导致沥青低温断裂破坏，已有研究结果表明，石墨烯的推荐掺量一般不宜超过０．５％［１３－１４］㊂石墨烯材料表面具有较高活性，易形成团聚体而失去纳米特性，对沥青改性后的性能提升效果产生负面影响，综合考虑沥青的改性效果㊁石墨烯与沥青的相容性㊁经济成本等因素，故本研究选取质量分数为０．４％的ＤＧ（ＤＧ占７０＃沥青质量的比例）对沥青进行改性㊂石墨烯改性沥青的制备方法如下：首先，将７０＃沥青放置在１６３ħ的烘箱内加热１ｈ，当沥青具有较好的流动状态后，将其倒入烧杯中，再将占７０＃沥青质量分数为０．４％的ＤＧ缓慢加入７０＃沥青中㊂其次，用电热炉对盛有沥青的烧杯底部进行加热，并用玻璃棒反复搅拌沥青，直至沥青表面没有ＤＧ粉末悬浮㊂最后，利用高速剪切乳化机以５０００ｒ／ｍｉｎ的转速剪切搅拌沥青４０ｍｉｎ，充分剪切搅拌后即制得ＤＧ改性沥青㊂１．３㊀试验方案１．３．１㊀常规物理性能试验分别参照ＪＴＧＥ２０ ２０１１中沥青针入度试验㊁延度试验㊁软化点试验和改性沥青离析试验方法，对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青进行标准化测试，分析添加ＤＧ后沥青针入度㊁延度㊁软化点及存储稳定各指标变化情况㊂１．３．２㊀沥青黏韧性试验参照ＪＴＧＥ２０ ２０１１，对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青进行黏韧性试验，在２５ħ的试验温度下以５００ｍｍ／ｍｉｎ的拉伸速率拉伸沥青试样，对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的黏韧性进行比较㊂１．３．３㊀沥青直接拉伸试验参照ＧＢ／Ｔ５２８ ２００９‘硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定“，将沥青浇注成直接拉伸试验试样，如图２所示㊂在２５ħ试验温度下以５ｍｍ／ｍｉｎ的速率对沥青试样进行直接拉伸试验，７０＃沥青和ＤＧ改性沥青各制备６个标准样品㊂在每种沥青的直接拉伸试验结果中，去掉２个破坏应力最低的拉伸曲线试验结果，将其余４个拉伸曲线试验结果的平均值作为该沥青的应力⁃应变曲线㊂图２㊀直接拉伸试验沥青试样尺寸Ｆｉｇ．２㊀Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｉｚｅｓｆｏｒｄｉｒｅｃｔｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆａｓｐｈａｌｔｓａｍｐｌｅｓ１．３．４㊀沥青原子力显微镜试验采用峰值力⁃定量纳米力学性能（Ｐｅａｋｆｏｒｃｅ⁃Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｎａｎｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍａｐｐｉｎｇ，ＰＦ⁃ＱＮＭ）模式对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的表面形貌及粗糙度进行测试，选用ＲＴＥＳＰＡ⁃１５０型号的硅质探针以１５０ｋＨｚ的频率对试样进行扫描，测试模量范围为２０ ５００ＭＰａ㊂测试结束后利用分析软件ＮａｎｏＳｃｏｐｅＡｎａｌｙｓｉｓ１．７对沥青试样的相关表征指标进行计算㊂２㊀结果与分析２．１㊀石墨烯对沥青常规物理性能的影响对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青进行常规物理性能测试，对比分析加入ＤＧ后沥青三大指标及存储稳６５１㊀第６期徐子航，等：石墨烯改性沥青路用性能提升及其机理定性的变化情况，明确ＤＧ对沥青常规物理性能的影响㊂７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的针入度㊁延度和软化点试验结果如表３所示，离析试验结果如表４所示㊂表３㊀７０＃沥青和ＤＧ改性沥青针入度㊁延度和软化点测试结果Ｔａｂｌｅ３㊀Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ，ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ，ａｎｄｓｏｆｔｅｎｉｎｇｐｏｉｎｔｏｎ７０＃ａｓｐｈａｌｔａｎｄＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔＤＧ掺量／％针入度／（０．１ｍｍ）延度／ｃｍ软化点／ħ０．０６１．８４４４８．００．４５８．９３４４８．８㊀㊀从表３可以看出，加入ＤＧ后沥青的软化点升高，而沥青的延度和针入度均减小㊂相比于７０＃沥青，ＤＧ改性沥青的针入度和延度分别降低了４．７％和２２．７％，软化点提高了１．７％㊂软化点表示沥青的塑性流动能力及高温稳定性，软化点越高，沥青的高温稳定性也越好，抗车辙能力就越强㊂加入ＤＧ后沥青的软化点略有提高，对沥青起硬化作用，一定程度上提高了沥青的高温稳定性［１５］㊂针入度表示沥青的稠度，反映了沥青的流变特性，加入ＤＧ后沥青的针入度降低，表明ＤＧ可提高沥青抗变形能力［１６］㊂延度表示沥青的低温抗裂性能，加入ＤＧ使沥青的延度降低，表明沥青在低温下变得硬脆，导致低温状态下沥青的抗裂性能衰减㊂表４㊀沥青离析试验结果Ｔａｂｌｅ４㊀ＳｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒａｓｐｈａｌｔＤＧ掺量／％上部软化点值／ħ下部软化点值／ħ软化点差值／ħ０．０４８．０４８．００．００．４４９．２５０．１０．９㊀㊀如果沥青试样上部和下部软化点差值大于２．５ħ，则认为改性沥青出现离析现象㊂从表４可以看出，当ＤＧ掺量为０％时，由于沥青内尚未加入改性材料，沥青上部软化点值和下部软化点值并未产生变化㊂但是，加入ＤＧ后沥青上部软化点值和下部软化点值开始存在差异㊂当ＤＧ掺量为０．４％时，沥青上部和下部的软化点差值为０．９ħ，相比于其上部软化点值，ＤＧ改性沥青下部软化点增加了约１．８％㊂这主要是由于ＤＧ能够吸附沥青中的活性轻质组分，随着沥青静置时间的延长，ＤＧ层状结构吸附沥青轻组分的数量增加，且逐渐向下沉淀㊂沥青温度逐步冷却至室温后，最终导致沥青的上部软化点值和下部软化点值产生较大差异㊂虽然ＤＧ的加入增加会导致其与沥青的相容性降低，但是在本研究选定０．４％的ＤＧ掺量下，ＤＧ改性沥青的软化点差值为０．９ħ，仍符合ＪＴＧＦ４０ ２００４‘沥青路面施工技术规范“对改性沥青软化点差值小于２．５ħ的存储稳定性要求㊂２．２㊀石墨烯对沥青黏韧性影响沥青的黏韧性包括黏弹性和韧性㊂为了比较７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的黏韧性，对两种沥青试样进行了黏韧性试验，试验结果如图３所示㊂图３㊀７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的黏韧性曲线Ｆｉｇ．３㊀Ｔｈｅｖｉｓｃｏ⁃ｔｏｕｇｈｎｅｓｓｃｕｒｖｅｓｏｆ７０＃ａｓｐｈａｌｔａｎｄＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ从图３可以看出，荷载从零增加至峰值的阶段为黏结变形阶段，此阶段的变形曲线呈直线，类似于弹性变形㊂７０＃沥青与ＤＧ改性沥青在这一阶段的曲线重合度较高，说明７０＃沥青与ＤＧ改性沥青都具有较好的黏结力㊂但是，相比于７０＃沥青，ＤＧ改性沥青的峰值力较大，说明ＤＧ改性沥青具有相对较大的抗变形能力㊂荷载从峰值降低至零的阶段为拉伸变形阶段，此阶段是沥青的屈服阶段，表征了沥青的韧性㊂参照ＪＴＧＥ２０ ２０１１试验规程中的计算方法，７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的黏韧性分别为９．０１和１０．０８Ｎ㊃ｍ，黏弹性分别为７．３５和７．９５Ｎ㊃ｍ，韧性分别为１．６６和２．１３Ｎ㊃ｍ㊂另外，韧性比表示沥青韧性在黏韧性中的占比，７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的韧性比分别为０．１８和０．２１㊂从计算结果可以看出，ＤＧ改性沥青的黏韧性㊁黏弹性㊁韧性和韧性比均高于７０＃沥青，分别提高了１１．９％，８．２％，２８．３％和１６．７％，ＤＧ改性沥青表现出更好的黏韧性㊂韧性和黏韧性用于评价沥青的握裹力及黏结力，综合反映沥青的抗疲劳性能和高温稳定性㊂加入ＤＧ后增加了沥青的韧性和黏韧性，有效提高了沥青的高温稳定性，增强了沥青在高温下的抗变形能力［１７］㊂ＤＧ层状结构使其具有较大的比表面积，当其被沥青分子插层后，被插层ＤＧ在一定程度上抑制了沥青中轻组分的流动，致使ＤＧ改性沥青具有更好的韧性，而在路用性能上表现为针入度和延７５１林业工程学报第８卷度降低㊂另一方面，ＤＧ的大比表面积也增加了沥青的黏结强度，致使ＤＧ改性沥青具有更强的黏韧性㊂２．３㊀石墨烯对沥青拉伸性能的影响为了进一步探究ＤＧ改性沥青在拉伸状态下的力学性能增强效果，对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青进行直接拉伸试验，试验结果如图４所示㊂图４㊀７０＃沥青与ＤＧ改性沥青拉伸应力⁃应变曲线Ｆｉｇ．４㊀Ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆ７０＃ａｓｐｈａｌｔａｎｄＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ从图４可以看出，在拉伸作用下７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的变形过程大致可分为３个阶段，分别为弹性变形阶段（ＯＡ１㊁ＯＡ２）㊁屈服阶段（Ａ１Ｂ１㊁Ａ２Ｂ２）和蠕变阶段（Ｂ１Ｃ１㊁Ｂ２Ｃ２）㊂在弹性变形阶段，应力⁃应变曲线近似于直线，此阶段的变形为短时间的弹性变形㊂加入ＤＧ后沥青材料的应力⁃应变曲线明显升高，曲线在弹性变形阶段的峰值应力提高了约６０．７％㊂ＤＧ改性沥青的曲线形状变得尖锐，且ＯＡ２的斜率明显大于ＯＡ１的斜率，这主要是因为是加入ＤＧ后导致沥青硬化，增加了沥青的刚度，沥青弹性变形阶段的峰值应力也随之提高［１８］㊂ＯＡ２的斜率增加表明ＤＧ改性沥青的应力⁃应变曲线变化速率增加，提高了ＤＧ改性沥青的弹性模量㊂沥青在此阶段的变形具有可恢复性，当拉力解除后沥青可产生一定程度的恢复变形㊂此阶段在相同应变条件下ＤＧ改性沥青能够承受更大的拉力，ＤＧ改性沥青表现出了更好的抗变形能力㊂在屈服阶段，应力达到峰值后随应变增加而降低，沥青内部应力达到屈服强度㊂被插层后的ＤＧ增强了沥青的最大拉应力，ＤＧ插层结构的产生也增加了沥青大分子的数量㊂但是由于ＤＧ的吸附作用，与７０＃沥青相比，ＤＧ改性沥青内大尺寸分子的体积相对减小㊂在所受应力较小时，均匀分布的ＤＧ插层结构提高了ＤＧ改性沥青的抗变形能力㊂当应力持续增加时，沥青内大尺寸分子周围产生了应力集中，较大的应力集中面积甚至会导致应力区域的叠加［１９］，使ＤＧ改性沥青的抗变形能力降低㊂另外，ＤＧ改性沥青曲线的下降速率大于７０＃沥青的曲线下降速率，但是在相同的变形长度下，ＤＧ改性沥青的应力仍大于７０＃沥青，ＤＧ改性沥青在此阶段表现出了较强的韧性㊂屈服阶段后，应变持续增加直至沥青试样被拉断，沥青进入到蠕变阶段㊂在此阶段沥青发生塑性变形，试样中部窄段部分随着长度增加产生颈缩㊂在此阶段沥青试样分子结构由无序转化为有序，沥青内的被插层ＤＧ在变形持续增加时易产生滑动［２０］，导致ＤＧ改性沥青曲线的下降速率仍大于７０＃沥青，但是ＤＧ改性沥青的应力仍大于７０＃沥青㊂２．４㊀石墨烯对沥青微观形貌及组织结构的影响为了探究ＤＧ对沥青微观形貌及组织结构的影响，利用ＡＦＭ对７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的微观表面形貌和粗糙度进行了测试㊂７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的二维（２Ｄ）和三维（３Ｄ）ＡＦＭ图像如图５所示㊂从图５ａ和图５ｂ可以看出，７０＃沥青与ＤＧ改性沥青的表面形貌图都出现典型的蜂状结构，但是两种沥青蜂状结构的数量和形态大小存在明显差异㊂相比于ＤＧ改性沥青，７０＃沥青蜂状结构的长度和深度较大，但是在数量上明显少于ＤＧ改性沥青㊂当沥青质含量较多时，沥青表面会更容易形成蜂状结构㊂ＤＧ加入沥青后，具有较大表面能的ＤＧ能够吸附沥青中的轻组分，其充当新的蜂状结构，进而导致ＤＧ改性沥青的蜂状结构多于７０＃沥青㊂ＤＧ在沥青中的分散很大程度决定了ＤＧ改性沥青的受力形态，ＤＧ以片层结构的形式均匀地分布在沥青中，因ＤＧ具有较大的表面能，能够吸附并稳定沥青中的活性轻质组分㊂ＤＧ与７０＃沥青中的轻组分发生物理混合，促进了沥青质胶束和交联网络结构的形成，导致ＤＧ改性沥青中出现了更多数量的蜂状结构㊂而从图５ｃ和图５ｄ可以看出，无论７０＃沥青或ＤＧ改性沥青，其表面并非光滑平整的，二维形貌中的蜂状结构在三维形貌中表现为褶皱，７０＃沥青褶皱的高度和深度均大于ＤＧ改性沥青㊂沥青蜂状结构的形成主要可分为 形成胶束核㊁吸附生长和收缩屈曲 ３个阶段㊂ＤＧ改性沥青中较大表面能的ＤＧ可以作为胶束核吸附轻组分，并形成稳定ＤＧ插层结构㊂这提高了ＤＧ改性沥青的黏度，并削弱了沥青质成核和生长的进程㊂同时，由于ＤＧ插层结构的形成，阻碍了轻组分的转化和聚集，稳８５１㊀第６期徐子航，等：石墨烯改性沥青路用性能提升及其机理沥青；ｂ）２Ｄ⁃ＤＧ改性沥青；ｃ）３Ｄ⁃７０沥青；ｄ）３Ｄ⁃ＤＧ改性沥青㊂图５㊀７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的ＡＦＭ表面形貌图像Ｆｉｇ．５㊀ＴｈｅＡＦＭｉｍａｇｅｓｏｆ７０＃ａｓｐｈａｌｔａｎｄＤＧｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ定的插层结构抑制了大尺寸蜂状结构的形成，使ＤＧ改性沥青表面生成更多小尺寸的蜂状结构［１１］㊂当温度恢复到室温时，沥青表面以蜂状结构为中心产生收缩屈曲，蜂状结构的暗区处于压缩状态，而亮区处于拉伸状态㊂７０＃沥青中少数量㊁大尺寸的蜂状结构易产生应力集中的情况，导致７０＃沥青蜂状结构周围的力学性能大幅度降低㊂ＤＧ改性沥青由于插层结构形成了数量较多且尺寸较小的蜂状结构，使得ＤＧ改性沥青的表面形貌较为平整均匀，在应力作用下具有更好的力学性能㊂利用分析软件ＮａｎｏＳｃｏｐｅＡｎａｌｙｓｉｓ１．７可以直接得到７０＃沥青和ＤＧ改性沥青的均方根粗糙度（Ｒｑ）分别为６．５２和６．４９ｎｍ，平均粗糙度（Ｒａ）分别为３．３３和３．００ｎｍ，最大粗糙度深度（Ｒｍａｘ）分别为１２６和１２８ｎｍ㊂从分析结果可以看出，ＤＧ改性沥青的Ｒｑ和Ｒａ均小于７０＃沥青，说明加入ＤＧ降低了沥青表面的粗糙度㊂沥青材料的表面粗糙度与其自身黏附性能具有较高的相关性，粗糙度较大的沥青具有更优的黏附性能［２１］㊂加入ＤＧ会降低沥青的针入度和延度，使沥青变硬，相比于７０＃沥青，ＤＧ改性沥青的黏附性能变差㊂加入ＤＧ显著地影响了蜂状结构的生长进程，由于ＤＧ在沥青中形成了插层结构，以ＤＧ插层结构为中心形成了新的蜂状结构；同时，ＤＧ改性沥青的黏韧性较大，限制了以沥青质为中心的蜂状结构的生长，导致ＤＧ改性沥青的Ｒａ小于７０＃沥青㊂因为ＤＧ改性沥青中插层结构存在少量的重叠，致使ＤＧ改性沥青的最大粗糙深度略大于７０＃沥青㊂３㊀结㊀论本试验利用经预处理石墨烯粉末制备了ＤＧ改性沥青，并研究了ＤＧ对沥青的常规物理性能㊁黏韧性㊁抗拉伸性能㊁微观形貌及组织结构的影响，揭示了ＤＧ改性沥青的力学及抗变形性能提升机理㊂主要研究结论如下：１）加入ＤＧ后沥青的针入度和延度分别降低了４．７％和２２．７％，沥青的软化点提高了１．７％㊂由于ＤＧ能够吸附沥青中的活性轻质组分，导致ＤＧ改性沥青的上部软化点值和下部软化点值存在差异，但是ＤＧ掺量为０．４％的改性沥青软化点差值仍符合测试规范的要求㊂２）ＤＧ改性沥青具有较好的黏韧性和韧性，因被插层后的ＤＧ抑制了沥青轻组分的流动，致使ＤＧ改性沥青具有较高的抗变形能力，在沥青的路用性能上表现为高温稳定性提高㊂ＤＧ的大比表面积增加了沥青的黏结强度，赋予ＤＧ改性沥青更强的黏韧性㊂３）加入ＤＧ提高了沥青的抗变形能力，使得ＤＧ改性沥青能承受较大的峰值应力㊂随着变形持续增加，在达到应力峰值后，ＤＧ改性沥青仍保９５１林业工程学报第８卷持较好的韧性㊂沥青内被插层ＤＧ的滑移增加了ＤＧ改性沥青的断裂延伸率，使ＤＧ改性沥青抗变形能力降低，但ＤＧ改性沥青的抗变形能力仍优于７０＃沥青㊂４）由于ＤＧ的吸附作用和ＤＧ插层结构的抑制作用，沥青内以ＤＧ插层结构为中心形成了新的蜂状结构，导致ＤＧ改性沥青表面产生数量更多而体积较小的蜂状结构㊂因为ＤＧ改性沥青中插层结构存在少量的堆叠，致使ＤＧ改性沥青的最大粗糙深度略大于７０＃沥青㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＬＩＲＹ，ＸＩＡＯＦＰ，ＡＭＩＲＫＨＡＮＩＡＮＳ，ｅｔａｌ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｎａｓｐｈａｌｔｍａｔｅｒｉａｌｓ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１７，１４３：６３３－６４８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１７．０３．１５８．［２］黄伊琳，梁立喆，田植群，等．石墨烯改性沥青的研究及工程应用［Ｊ］．化工新型材料，２０２０，４８（８）：２４４－２４８，２５３．ＤＯＩ：１０．１９８１７／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００６－３５３６．２０２０．０８．０５３．ＨＵＡＮＧＹＬ，ＬＩＡＮＧＬＺ，ＴＩＡＮＺＱ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ［Ｊ］．ＮｅｗＣｈｅｍｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，４８（８）：２４４－２４８，２５３．［３］ＨＥＨＱ，ＨＵＪＬ，ＬＩＲ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｉｌｉｃａｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２１，２７３：１２２０４６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎ⁃ｂｕｉｌｄｍａｔ．２０２０．１２２０４６．［４］ＹＡＮＧＱＬ，ＱＩＡＮＹ，ＦＡＮＺＰ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇｔｈｅｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅａｎｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏ⁃ｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｔｕｍｅｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２０２１，１７２：４０２－４１３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃａｒｂｏｎ．２０２０．１０．０２０．［５］ＬＩＸ，ＷＡＮＧＹＭ，ＷＵＹＬ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｓｐｈａｌｔｗｉｔｈｇｒａｐｈｅｎｅａｓｍｏｄｉｆｉｅｒ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２１，２７２：１２１９１９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０２０．１２１９１９．［６］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（４）：１５８－１６５．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２１１０００５．ＧＥＱＸ，ＸＵＷＹ，ＷＵＨ．Ｓｔｕｄｙｏｎｈｉｇｈ⁃ａｎｄｌｏｗ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ／ＳＢＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，７（４）：１５８－１６５．［７］ＺＨＡＮＧＬ，ＺＨＡＮＧＦＬ，ＨＵＡＮＧＫ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｅｒ⁃ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｎａｎｏｐｌａｔｅｌｅｔｓ⁃ｍｏｄｉｆｉｅｄｅｐｏｘｙａｓｐｈａｌｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＦａｃｉｌｉｔｉｅｓ，２０２１，３５（６）：０４０２１０８３．ＤＯＩ：１０．１０６１／（ａｓｃｅ）ｃｆ．１９４３－５５０９．０００１６６１．［８］程承，陶桂祥，王琦，等．木质素改性沥青高温性能试验［Ｊ］．林业工程学报，２０１９，４（１）：１４１－１４７．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１９．０１．０２１．ＣＨＥＮＧＣ，ＴＡＯＧＸ，ＷＡＮＧＱ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌｉｇｎｉｎ⁃ｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，４（１）：１４１－１４７．［９］ＺＨＡＯＺＧ，ＷＵＳＰ，ＬＩＵＱＴ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇｗａｓｔｅｄｉｓｐｏｓａｂｌｅｍｅｄｉｃａｌｍａｓｋｓｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｓｐｈａｌｔａｎｄａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，３３７：１２７６２１．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０２２．１２７６２１．［１０］ＺＨＡＮＧＥＨ，ＳＨＡＮＬＹ，ＱＩＸＦ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｌａ⁃ｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒｓｕｓｉｎｇａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＡＦＭ）［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，３４３：１２８００１．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０２２．１２８００１．［１１］ＺＨＵＪＣ，ＺＨＡＮＧＫ，ＬＩＵＫＦ，ｅｔａｌ．ＡｄｈｅｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｕｎｖｅｉｌｅｄｂｙｓｕｒｆａｃｅｆｒｅｅｅｎｅｒｇｙａｎｄＡＦＭ⁃ｓｃａｎｎｅｄｍｉｃｒｏ⁃ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，２４４：１１８４０４．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎ⁃ｂｕｉｌｄｍａｔ．２０２０．１１８４０４．［１２］ＬＩＸ，ＷＡＮＧＹＭ，ＷＵＳＪ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｔｈｅｒｍａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎａｇｉｎｇｏｆａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒ［Ｊ］．ＣａｓｅＳｔｕｄｉｅｓｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，１６：ｅ００９７１．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｓｃｍ．２０２２．ｅ００９７１．［１３］ＭＯＲＥＮＯ⁃ＮＡＶＡＲＲＯＦ，ＳＯＬ⁃ＳÁＮＣＨＥＺＭ，ＧÁＭＩＺＦ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１８，１８０：２６５－２７４．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１８．０５．２５９．［１４］ＬＩＵＺ，ＧＵＸＹ，ＤＯＮＧＸＹ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｐｐｒｏａｃｈｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＣａｓｅＳｔｕｄｉｅｓｉｎＣｏｎ⁃ｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２３，１８：ｅ０１７４９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｓｃｍ．２０２２．ｅ０１７４９．［１５］ＹＡＮＧＬ，ＺＨＯＵＤＨ，ＫＡＮＧＹ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａ⁃ｐｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，１０（１１）：２１９７．ＤＯＩ：１０．３３９０／ｎａｎｏ１０１１２１９７．［１６］张海涛，吴广源．不同改性沥青高低温流变性能对比［Ｊ］．林业工程学报，２０２２，７（２）：１７４－１７９．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２１０６００５．ＺＨＡＮＧＨＴ，ＷＵＧＹ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔａｔｈｉｇｈａｎｄｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，７（２）：１７４－１７９．［１７］ＳＩＮＧＨＤ，ＫＵＩＴＹＡ，ＧＩＲＩＭＡＴＨＳ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ，ａｎｄｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒｍｏｄｉｆｉｅｄｗｉｔｈｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，３２（１１）：０４０２０３２３．ＤＯＩ：１０．１０６１／（ａｓｃｅ）ｍｔ．１９４３－５５３３．０００３３８５．［１８］ＸＵＪＱ，ＹＡＮＧＥＨ，ＬＵＯＨＹ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｗａｒｍｍｉｘａｄｄｉ⁃ｔｉｖｅｓｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｕｃｔｉｌｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，２３８：１１７７４６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１９．１１７７４６．［１９］ＤＩＮＧＨＢ，ＲＡＨＭＡＮＡ，ＬＩＱＳ，ｅｔａｌ．Ａｄｖａｎｃｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｓｐｈａｌｔｍａｓｔｉｃｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｏｕｒｍａｌｉｎｅｍｏｄｉｆｉｅｒ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１７，１５０：５２０－５２８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１７．０５．２０３．［２０］ＫＨＡＮＡＮ，ＨＥＳＰＳＡＭ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｍａｌ，ｒｈｅｏ⁃ｌｏｇｉｃａｌａｎｄｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｇｒａｄｉｎｇｏｆａｓｐｈａｌｔｃｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１９，２２０：１９６－２０５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１９．０５．１８７．［２１］ＷＡＮＧＭ，ＬＩＵＬＰ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｓｃａｌｅａｇｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｓｐｈａｌｔｂｉｎｄｅｒｓｕｓｉｎｇａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１７，１３５：４１１－４１９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１６．１２．１８０．（责任编辑㊀田亚玲）０６１。

氧化石墨烯的分散程度对水泥基材料力学性能的影响氧化石墨烯是石墨烯（一种蜂窝状单层碳原子排列的二维材料）的氧化产物，具有高度的化学稳定性和良好的导电性能，在材料科学领域具有广泛的应用前景。

近年来，人们在水泥基材料中添加氧化石墨烯，以改善其力学性能。

本文将探讨氧化石墨烯的分散程度对水泥基材料力学性能的影响。

首先，氧化石墨烯的分散程度对水泥基材料的抗压强度有重要影响。

研究表明，当氧化石墨烯分散均匀时，可填补水泥基材料中微观缺陷，提高其密实性和力学性能。

分散均匀的氧化石墨烯能够形成有效的增强桥梁，增加水泥基材料的内聚力。

此外，氧化石墨烯还能改善水泥基材料的晶格结构，减少晶格缺陷，使水泥基材料具有更高的抗压强度。

其次，氧化石墨烯的分散程度还对水泥基材料的抗拉强度有显著影响。

研究发现，分散均匀的氧化石墨烯能够填充水泥基材料的孔隙，形成致密的界面结构，提高水泥基材料的凝胶强度和粘结强度。

此外，氧化石墨烯的高导电性能能够分散电荷，增强水泥基材料的导电性能，提高抗拉强度。

另外，氧化石墨烯的分散程度还对水泥基材料的耐久性有重要影响。

研究表明，分散均匀的氧化石墨烯能够阻止水泥基材料中的氯离子渗透，降低水泥基材料的氯离子扩散系数，减少氯离子侵蚀和钢筋锈蚀的风险。

此外，氧化石墨烯还能够降低水泥基材料的孔隙率，减少水泥基材料的渗透性，提高水泥基材料的耐久性。

综上所述，氧化石墨烯的分散程度对水泥基材料力学性能的影响是显著的。

分散均匀的氧化石墨烯可以填补水泥基材料的微观缺陷，提高其抗压强度和抗拉强度。

此外，氧化石墨烯还能够改善水泥基材料的晶格结构，减少晶格缺陷，提高其力学性能和耐久性。

因此，在水泥基材料中添加适量的氧化石墨烯，并通过优化分散技术，可以有效提高水泥基材料的力学性能，为工程建设提供更好的材料选择。