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原文传递基于表面活性技术的石墨烯改性沥青制备工艺研究

论文题名：	基于表面活性技术的石墨烯改性沥青制备工艺研究
关键词：	石墨烯;改性沥青;制备工艺;均匀分散
摘要：	中国已经建好的高速公路大部分为沥青路面，交通运输行业有迫切提高沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、耐久性等的需求。石墨烯是集多种优异性能的一种二维纳米碳材料，石墨烯与沥青二者具有良好的亲和性，将此新型材料作为改性剂应用到沥青路面中，在石墨烯均匀地分散于沥青的理想状态下，能够获得三维石墨烯片状网络增强沥青的特殊结构，通过协同作用发挥石墨烯的优异力学性能，全面改善改性沥青的性能，减少或消除沥青路面中的车辙、裂缝、表面磨耗等诸多病害问题，降低路面服役全周期修护成本，使路面获得更高服役性能和更长服役寿命。本文根据获得的石墨烯复合改性沥青材料组成，基于不同表面活性剂作用和沥青性能指标，通过对石墨烯复合改性沥青的不同制备工艺的比选研究，提出石墨烯复合改性沥青最佳室内制备工艺。　　基于石墨烯表面呈稳定惰性，难以于沥青中均匀分散，为充分展现石墨烯优异的改性效果，选用能在基础溶剂中均匀分散石墨烯的表面活性剂，将其与石墨烯以及易于与沥青共溶的基本溶剂混合。本文依据前期课题组研究得出的两种最佳表面活性（聚乙烯吡咯烷酮K30、硬质酰胺）配方和对应的石墨烯复合改性沥青原始制备工艺，在此基础上进行改性沥青制备工艺比对优化。在配方（聚乙烯吡咯烷酮K30）的原始制备工艺Ⅰ的基础上，结合多种制备工艺步骤优势，设计制备工艺Ⅱ～Ⅹ，基于三大指标数据，初步得出利于改性沥青性能提升的制备工艺及步骤;在配方（硬质酰胺）的原始制备方案的基础上，结合配方（聚乙烯吡咯烷酮K30）得出的最佳制备工艺及步骤，引入超声波分散仪，设计制备方案Ⅰ～Ⅵ，基于三大指标数据，首先对配方(聚乙烯吡咯烷酮K30)得出的制备工艺结论进行验证，从沥青宏观性能角度，提出利于提升改性沥青性能的最佳制备工艺。结合微观试验方法，对配方（聚乙烯吡咯烷酮K30）对应的制备工艺Ⅰ～Ⅹ与配方（硬质酰胺）对应的制备方案Ⅰ～Ⅵ制备的改性沥青进行微观观测。得出结论:随着改性沥青制备工艺的不断完善，改性沥青中石墨烯的分散效果逐步提升，改性沥青性能显著提升;综合沥青宏观性能与石墨烯微观分散效果，配方（聚乙烯吡咯烷酮K30）对应的改性沥青的最佳制备工艺为工艺Ⅹ;配方（硬质酰胺）对应的改性沥青的最佳、次佳制备方案为方案Ⅳ、Ⅵ。　　以SK70#基质沥青作为对比组，对最佳与次佳制备方案制备的改性沥青分别采用动力粘度、紫外光老化、PG分级、蠕变恢复试验进行性能测试，通过性能比较，最终提出一种适合多种表面活性剂的石墨烯复合改性沥青最佳制备工艺。该制备工艺制备的石墨烯复改性沥青，通过沥青宏观性能与石墨烯微观分散效果的共同验证，改性沥青性能与石墨烯于基质沥青中的分散效果均显著提升，且石墨烯团聚物数量显著减少、尺寸显著变小。
作者：	刘昭
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	黄刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2019