石墨烯及其衍生物改性沥青的研究进展

《石墨烯及其衍生物改性沥青的研究进展》是一篇综述性论文，旨在系统总结和分析近年来石墨烯及其衍生物在沥青改性领域的研究进展。随着交通基础设施的快速发展，传统沥青材料在高温稳定性、低温抗裂性和耐久性等方面逐渐暴露出不足，因此，如何通过新型材料提升沥青性能成为研究热点。石墨烯作为一种具有优异力学、热学和电学性能的二维材料，自问世以来便受到广泛关注，其在沥青改性中的应用也逐步展开。

石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状晶体结构，具有极高的比表面积、良好的导热性和导电性以及出色的机械强度。这些特性使得石墨烯在多个领域展现出广阔的应用前景。在沥青改性中，石墨烯可以通过物理吸附或化学键合的方式与沥青分子相互作用，从而改善沥青的流变性能、热稳定性和抗老化能力。此外，石墨烯的加入还能有效提高沥青的弹性模量和抗疲劳性能，使其更适合用于高负荷交通道路。

除了纯石墨烯外，石墨烯的衍生物如氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（rGO）以及功能化石墨烯等也被广泛研究。其中，氧化石墨烯因其表面含有丰富的含氧官能团，能够更好地与沥青分子结合，增强沥青的黏结力和稳定性。同时，氧化石墨烯的引入还可以提高沥青的抗水损害能力，减少因水分渗透导致的路面损坏。而还原氧化石墨烯则在保持石墨烯优异性能的基础上，进一步提升了其导电性和热传导性，适用于对导电性有特殊要求的道路工程。

在实际应用中，石墨烯及其衍生物的添加方式多种多样，包括直接混合法、溶剂分散法和超声波辅助分散法等。不同的制备方法会影响石墨烯在沥青中的分散状态和分布均匀性，进而影响最终材料的性能。研究表明，采用超声波辅助分散法可以有效提高石墨烯在沥青中的分散效果，避免团聚现象的发生，从而充分发挥其改性作用。

此外，石墨烯改性沥青的性能评估主要集中在流变性能、热稳定性、抗老化性能和路用性能等方面。通过动态剪切流变试验（DSR）可以测定沥青的复数模量和相位角，评估其高温稳定性和低温抗裂性；通过旋转薄膜烘箱试验（RTFO）和压力老化容器试验（PAV）可以模拟沥青在长期使用过程中的老化行为；而车辙试验和弯曲梁试验则用于评价沥青混合料的抗车辙能力和抗弯拉性能。

尽管石墨烯及其衍生物在沥青改性中展现出良好的应用潜力，但目前仍面临一些挑战。例如，石墨烯的制备成本较高，限制了其大规模应用；此外，石墨烯在沥青中的分散性问题仍未完全解决，容易形成团聚，影响材料的整体性能。因此，未来的研究需要进一步探索低成本、高效的石墨烯制备工艺，并优化其在沥青中的分散方法，以实现更广泛的工程应用。

综上所述，《石墨烯及其衍生物改性沥青的研究进展》一文全面回顾了石墨烯及其衍生物在沥青改性中的研究现状，分析了其在改善沥青性能方面的优势与挑战，并为未来的研究方向提供了参考。随着材料科学和工程技术的不断进步，石墨烯改性沥青有望在未来的道路建设中发挥更加重要的作用。