Stato della ricerca e tendenze di sviluppo dei compositi di asfalto modificato con grafene nei campi dell'ingegneria in patria e all'estero

L'applicazione del grafene, un nanomateriale di carbonio bidimensionale con struttura speciale e prestazioni eccellenti, all'ingegneria civile può migliorare in modo completo le prestazioni dei materiali tecnici ed espandere il campo di applicazione del grafene. Esaminando lo stato della ricerca e le tendenze di sviluppo dei compositi grafene-asfalto nel campo dell'ingegneria civile in patria e all'estero negli ultimi anni, si è scoperto che l'incorporazione del grafene nell'asfalto migliora le sue prestazioni stradali, ma mancano ricerche pertinenti, come la caratterizzazione fine della struttura del grafene-asfalto, L'azione microscopica meccanismo del comportamento unico di grafene-asfalto, legge di cambiamento delle caratteristiche comportamentali chiave della miscela di grafene-asfalto e asfalto e sistema di materiale composito grafene-asfalto. Il grafene è stato incorporato nella pece 70 e la miscela di pece di grafene è stata inizialmente esplorata utilizzando metodi di ricerca sia macroscopici che microscopici. I risultati della ricerca mostrano che il grafene ha un'affinità per l'asfalto e può essere intercalato o esfoliato dall'asfalto caldo per formare una struttura supramolecolare con fogli di grafene come piano basale; l'incorporazione del grafene migliora significativamente il comportamento dell'asfalto, in particolare le prestazioni alle basse temperature.

Il grafene è un nanomateriale bidimensionale a nido d'ape formato dall'ibridazione di atomi di C con orbitali elettronici sp2. Negli ultimi anni, il grafene è diventato un hotspot di ricerca nei campi dell'elettronica, dell'informazione, dell'energia, dei materiali, della protezione ambientale e della biomedicina grazie alla sua struttura unica, proprietà eccellenti e ampie prospettive di applicazione [1−11]. Sono stati compiuti progressi positivi nella tecnologia di preparazione del grafene, che fornisce la garanzia della materia prima per la ricerca di base e lo sviluppo applicativo del grafene. Sia nella ricerca teorica che nelle applicazioni ingegneristiche, il grafene e i suoi materiali compositi derivati ​​dal grafene hanno mostrato grande significato e applicazione scientifica. potenziale. In Cina, il grafene e i relativi derivati ​​con strati di atomi di carbonio compresi tra 1 e 10 strati sono indicati collettivamente come materiali di grafene. Tra questi, il grafene ha una struttura quasi bidimensionale formata da semplici atomi di carbonio. Allo stesso tempo, lo strato di carbonio del grafene può essere combinato con -NH2, -COOH, -OH, -C=O e -O- e altri gruppi funzionali formano grafene funzionalizzato, che attualmente include principalmente ossido di grafene (GO) e grafene aminato (TNRGON). L'applicazione di materiali di grafene nel campo dell'ingegneria civile e la conduzione di ricerche sui materiali compositi grafene-asfalto possono consentire ai materiali di ingegneria in diversi ambienti di ottenere prestazioni migliori e una maggiore durata, ridurre i costi di servizio e anche fornire materiali di grafene con proprietà funzionali. Le applicazioni chimiche forniscono una nuova direzione di sviluppo. Allo stato attuale, la ricerca sui materiali asfaltici modificati compositi con grafene nel campo dell'ingegneria in patria e all'estero è ancora nella fase di esplorazione preliminare e ci sono molti problemi in teoria e applicazione pratica che devono essere risolti urgentemente. In questo documento vengono discussi lo stato della ricerca e le tendenze di sviluppo dei materiali asfaltici modificati con grafene nei campi ingegneristici in patria e all'estero negli ultimi anni e vengono discussi i materiali compositi dell'asfalto modificato con grafene.

1. Stato della ricerca sui nanomateriali di carbonio e sulle peci composite di grafene

1.1 Stato attuale della ricerca estera

Nel campo della ricerca sull'asfalto modificato con nanomateriali di carbonio, MICHELL et al. [12] hanno studiato l'asfalto stradale unidimensionale modificato con nanotubi di carbonio e credevano che l'asfalto composito di nanotubi di carbonio potesse migliorare le prestazioni ad alta temperatura dell'asfalto. YAO et al. [13] hanno utilizzato nanofogli di grafite multistrato per migliorare le prestazioni dell'asfalto alle alte e alle basse temperature; BRCIC [14] ha studiato l'effetto dei nanofogli di grafite sul comportamento dell'asfalto attraverso la classificazione SHRP-PG e ha ritenuto che la durabilità dell'asfalto modificato fosse migliorata e il modulo elastico fosse migliorato. [15-16] ritenevano che i nanofogli di grafite potessero migliorare la sensibilità alla temperatura dell'asfalto, aumentare la resistenza, abbreviare significativamente il processo di compattazione delle miscele di asfalto ed essere adatti per ambienti a temperatura più bassa. ZHOU et al. [17] hanno utilizzato la simulazione molecolare per valutare le proprietà termomeccaniche dell'asfalto modificato con grafene/nanotubi di carbonio e ritenevano che le proprietà termomeccaniche dell'asfalto fossero significativamente migliorate dopo l'aggiunta di grafene o nanotubi di carbonio; ZENG et al. [18] ritenevano che l'ossido di grafite Il grafene potesse migliorare le proprietà anti-invecchiamento e ad alta temperatura, bassa temperatura di diversi tipi di asfalto; LAM [19] ritiene che un contenuto più elevato di ossido di grafene possa migliorare la resistenza, la consistenza, la deformazione e il punto di rammollimento dell'asfalto.HABIB et al. [20] ritengono che l'asfalto di ossido di grafene aiuti a migliorare la resistenza alla deformazione della pavimentazione e a ridurre l'ormaiamento nella pavimentazione.LIU et al. [21] hanno scoperto che l'aggiunta di una miscela di asfalto modificato composito con grafene e fibra di carbonio può portare a un certo grado di miglioramento della stabilità Marshall, della stabilità residua e della stabilità all'ormaiamento della miscela di asfalto, ed è vantaggioso per la resistenza del calcestruzzo asfaltico alle deformazioni. automonitoraggio.LIU et al. [22] hanno scoperto che l'ossido di grafene ha migliorato significativamente la viscosità, l'elasticità alle alte temperature e la resistenza alla deformazione permanente dell'asfalto PG 64-22. Quando si utilizza l'ossido di grafene, una miscela calda di legante per asfalto e olio da cucina esausto per modificare l'asfalto, le prestazioni ad alta temperatura ed eccellenti a bassa temperatura. La ricerca di MORENO-NAVARRO et al. [23] hanno dimostrato che il grafene produrrebbe una risposta più efficace nel legante dell'asfalto, ma la sua capacità di recupero elastico non era buona come quella di altri modificatori dell'asfalto. Inoltre, nella modifica del composito, il grafene potrebbe aumentare la conduttività termica aumentando la conduttività termica. La trasmissibilità per ridurre la sensibilità termica di altri adesivi.[24–25] ha mostrato che l'ottadecilammina (ODA) veniva innestata sulla superficie di nanofogli di grafite (GNP) per generare complessi ODA-GNP attraverso il legame covalente, e quindi i GNP venivano combinati con gli ODA-GNP. L'asfalto modificato SBS modificato composto può migliorare la duttilità, il punto di rammollimento, la permeabilità, la viscoelasticità, la resistenza all'ormaiamento ad alta temperatura e la compatibilità dell'asfalto modificato secondario. Sulla superficie dei nanofogli di grafite, si sono formati compositi (PS-GNP) e l'asfalto modificato con SBS è stato modificato con GNP e PS-GNP e le prestazioni sono state migliorate. La ricerca di Wang et al. [26−28] hanno dimostrato che l'uso di nanofogli di grafite in scaglie e di grafite espansa per materiali compositi di asfalto modificato può portare ad un aumento della viscosità dell'asfalto, una diminuzione dell'energia di attivazione, un aumento dell'assorbanza e della conduttività termica e può migliorare efficacemente il recupero della miscela di asfalto dalla frattura. La capacità di energia e resistenza migliora la capacità di guarigione della miscela di asfalto e la conduttività aumenta con l'aumento della grafite. La ricerca di LI et al. [29] hanno dimostrato che quando l'ossido di grafene veniva miscelato con il legante dell'asfalto, il GO si decomponeva per rilasciare gas CO2, non si verificava alcuna reazione chimica con il legante dell'asfalto e la struttura del GO veniva completamente staccata e dispersa nel legante dell'asfalto. strato singolo.LIU et al. [30] hanno dimostrato che l'aggiunta di una traccia di ossido di grafene può migliorare la viscosità alla temperatura di pavimentazione, l'elasticità alle alte temperature e la resistenza all'ormaiamento degli adesivi non modificati/modificati con SBS. Il meccanismo di modifica del GO sugli adesivi non modificati prevede una reazione chimica e una reazione fisica, ma negli adesivi modificati SBS esiste solo una reazione fisica. GUO et al. [31] hanno utilizzato polvere mista di grafite CNT come legante dell'asfalto, che potrebbe migliorare le proprietà meccaniche dell'asfalto ad alta temperatura.YAO et al. [32] hanno utilizzato nanofogli di grafite per modificare l'asfalto, riducendo l'energia di attivazione dell'asfalto e migliorando le proprietà ad alta e bassa temperatura, il modulo di taglio complesso e la resistenza della miscela di asfalto all'ormaiamento e ai danni causati dall'acqua. CHENG et al. [33] hanno sviluppato una tecnica per generare grandi fogli di grafene su superfici di asfalto. LIU et al. [34] hanno utilizzato la pece di petrolio come materia prima per preparare reti di grafene 3D mediante deposizione chimica di vapore e hanno dimostrato che la pece è una delle fonti di carbonio adatte per il grafene 3D.

1.2 Stato della ricerca nazionale

L'asfalto è un composto polimerico estremamente complesso. Rispetto alla modificazione dei polimeri (come SBS), l'utilizzo di nanocompositi per modificare l'asfalto può ottenere prestazioni migliori, un legante asfaltico più stabile e durevole [35−36]. La ricerca di Sun Lu et al. [37-38] mostra che la modifica superficiale delle nanoparticelle ha un impatto significativo sulle prestazioni dell'asfalto e si ritiene che la miscela di asfalto nano-modificato abbia eccellenti prestazioni stradali globali. Nel maggio 2018, il team di Shen Peikang ha installato con successo asfalto modificato in gomma composita al grafene sull'impalcato principale del ponte di Nanning e ha ritenuto che le prestazioni ad alta temperatura e bassa temperatura, le prestazioni di riduzione del rumore e le prestazioni di incollaggio della pavimentazione dell'impalcato del ponte siano state migliorate [39], Tuttavia, la modifica composita il meccanismo dell'interazione tra grafene e asfalto di gomma non è ancora chiaro. Huang Jinyu et al. [40] hanno mescolato il modificatore SBS e il grafene nell'asfalto di base e hanno scoperto che il grafene aumentava la consistenza dell'asfalto modificato SBS e migliorava le prestazioni dell'asfalto alle alte temperature, ma le prestazioni dell'asfalto alle basse temperature erano peggiorate. Liu Yu et al. [41] ha esposto l'applicazione del grafene nelle strade intelligenti. Applicando il sistema di raccolta dell'energia al grafene e il sistema di energia stradale, è possibile ridurre gli incidenti stradali e fornire idee e soluzioni di sviluppo per future strade intelligenti. Li Qizhong [42] ha scoperto che l'aggiunta di nano-grafite direttamente all'asfalto può migliorare in una certa misura la sensibilità alla temperatura e la stabilità alle alte temperature dell'asfalto. Conclusione, e non esiste una chiara conclusione della ricerca su quale indice utilizzare per giudicare. Han Shan [43] ha scoperto che quando si utilizzano capsule di grafene per riparare crepe nell'asfalto, il tempo e l'effetto di riparazione sono migliori della capacità di riparazione dell'asfalto stesso.

Il ponte di Nanning adotta la tecnologia dell'asfalto modificato in gomma composita al grafene per la pavimentazione dell'impalcato del ponte, che è la prima volta al mondo. Il ponte di Nanning è stato completato nel 2009 ed è uno degli edifici simbolo del Guangxi. Poiché è una struttura a travi scatolari in acciaio, dopo quasi 9 anni di traffico intenso, l'impalcato del ponte ha sofferto di gravi malattie. Il 27 marzo di quest'anno, l'ufficio di gestione dell'ingegneria municipale di Nanning ha iniziato a effettuare una ristrutturazione completa del ponte. Tra questi, la tecnologia dell'asfalto modificato con gomma composita al grafene sviluppata congiuntamente dal team del professor Shen Peikang dell'Università di Guangxi e della Guangxi Zhenglu Machinery Technology Co., Ltd. è stata utilizzata per realizzare l'impalcato del ponte. La pavimentazione risolve molti problemi che tendono a verificarsi sugli impalcati dei ponti con travi scatolari in acciaio.

Per riassumere, nel campo dei trasporti, ci sono poche ricerche correlate sul sistema composito grafene (non ossido di grafene)/asfalto in patria e all’estero. Le ragioni principali sono: 1) I pochi studi esistenti hanno utilizzato nanofogli di grafite oppure l'ossido di grafene è la materia prima del modificatore. I primi non possono soddisfare il numero di strati di carbonio (<10 strati) richiesto dallo standard di definizione del grafene. Dimostrare le proprietà uniche del grafene; allo stesso tempo, il materiale manca di una caratterizzazione strutturale fine (numero di strati di carbonio, distribuzione dello spessore, dimensione del piano, struttura, ecc.) e non è possibile ottenere l'influenza della scala di grafene sulle proprietà dell'asfalto.2) Lo stato di distribuzione spaziale e la modalità di interazione interfacciale dei nanofogli di grafene nell'asfalto sono sconosciuti, la struttura di grafene/asfalto non ha parametri e l'effetto dello stato di dispersione (distribuzione) sulle proprietà del sistema composito (relazione struttura-attività) non ha una conclusione chiara. Il meccanismo di interazione microscopica della pece-grafene non è stato studiato a fondo. 3) La ricerca sulle caratteristiche di comportamento del sistema di materiale composito non è sistematica e completa, e le regole di modifica delle caratteristiche di comportamento chiave della pece di grafene e della miscela di asfalto non sono state padroneggiate e il modello di comportamento non è stato stabilito. Pertanto, la ricerca attuale è ancora limitata alle proprietà macroscopiche ed è nella fase preliminare dell'esplorazione sperimentale, e alle questioni scientifiche chiave come le basi teoriche, il meccanismo d'azione, le caratteristiche strutturali, i metodi di preparazione e le caratteristiche comportamentali delle alte prestazioni i compositi stradali grafene-asfalto non sono chiari. In senso stretto, il meccanismo di potenziamento sinergico, lo stato strutturale, le proprietà fisico-chimiche e le proprietà comportamentali del sistema composito grafene/asfalto necessitano di essere ulteriormente studiati in modo approfondito e sistematico.

2. Studio preliminare su asfalto modificato con grafene

2.1 Intercalazione ed esfoliazione della pece sul grafene

In letteratura [44-45], la miscela di grafite espansa al 2% (aggiunta esternamente, in termini di percentuale di massa di asfalto) e asfalto di grado Zhonghai 70#A è stata miscelata ad una temperatura di 180 °C e una velocità di rotazione di 5000 giri/min per 3 ore. Dopo il taglio meccanico, la grafite espansa nella pece calda (campione A) è stata eluita dalla pece con un solvente e i cambiamenti morfologici sono stati osservati dal microscopio elettronico a scansione (SEM) KYKY2800B. La Figura 1 mostra il confronto della morfologia SEM della grafite espansa eluita dalla pece calda. Dalla Figura 1 (a) si può vedere che i fogli di grafite sono stati intercalati e staccati dall'asfalto e che i fogli di grafite espansa sono spiegazzati e arricciati a causa del movimento termico casuale e hanno la forma di una garza. Si stima che lo spessore dei fogli sia compreso tra diversi strati e decine di strati. Si forma il grafene. I fogli di grafene risultanti sono stati parzialmente dispersi nell'asfalto, che è simile alla struttura e alla morfologia SEM del grafene preparato chimicamente in letteratura [46] (come mostrato in Fig. 1 (b)).

Gli stessi campioni di miscela di grafene e pece sono stati utilizzati per condurre esperimenti di diffrazione di raggi X (XRD). Secondo il calcolo dell'equazione di Bragg, si è scoperto che alcune catene molecolari di pece erano inserite tra i fogli di grafite espansa, che ampliavano la spaziatura tra gli strati e formavano nanostrutture intercalate. (foglio di grafene). La Figura 2 mostra il modello XRD del materiale. Dalla Figura 2 (a) si può vedere che dopo che l'asfalto caldo è stato miscelato con grafite espansa, fuso e tagliato per 3 ore, la struttura ordinata della grafite espansa è stata parzialmente distrutta e alcuni fogli sono stati effettivamente esfoliati in fogli di grafene, formando un più ] (Fig. 2 (b)) con una spaziatura maggiore tra i fogli di grafene. Questo perché alcuni componenti della pece calda entrano tra i fogli di grafene esfoliati, impedendo efficacemente l'intercalazione dei fogli di grafene. Forza inter-π-π.

Gli studi di cui sopra hanno dimostrato che il grafene ha un'affinità con l'asfalto e può essere intercalato o esfoliato dall'asfalto caldo, il che rende più fattibile la preparazione dell'asfalto al grafene attraverso la tecnologia di modifica dei materiali compositi. Se il grafene è uniformemente disperso nell'asfalto, è molto probabile che cambi e migliori notevolmente varie proprietà dell'asfalto.

2.2 Simulazione preliminare di dinamica molecolare dell'interazione tra asfalteni e grafite

I metodi di dinamica molecolare sono strumenti potenti per studiare i sistemi di materia condensata e sono ampiamente utilizzati nella scienza dei materiali, nella biofisica e nella progettazione di farmaci. Utilizzando il software materialsstudio, il modello dell'asfaltene è stato ottimizzato e il sistema NPT è stato utilizzato per simulare la condizione del tempo di rilassamento di 2 ns ed è stato effettuato il calcolo della dinamica molecolare dell'interazione tra l'asfaltene e la superficie della grafite. La Figura 3 mostra il modello computazionale della dinamica molecolare (MD) dell'interazione degli asfalteni con la superficie della grafite. I risultati mostrano che nelle stesse condizioni di calcolo della simulazione, per il sistema di materiale adsorbito con un numero atomico di 3000, l'energia di adsorbimento della superficie dell'asfaltene e della grafite è equivalente a quella della molecola di resina epossidica (E51) ed è la differenza tra l'energia di adsorbimento della molecola d'acqua e della superficie di grafite. È pari al 94% di quello dell'azoto metil pirrolidone (NMP, un solvente di dispersione del grafene comunemente usato), indicando che esiste una forte interazione tra asfalteni e fogli di grafite e il grafene ha un impatto sulla struttura dei colloidi dell'asfalto. L'asfalto stesso è una struttura colloidale con asfalteni solidi come dispersioni. Poiché gli asfalteni sono strutture simili a scaglie di idrocarburi aromatici condensati, queste molecole in scaglie hanno interazioni π-π di anelli aromatici, risultando in alcuni asfalteni anche impilati in strati. La struttura esiste. La Figura 4 mostra la simulazione della struttura supramolecolare formata dall'interazione di asfalteni e grafite. Attraverso l'analisi computazionale, si ipotizza che l'interazione tra il foglio di asfalteni e il foglio di grafene gigante (relativo al foglio di asfalteni) sia più forte dell'interazione tra i singoli fogli dell'asfalteni stesso. Pertanto, assorbendo le molecole monostrato di asfalteni sulla superficie del grafene, è molto possibile separare la struttura impilata degli asfalteni per formare un struttura supramolecolare con fogli di grafene come piano basale.

2.3 Studio preliminare sulle proprietà della pece di grafene

Prendendo l'asfalto base Zhonghai n. 70 come riferimento dell'asfalto originale, utilizzando il grafene prodotto da Deyang Carbon Technology Co., Ltd., impostando le stesse identiche condizioni di prova, utilizzando un forte metodo di taglio meccanico (5000 giri/min, 160 ℃, 30 min), taglio ad alta velocità Sono state preparate miscele di pece di grafene con diverso contenuto di grafene (0,5%, 1,0%, 2,0% e doping esterno) e la penetrazione, dinamometrica sono stati testati la duttilità, il punto di rammollimento e la viscosità Brookfield a 135°C [48–49]. Sono stati eseguiti più esperimenti paralleli e i dati sono stati riepilogati dopo l'analisi normale, come mostrato nelle Tabelle 1-3.

La tabella 1 mostra l'effetto della qualità dell'incorporazione del grafene e della temperatura di prova sulla penetrazione e sul punto di rammollimento della miscela di pece di grafene. Dalla tabella 1 si può vedere che con l'aumento del contenuto di grafene, la legge di cambiamento della penetrazione della miscela di pece di grafene non è significativa tra 5 e 25 °C, ma a 30 °C, la penetrazione della miscela mostra una tendenza al ribasso, indicando che il grafene La miscela di asfalto può indurire l'asfalto quando la temperatura è più alta. Allo stesso tempo, il punto di rammollimento della miscela grafene-asfalto è superiore a quello dell’asfalto di base, il che dimostra che l’incorporazione di grafene può migliorare le prestazioni dell’asfalto alle alte temperature. La legge mutevole del punto di rammollimento necessita di ulteriori studi.

La Tabella 2 mostra gli effetti della qualità dell'incorporazione del grafene e della temperatura di prova sulla duttilità dinamometrica delle miscele grafene-pece. Dalla Tabella 2 si può vedere che alla stessa temperatura, con l'aumento della quantità di drogaggio del grafene, la resistenza alla trazione della miscela aumenta continuamente, indicando che il grafene può migliorare notevolmente la capacità dell'asfalto di resistere alla deformazione; quando la temperatura di prova è 10~15 °C, il passo del grafene. La duttilità della miscela è inferiore alla duttilità della matrice dell'asfalto, ma la forza di trazione aumenta, il che dimostra che l'incorporazione del grafene ha un effetto sulla viscoelasticità dell'asfalto e la sua regolarità deve ancora essere ulteriormente studiata. Ancora più importante, quando si testa la duttilità a 5°C, il passo della matrice produce una frattura fragile, mentre la duttilità e la resistenza alla trazione dell'asfalto la miscela grafene-pece aumenta con l'aumento del contenuto di grafene. Quando si aggiunge il 2,0% di grafene, la duttilità dell'asfalto aumenta in modo significativo, la duttilità raggiunge 7,73 cm, ovvero 33,6 volte quella dell'asfalto di base, la forza di trazione massima è 2,4 volte quella dell'asfalto di base e anche più di 1,5 volte quella dell'asfalto modificato SBS [50], e l'energia di frattura richiesta è la più grande. Gli studi hanno dimostrato che il grafene può migliorare notevolmente la tenacità alla frattura e la resistenza alla trazione dell'asfalto in ambiente a bassa temperatura e ha un significativo effetto di miglioramento sulle proprietà meccaniche dell'asfalto.

La tabella 3 mostra l'effetto della qualità dell'incorporazione del grafene sulla viscosità Brookfield delle miscele di pece di grafene. Dalla tabella 3 si può vedere che con l'aumento della qualità dell'incorporazione del grafene, la viscosità della miscela aumenta gradualmente, il che dimostra ancora una volta che l'incorporazione del grafene porta a cambiamenti nella viscoelasticità dell'asfalto, che migliora notevolmente le prestazioni dell'asfalto alle alte temperature.

I parametri reologici della miscela grafene-asfalto sono stati testati mediante test reologico di taglio dinamico ed è stata trovata la regola di cambiamento della viscoelasticità. Il relativo test è stato completato sul reometro dinamico a taglio BohlinDSRI. È stata utilizzata la modalità di controllo della deformazione, la deformazione è stata impostata al 12% e il diametro era di 25 mm di diametro dell'albero rotante, con un piccolo spazio di 1000 μm; la velocità di oscillazione del test è 10,0 rad/s e i dati del test di classificazione SHRP-PG delle miscele di pece di grafene con contenuti diversi sono mostrati nella Tabella 4.

Dalla tabella 4 si può vedere che a causa dell'ampio intervallo di temperature della classificazione PG ad alta temperatura SHRP, ci sono casi in cui la miscela di grafene-pece con diverso contenuto di grafene e il passo della matrice sono allo stesso livello di temperatura e il livello di alta temperatura è PG64, ma il reale Quando il contenuto di grafene era 1,0% e 2,0%, il grado di alta temperatura della miscela di asfalto era vicino a PG70. Cioè, il fattore anti-corrosione G*/sinδ aumenta in modo significativo con l'aumento del contenuto di grafene, indicando che la capacità di recupero elastico e la capacità anti-corrosione dell'asfalto vengono continuamente migliorate e le prestazioni alle alte temperature sono state notevolmente migliorate.

L'effetto del grafene sulle proprietà dell'asfalto è stato continuato a essere valutato utilizzando un test di recupero di creep ripetitivo multi-stress (MSCR). Il test è stato eseguito su un reometro a taglio dinamico BohlinDSRI in modalità di controllo dello stress con sollecitazioni di 0,1 e 3,2 kPa e una temperatura di prova di 64°C. Ogni ciclo di creep viene caricato per 1 s e scaricato per 9 s, e il numero di ripetizioni è 100 [52]. I risultati del test sono mostrati nella Tabella 5.

Secondo la Tabella 5, le proprietà delle miscele di pece di grafene con diverse qualità di incorporazione in termini di recupero della deformazione possono essere distinte in modo significativo. Con l'aumento del contenuto di grafene, la conformità al creep non recuperabile sotto stress di 0,1 e 3,2 kPa ha mostrato una tendenza decrescente e il tasso di recupero elastico ha mostrato una tendenza crescente, il che dimostra che l'incorporazione della pece di grafene ha una grande influenza sulle proprietà reologiche della pece. . In condizioni di basso stress, la capacità di recupero elastico della miscela grafene-asfalto allo 0,5% è significativamente superiore a quella dell'asfalto matrice, e la capacità di recupero elastico della miscela grafene-asfalto all'1,0% e al 2,0% è molto significativa; ad alto A livello di stress, il tasso di recupero medio delle miscele di grafene-asfalto a tre dosaggi è elevato e la conformità al creep non recuperabile è bassa, il che dimostra che l'incorporazione di grafene rende buona la capacità di recupero elastico dell'asfalto e la deformazione plastica permanente residua è piccola.

Dall'analisi di cui sopra si può vedere che l'incorporazione del grafene ha un impatto significativo sul comportamento dell'asfalto e può migliorare le caratteristiche dell'asfalto. Tuttavia, a causa del metodo di preparazione imperfetto dei materiali compositi nello studio, le proprietà uniche del grafene non possono essere completamente dimostrate e l’asfalto al grafene non può essere rivelato. Il meccanismo d'azione dei materiali compositi e la creazione di teorie guida, per la selezione e l'azione dei tensioattivi, la valutazione dell'omogeneità dei materiali compositi, l'efficienza dell'intercalazione, le caratteristiche dei cambiamenti su scala nanometrica, la correlazione e l'influenza di fattori, caratteristiche comportamentali e le loro leggi mutevoli e altre questioni scientifiche chiave. Entrambi richiedono una ricerca approfondita.

3. Conclusione

1) Vengono esaminati lo stato della ricerca e le tendenze di sviluppo dei materiali compositi a base di asfalto modificato con grafene nel campo dell'ingegneria civile in patria e all'estero e si ritiene che l'attuale ricerca correlata sia ancora nella fase iniziale di esplorazione.

2) I materiali in grafene possono migliorare varie proprietà dei materiali asfaltici; tuttavia, è necessario studiare ulteriormente questioni chiave come il sistema di composizione del materiale e il metodo di preparazione, il meccanismo di funzionamento della sinergia e del sistema di supporto teorico e la legge di cambiamento delle caratteristiche comportamentali chiave.

3) Il grafene ha un'affinità con l'asfalto e il grafene può essere intercalato o esfoliato dall'asfalto caldo per formare una struttura supramolecolare con fogli di grafene come piano basale e migliorare significativamente il comportamento della miscela.

4) I risultati della ricerca forniscono una base di ricerca e prove per l'uso del grafene per migliorare in modo completo i materiali asfaltici e hanno effetti di illuminazione e promozione sulla preparazione e applicazione dell'asfalto al grafene utilizzando la tecnologia di modifica dei compositi.

Zhang Xia, Huang Gang, Zhou Chao, Yuan Xiaoya, He Junxi, Feng Manman, Liu Zhao (Laboratorio congiunto nazionale e locale di ingegneria per i trasporti e i materiali di ingegneria civile dell'Università Jiaotong di Chongqing, Chongqing, 400074)

Fonte: Journal of Central South University (Natural Science Edition), luglio 2019

Autore: Huang Gang, Ph.D., professore, impegnato nella ricerca sulla struttura stradale e sui materiali, E-mail: hg_2004 126.com