특수한 구조와 우수한 성능을 지닌 2차원 탄소나노물질인 그래핀을 토목공학에 적용하면 공학소재의 성능을 종합적으로 향상시키고 그래핀의 응용 분야를 확대할 수 있다. 최근 국내외 토목공학 분야 그래핀-아스팔트 복합재의 연구 현황 및 개발 동향을 검토한 결과, 그래핀을 아스팔트에 접목시키면 도로 성능은 향상되는 것으로 나타났으나, 그래핀-아스팔트 구조의 미세한 특성 규명 등 관련 연구가 부족한 것으로 나타났다. 그래핀-아스팔트의 고유 거동에 대한 미시적 작용 메커니즘, 그래핀-아스팔트와 아스팔트 혼합물의 주요 거동 특성 변화 법칙 및 그래핀-아스팔트 복합재료 시스템. 그래핀은 피치 70에 포함되었으며, 그래핀 피치 혼합물은 거시적 및 미시적 연구 방법을 사용하여 초기에 탐색되었습니다. 연구 결과는 그래핀이 아스팔트에 대한 친화성을 가지며 뜨거운 아스팔트에 삽입되거나 박리되어 그래핀 시트를 기본으로 하는 초분자 구조를 형성할 수 있음을 보여줍니다. 기초면; 그래핀을 첨가하면 아스팔트의 거동, 특히 저온 성능이 크게 향상됩니다.
그래핀은 C 원자와 sp2 전자 궤도의 혼성화에 의해 형성된 벌집 모양의 2차원 나노물질입니다. 최근 몇 년 동안 그래핀은 독특한 구조, 우수한 특성 및 광범위한 응용 전망으로 인해 전자, 정보, 에너지, 재료, 환경 보호 및 생물의학 분야에서 연구 핫스팟이 되었습니다[1-11]. 그래핀 준비 기술은 긍정적인 진전을 이루었으며, 이는 그래핀의 기초 연구 및 응용 개발을 위한 원료 보장을 제공합니다. 이론적 연구이든 엔지니어링 응용이든, 그래핀과 그 파생 그래핀 복합 재료는 큰 과학적 중요성과 응용을 보여주었습니다. 중국에서는 1~10층 사이의 탄소 원자층을 갖는 그래핀 및 관련 파생물을 총칭하여 그래핀 소재라고 합니다. 그 중 그래핀은 단순한 탄소 원자로 이루어진 준이차원 구조를 갖고 있다. 동시에, 그래핀의 탄소층은 -NH2, -COOH, -OH, -C=O 및 -O-와 결합하여 기능화된 그래핀을 형성할 수 있으며, 현재 주로 산화 그래핀(GO) 및 아미노화 그래핀(TNRGON)을 포함합니다. 그래핀 재료를 토목 공학 분야에 적용하고 그래핀-아스팔트 복합 재료에 대한 연구를 수행하면 다양한 환경에서 엔지니어링 재료가 더 나은 성능과 장수명을 얻고 서비스 비용을 절감할 수 있으며, 또한 그래핀 재료를 제공할 수 있습니다. 기능적 특성. 화학 응용은 새로운 발전 방향을 제시한다. 현재 국내외 공학계의 그래핀 복합 개질 아스팔트 재료에 대한 연구는 아직 예비 탐색 단계에 있으며, 시급히 해결해야 할 이론 및 실제 응용에 많은 문제가 있다. 본 논문에서는 최근 국내외 공학 분야의 그래핀 개질 아스팔트 재료의 연구 현황 및 개발 동향을 논의하고, 그래핀 개질 아스팔트 복합재료에 대해 논의한다.
1. 탄소나노소재 및 그래핀 복합피치의 연구현황
1.1 해외 연구 현황
탄소나노재료를 개질한 아스팔트 연구 분야에서는 MICHELL et al. [12]는 1차원 탄소나노튜브로 변형된 도로 아스팔트를 연구했으며, 탄소나노튜브 복합 아스팔트가 아스팔트의 고온 성능을 향상시킬 수 있다고 믿었습니다. YAO et al. [13] 아스팔트의 고온 및 저온 성능을 향상시키기 위해 다층 흑연 나노 시트를 사용했습니다. BRCIC[14]는 SHRP-PG 분류를 통해 흑연 나노시트가 아스팔트 거동에 미치는 영향을 연구한 결과 개질 아스팔트의 내구성이 향상되고 탄성계수가 향상된다고 믿었다. [15-16] 흑연 나노시트는 아스팔트의 온도 민감도를 향상시키고 강도를 높이며 아스팔트 혼합물의 압축 과정을 크게 단축하고 저온 환경에 적합할 수 있다고 믿었습니다. ZHOU et al. [17] 그래핀/탄소나노튜브 개질 아스팔트의 열역학적 특성을 평가하기 위해 분자 시뮬레이션을 사용했으며, 그래핀 또는 탄소나노튜브를 첨가한 후 아스팔트의 열역학적 특성이 크게 향상되었다고 믿었습니다. ZENG et al. [18] 산화 흑연 그래핀은 다양한 유형의 아스팔트의 고온, 저온 및 노화 방지 특성을 향상시킬 수 있다고 믿었습니다. LAM [19]은 산화 그래핀 함량이 높을수록 아스팔트의 강도, 일관성, 변형 및 연화점이 향상될 수 있다고 믿습니다. HABIB et al. [20] 산화 그래핀 아스팔트는 포장 도로의 변형 저항을 향상시키고 포장 도로의 바퀴 자국을 줄이는 데 도움이 된다고 믿습니다. LIU et al. [21]은 그래핀과 탄소섬유 복합 개질 아스팔트 혼합물을 첨가하면 아스팔트 혼합물의 마샬 안정성, 잔류 안정성 및 바퀴자국 안정성이 어느 정도 향상될 수 있으며 변형에 대한 아스팔트 콘크리트의 저항성에 도움이 된다는 것을 발견했습니다. 자체 모니터링.LIU et al. [22] 산화 그래핀이 PG 64-22 아스팔트의 점도, 고온 탄성 및 영구 변형 저항을 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다. 그래핀옥사이드를 따뜻한 혼합 아스팔트 바인더와 폐식용유를 섞어 아스팔트를 개질할 경우 고온 및 저온 성능이 우수하다. MORENO-NAVARRO 등의 연구. [23]은 그래핀이 아스팔트 바인더에서 더 효과적인 반응을 생성하지만 탄성 회복 능력은 다른 아스팔트 개질제만큼 좋지 않다는 것을 보여주었습니다. 또한, 복합 변형에서 그래핀은 열전도도를 증가시켜 열전도도를 높일 수 있습니다. 다른 접착제의 열 민감도를 줄이기 위한 투과성[24-25]은 옥타데실아민(ODA)을 흑연 나노시트(GNP) 표면에 접목하여 공유 결합을 통해 ODA-GNPs 복합체를 생성한 다음 GNP를 ODA-GNP와 결합시키는 것을 보여주었습니다. 복합 변성 SBS 변성 아스팔트는 2차 변성 아스팔트의 연성, 연화점, 투과성, 점탄성, 고온 바퀴 자국 방지 및 상용성을 향상시킬 수 있습니다. 흑연나노시트 표면에는 복합재(PS-GNPs)가 형성되었으며, SBS 개질 아스팔트는 GNP와 PS-GNPs로 개질되어 성능이 향상되었다. Wang et al. [26-28]은 복합 개질 아스팔트 재료에 편상 흑연 및 팽창 흑연 나노 시트를 사용하면 아스팔트 점도 증가, 활성화 에너지 감소, 흡광도 및 열전도도 증가로 이어질 수 있으며 파괴로부터 아스팔트 혼합물의 회복을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다. 에너지와 강도의 능력은 아스팔트 혼합물의 치유능력을 향상시키며, 흑연의 증가에 따라 전도성이 증가한다. LI et al. [29]는 산화 그래핀을 아스팔트 바인더와 혼합하면 GO가 분해되어 CO2 가스를 방출하고 아스팔트 바인더와 화학 반응이 없으며 GO 구조가 완전히 벗겨져 아스팔트 바인더에 분산되는 것을 보여주었다. 단일 레이어.LIU et al. [30] 미량의 산화 그래핀을 첨가하면 변형되지 않은/SBS 변형된 접착제의 포장 온도 점도, 고온 탄성 및 바퀴 자국 방지가 향상될 수 있음을 보여주었습니다. 개질되지 않은 접착제에 대한 GO의 개질 메커니즘에는 화학 반응과 물리적 반응이 있지만 SBS 개질 접착제에는 물리적 반응만 존재합니다.GUO et al. [31]은 혼합 CNT 흑연 분말을 아스팔트 바인더로 사용하여 고온에서 아스팔트의 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다. YAO et al. [32]는 아스팔트를 개질하기 위해 흑연 나노시트를 사용했는데, 이는 아스팔트의 활성화 에너지를 감소시키고 고온 및 저온 특성, 복합 전단 계수, 바퀴 자국 및 물 손상에 대한 아스팔트 혼합물 저항성을 향상시켰습니다.CHENG et al. [33]은 아스팔트 표면에 큰 그래핀 시트를 생성하는 기술을 개발했습니다. LIU et al. [34]는 석유 피치를 원료로 사용하여 화학 기상 증착으로 3D 그래핀 네트워크를 제조했으며 피치가 3D 그래핀에 적합한 탄소 공급원 중 하나임을 입증했습니다.
1.2 국내 연구 현황
아스팔트는 매우 복잡한 고분자 화합물입니다. 고분자 개질(예: SBS)과 비교하여 나노복합재를 사용하여 아스팔트를 개질하면 더 나은 성능, 더 안정적이고 내구성이 있는 아스팔트 바인더를 얻을 수 있습니다[35-36]. Sun Lu et al. [37-38]은 나노입자의 표면 개질이 아스팔트 성능에 중요한 영향을 미친다는 것을 보여주며, 나노 개질 아스팔트 혼합물은 우수한 종합적인 도로 성능을 가지고 있다고 믿어집니다. 2018년 5월 Shen Peikang 팀은 Nanning Bridge의 주 교량 상판에 그래핀 복합 고무 개질 아스팔트를 성공적으로 설치했으며 교량 상판 포장의 고온, 저온 성능, 소음 감소 성능 및 접착 성능이 향상되었다고 믿었습니다[39]. 그래핀과 고무 아스팔트 사이의 상호작용은 아직 불분명합니다. Huang Jinyu et al. [40]은 SBS 개질제와 그래핀을 기본 아스팔트에 혼합한 결과, 그래핀이 SBS 개질 아스팔트의 농도를 높이고 아스팔트의 고온 성능을 향상시켰으나 아스팔트의 저온 성능은 저하된다는 사실을 발견했습니다. Liu Yu et al. [41]은 스마트 도로에 그래핀을 적용하는 방법을 설명했습니다. 그래핀 에너지 하베스팅 시스템과 도로 에너지 시스템을 적용함으로써 교통사고를 줄일 수 있고, 미래 스마트 도로를 위한 개발 아이디어와 솔루션을 제공할 수 있다. Li Qizhong[42]은 나노 흑연을 아스팔트에 직접 첨가하면 아스팔트의 온도 민감도와 고온 안정성을 어느 정도 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다. 결론, 그리고 판단하기 위해 어떤 지표를 사용해야 하는지에 대한 명확한 연구 결론은 없습니다. Han Shan [43]은 그래핀 캡슐을 사용하여 아스팔트 균열을 수리할 때 수리 시간과 효과가 아스팔트 자체의 수리 능력보다 낫다는 것을 발견했습니다.
난닝 교량은 세계 최초로 교량 데크 포장에 그래핀 복합 고무 개질 아스팔트 기술을 채택했습니다. 난닝 교량은 2009년에 완공되었으며 광시의 랜드마크 건물 중 하나입니다. 강철 상자 거더 구조이기 때문에 거의 9년간의 교통 정체로 인해 교량 데크가 심각한 질병에 시달렸습니다. 올해 3월 27일 난닝 시 엔지니어링 관리 사무소는 교량에 대한 포괄적인 종합 개조 공사를 시작했습니다. 그중에서도 광시대학교 Shen Peikang 교수팀과 Guangxi Zhenglu Machinery Technology Co., Ltd.가 공동으로 개발한 그래핀 복합 고무 개질 아스팔트 기술이 교량 데크를 수행하는 데 사용되었습니다. 포장은 강박스거더 교량 상판에서 발생하기 쉬운 많은 문제를 해결합니다.
정리하자면, 교통분야에서는 그래핀(비그래핀옥사이드)/아스팔트 복합시스템에 관한 국내외 관련 연구가 거의 없는 실정이다. 주된 이유는 다음과 같습니다. 1) 기존 연구에서는 흑연 나노시트를 사용하거나 산화 그래핀을 개질제의 원료로 사용하는 경우가 거의 없습니다. 전자는 그래핀 정의 기준에서 요구하는 탄소층 수(<10층)를 충족하지 못한다. 그래핀의 독특한 특성을 보여줍니다. 동시에 재료에는 미세한 구조적 특성(탄소 층 수, 두께 분포, 평면 크기, 구조 등)이 부족하고 그래핀 스케일이 아스팔트 특성에 미치는 영향을 얻을 수 없습니다. 2) 아스팔트에서 그래핀 나노시트의 공간 분포 상태 및 계면 상호 작용 모드는 알려져 있지 않으며, 그래핀/아스팔트 구조에는 매개변수가 없으며 분산(분포) 상태가 복합 시스템 특성(구조-활성 관계)에 미치는 영향은 명확한 결론이 없습니다. 그래핀-피치의 미시적 상호작용 메커니즘은 깊이 연구되지 않았다.3) 복합재료 시스템의 거동 특성에 대한 연구는 체계적이고 포괄적이지 않으며, 그래핀 피치와 아스팔트 혼합물의 주요 거동 특성의 변화 규칙이 숙달되지 않았고 거동 모델도 확립되지 않았다. 따라서 현재 연구는 아직 거시적 특성에 국한되어 실험 탐구의 예비 단계에 있으며, 그래핀 피치의 이론적 기초, 작용 메커니즘, 구조적 특성, 제조 방법 및 거동 특성과 같은 주요 과학적 문제는 고성능 도로 그래핀-아스팔트 복합재는 명확하지 않습니다. 엄밀한 의미에서 그래핀/아스팔트 복합 시스템의 시너지 향상 메커니즘, 구조 상태, 물리화학적 특성 및 거동 특성에 대한 심층적이고 체계적인 연구가 더 필요합니다.
2. 그래핀 개질 아스팔트에 대한 예비연구
2.1 그래핀의 피치 삽입 및 박리
문헌[44-45]에서는 팽창흑연(아스팔트 질량 백분율 기준으로 외부 첨가) 2%와 Zhonghai 70#A 등급 아스팔트의 혼합물을 180°C의 온도와 5000r/min의 회전 속도에서 3시간 동안 혼합했습니다. 기계적 전단 후 핫피치(시료 A)의 팽창흑연을 용매를 이용하여 피치로부터 용출시키고 그 형태변화를 KYKY2800B 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였다. 그림 1은 핫피치에서 용출된 팽창흑연의 SEM 형태비교를 나타낸 것이다. 그림 1(a)를 보면 흑연시트가 아스팔트에 의해 삽입되어 박리되면서 팽창흑연시트에 주름이 생기고, 무작위 열 운동으로 인해 말려 있으며 거즈 모양입니다. 시트의 두께는 수~수십 겹으로 추정된다. 그래핀이 형성됩니다. 생성된 그래핀 시트는 아스팔트에 부분적으로 분산되었으며, 이는 문헌[46]의 화학적으로 제조된 그래핀의 SEM 구조 및 형태와 유사합니다(그림 1(b) 참조).
동일한 그래핀-피치 혼합 샘플을 사용하여 X선 회절(XRD) 실험을 수행했습니다. 브래그 방정식 계산에 따르면 팽창된 흑연 시트 사이에 일부 피치 분자 사슬이 삽입되어 층간 간격이 확장되고 삽입된 나노구조가 형성되는 것으로 나타났습니다. 그림 2는 재료의 XRD 패턴을 보여줍니다. 그림 2(a)에서 볼 수 있듯이 뜨거운 아스팔트를 팽창 흑연과 혼합하고 3시간 동안 용융 및 전단한 후 팽창 흑연의 정렬된 구조가 부분적으로 파괴되고 일부 시트가 효과적으로 박리되어 그래핀 시트 사이에 더 큰 간격을 갖는 더 많은 ](그림 2(b))를 형성하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 핫피치의 일부 성분이 박리된 그래핀 시트 사이로 들어가며, 이것이 층간 삽입을 통해 그래핀 시트를 효과적으로 방지하기 때문입니다. Inter-π-π 힘.
위의 연구는 그래핀이 아스팔트에 대한 친화력을 가지며 뜨거운 아스팔트에 삽입되거나 박리될 수 있음을 입증했으며, 이는 재료 복합 변형 기술을 통해 그래핀 아스팔트 제조의 실현 가능성을 높였습니다. 그래핀이 아스팔트에 균일하게 분산되면 아스팔트의 다양한 특성이 크게 변화하고 향상될 가능성이 매우 높습니다.
2.2 아스팔텐과 흑연 사이의 상호작용에 대한 예비 분자 역학 시뮬레이션
분자 역학 방법은 응집 물질 시스템을 연구하기 위한 강력한 도구이며 재료 과학, 생물 물리학 및 약물 설계에 널리 사용됩니다. materialsstudio 소프트웨어를 사용하여 아스팔텐 모델을 최적화하고 NPT 시스템을 사용하여 2ns 이완 시간 조건을 시뮬레이션했으며 아스팔텐과 흑연 표면 간의 상호 작용에 대한 분자 역학 계산을 수행했습니다. 그림 3은 아스팔텐과 흑연 표면의 상호 작용에 대한 분자 역학(MD) 계산 모델을 보여줍니다. 결과는 다음과 같습니다. 동일한 시뮬레이션 계산 조건에서 원자 번호 3000의 흡착 물질 시스템에 대해 아스팔텐과 흑연 표면의 흡착 에너지는 에폭시 수지(E51) 분자의 흡착 에너지와 동일하며 물 분자와 흑연 표면의 흡착 에너지의 차이입니다. 질소메틸피롤리돈(NMP, 일반적으로 사용되는 그래핀 분산용매)의 94% 수준으로 아스팔텐과 흑연시트 사이에 강한 상호작용이 있음을 나타내며, 그래핀은 아스팔트 콜로이드 구조에 영향을 미친다. 아스팔트 자체는 고체 아스팔텐을 분산액으로 한 콜로이드 구조이다. 아스팔텐은 응축된 방향족 탄화수소의 플레이크형 구조이기 때문에 이러한 플레이크 분자는 방향족 고리의 π-π 상호작용을 가지며 일부 아스팔텐도 층으로 쌓이게 됩니다. 구조가 존재합니다. 그림 4는 아스팔텐과 흑연의 상호 작용에 의해 형성된 초분자 구조의 시뮬레이션을 보여줍니다. 계산 분석을 통해 아스팔텐 시트와 거대한 그래핀 시트 간의 상호 작용(아스팔텐 시트에 비해)이 아스팔텐 자체의 개별 시트 간의 상호 작용보다 더 강한 것으로 추측됩니다. 따라서 그래핀 표면에 아스팔텐의 단층 분자를 흡착함으로써 아스팔텐의 적층 구조를 분리하여 형성하는 것이 매우 가능합니다. 그래핀 시트를 기본 평면으로 갖는 초분자 구조.
2.3 그래핀 피치의 특성에 대한 예비 연구
Zhonghai No. 70 기본 아스팔트를 원본 아스팔트 기준으로 Deyang Carbon Technology Co., Ltd.에서 생산한 그래핀을 사용하고 완전히 동일한 테스트 조건을 설정하고 강력한 기계적 전단 방법(5000r/min, 160℃, 30min)을 사용하여 고속 전단 그래핀 함량이 다른 그래핀 피치 혼합물(0.5%, 1.0%, 2.0% 및 외부 도핑)을 제조하고 침투, 동력계 135°C에서 연성, 연화점 및 Brookfield 점도를 테스트했습니다[48-49]. 다수의 병렬 실험을 수행하였고, 정규 분석 후 데이터를 요약하여 표 1-3에 나타내었다.
표 1은 그래핀 피치 혼합물의 침투 및 연화점에 대한 그래핀 혼입 품질 및 시험 온도의 영향을 보여줍니다. 표 1에서 볼 수 있듯이, 그래핀 함량이 증가함에 따라 그래핀 피치 혼합물의 침투 변화 법칙은 5~25°C에서 유의미하지 않지만, 30°C에서는 혼합물의 침투가 하향 추세를 나타내며, 이는 온도가 높을수록 그래핀 아스팔트 혼합물이 아스팔트를 경화시킬 수 있음을 나타냅니다. 동시에, 그래핀-아스팔트 혼합물의 연화점은 기본 아스팔트보다 높으며, 이는 그래핀을 첨가하면 아스팔트의 고온 성능을 향상시킬 수 있음을 입증합니다. 연화점의 변화하는 법칙에 대해서는 추가 연구가 필요합니다.
표 2는 그래핀-피치 혼합물의 동력학적 연성에 대한 그래핀 통합 품질 및 시험 온도의 영향을 보여줍니다. 동일한 온도에서 그래핀 도핑량이 증가함에 따라 혼합물의 인장 강도가 지속적으로 증가한다는 것을 표 2에서 볼 수 있으며, 이는 그래핀이 변형에 저항하는 아스팔트의 능력을 크게 향상시킬 수 있음을 나타냅니다. 시험 온도가 10~15°C일 때, 그래핀 피치 혼합물의 연성은 매트릭스 아스팔트의 연성보다 작지만 인장력은 증가합니다. 이는 그래핀의 혼입이 아스팔트의 점탄성에 영향을 미치며 규칙성에 대한 추가 연구가 필요하다는 것을 증명합니다. 더 중요한 것은 5°C에서 연성을 테스트할 때 매트릭스 피치가 취성 파괴를 일으키는 반면 아스팔트의 연성 및 인장 강도는 증가한다는 것입니다. 그래핀 함량이 증가함에 따라 그래핀-피치 혼합물도 증가합니다. 2.0% 그래핀을 첨가하면 아스팔트의 연성이 크게 증가하여 연성은 7.73 cm에 이르며 이는 기본 아스팔트의 33.6배이며 최대 인장력은 기본 아스팔트의 2.4배, 심지어 SBS 개질 아스팔트의 1.5배 이상이며[50] 필요한 파괴 에너지가 가장 크다. 연구에 따르면 그래핀은 저온 환경에서 아스팔트의 파괴 인성과 인장 강도를 크게 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 아스팔트의 기계적 성질을 크게 향상시키는 효과가 있습니다.
표 3은 그래핀 피치 혼합물의 브룩필드 점도에 대한 그래핀 혼입 품질의 영향을 보여줍니다. 표 3에서 볼 수 있듯이 그래핀 혼입 품질이 증가함에 따라 혼합물의 점도도 점차 증가하며, 이는 그래핀 혼입이 아스팔트의 점탄성 변화로 이어져 아스팔트의 고온 성능이 크게 향상된다는 것을 다시 한번 입증합니다.
그래핀-아스팔트 혼합물의 유변학적 매개변수를 동적 전단 유변학적 시험을 통해 시험하였고, 점탄성의 변화 규칙을 알아냈다. BohlinDSRI 동적 전단 레오미터에서 관련 테스트가 완료되었습니다. 변형률 제어 모드가 사용되었으며 변형률은 12%로 설정되었으며 직경은 25mm 큰 회전 샤프트, 1000μm 작은 간격이었습니다. 시험 진동 속도는 10.0rad/s이며, 함량이 다른 그래핀 피치 혼합물의 SHRP-PG 분류 시험 데이터는 표 4에 나와 있습니다.
표 4를 보면 SHRP 고온 PG 분류의 온도 범위가 크기 때문에 그래핀 함량과 매트릭스 피치가 다른 그래핀-피치 혼합물이 동일한 온도 수준에 있는 경우가 있고, 고온 수준이 PG64인 경우가 있으나 실제 그래핀 함량이 1.0%와 2.0%일 경우 아스팔트 혼합물의 고온 등급은 PG70에 가까웠다는 것을 알 수 있다. 즉, 바퀴벌레 방지 인자 G*/sinδ가 증가한다. 그래핀 함량이 증가함에 따라 아스팔트의 탄성회복능력과 바퀴자국 방지 능력이 지속적으로 향상되고 고온 성능이 크게 향상되었음을 나타냅니다.
아스팔트 특성에 대한 그래핀의 영향은 다중 응력 반복 크리프 회복 테스트(MSCR)를 사용하여 계속 평가되었습니다. 이 테스트는 응력 제어 모드에서 0.1 및 3.2 kPa의 응력과 64°C의 테스트 온도로 BohlinDSRI 동적 전단 레오미터에서 수행되었습니다. 각 크리프 사이클은 1초 동안 로드되고 9초 동안 언로드되며 반복 횟수는 100입니다[52]. 시험 결과를 표 5에 나타내었다.
Table 5에 따르면, 결합 특성이 서로 다른 그래핀 피치 혼합물의 변형 회복 측면에서 특성이 크게 구분될 수 있다. 그래핀 함량이 증가함에 따라 0.1 및 3.2 kPa 응력 하에서 회복 불가능한 크리프 컴플라이언스는 감소하는 경향을 보이고, 탄성 회복률은 증가하는 경향을 나타내어 그래핀 피치의 결합이 피치의 유변학적 특성에 큰 영향을 미친다는 것을 입증한다. .낮은 응력 하에서 0.5% 그래핀-아스팔트 혼합물의 탄성 회복 능력은 매트릭스 아스팔트보다 상당히 높으며, 1.0% 및 2.0% 그래핀-아스팔트 혼합물의 탄성 회복 능력은 매우 중요합니다. 응력 수준에서 3가지 용량의 그래핀-아스팔트 혼합물의 평균 회복률은 높고, 회복 불가능한 크리프 컴플라이언스는 낮습니다. 이는 그래핀을 첨가하면 아스팔트 탄성 회복 능력이 좋아지고 잔류 영구 소성 변형이 작다는 것을 증명합니다.
위의 분석을 통해 그래핀의 첨가는 아스팔트의 거동에 큰 영향을 미치고 아스팔트의 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 그러나 이번 연구에서는 복합재료의 불완전한 제조방법으로 인해 그래핀의 고유한 특성을 충분히 발휘할 수 없고, 그래핀 아스팔트도 밝힐 수 없다. 계면활성제의 선택과 작용, 복합재료의 균질성 평가, 삽입 효율, 나노크기 변화의 특성, 요인의 상관관계와 영향, 행동 특성과 그 변화 법칙 및 기타 주요 과학적 문제에 대한 재료 복합재료의 작용 메커니즘과 지도 이론의 확립은 모두 심층적인 연구가 필요합니다.
3. 결론
1) 국내외 토목공학 분야의 그래핀 개질 아스팔트 기반 복합재료의 연구 현황 및 개발 동향을 검토하고 있으며, 현재 관련 연구는 아직 초기 단계에 있는 것으로 판단된다.
2) 그래핀 소재는 아스팔트 소재의 다양한 특성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 재료 구성 시스템 및 준비 방법, 시너지 효과의 작동 메커니즘 및 이론적 지원 시스템, 주요 행동 특성의 변화 법칙과 같은 주요 문제에 대한 추가 연구가 필요합니다.
3) 그래핀은 아스팔트에 대한 친화성을 가지며, 그래핀은 뜨거운 아스팔트에 삽입되거나 박리되어 그래핀 시트를 기저면으로 하는 초분자 구조를 형성하고 혼합물의 거동을 크게 향상시킬 수 있습니다.
4) 연구 결과는 그래핀을 활용하여 아스팔트 소재를 종합적으로 향상시킬 수 있는 연구 기반과 증거를 제공하며, 복합 개질 기술을 이용한 그래핀 아스팔트 제조 및 응용에 대한 계몽 및 홍보 효과를 갖는다.
Zhang Xia, Huang Gang, Zhou Chao, Yuan Xiaoya, He Junxi, Feng Manman, Liu Zhao (충칭 교통 대학교 교통 및 토목 공학 재료에 대한 국가 및 지역 공동 엔지니어링 연구소, 충칭, 400074)
출처: 중남대학교 저널(자연과학편) 2019년 7월
저자: 황강(Huang Gang) 박사, 도로 구조 및 재료 연구 교수, 이메일: hg_2004 126.com
