[发明专利]一种石墨烯复合材料橡胶沥青混合料及其制备方法

说明书

本发明属于道路沥青技术领域，具体涉及一种石墨烯复合材料橡胶沥青混合料及其制备方法。包括如下组分：石油沥青80~100份；橡胶粉5~8份，集料80~100份，石墨烯复合材料1~5份，聚乙烯蜡0.1~0.2份，三乙油酸皂0.35~1份，芳烃油0.3~1.5份。本发明通过含长链的脂肪族化合物对石墨烯的接枝和改性，增加了沥青与橡胶粉界面相容性，增强橡胶粉吸收融胀过程中对沥青分子吸收的选择性，增强改性沥青与骨料的相互作用，使得橡胶粉与基质沥青、矿物起到均匀的分散作用；同时使石墨烯复合橡胶改性沥青混合料具有较高的动稳定度和马歇尔强度，具有显著的抗车辙性能和抗剪切性能。

技术领域

本发明属于道路沥青技术领域，具体涉及一种石墨烯复合材料橡胶沥青混合料及其制备方法。

背景技术

沥青路面可以提供优异的行车舒适性和安全性，为我国高等级公路普遍采用的结构型式。为了进一步提高沥青路面的耐久性，常常在沥青中掺入聚合物，制备聚合物改性沥青，改善沥青混合料材料的路用性能。然而，沥青混合料属于粘塑性材料，容易受到外界环境(温度、紫外线、水、荷载)的影响而发生老化，出现裂缝、水损坏、变形等病害，影响路面使用性能，并且随着用户使用需求的不断增加，沥青路面的使用耐久性成为道路建设者重点关注的问题。近年来，橡胶改性沥青技术得到了快速发展，一方面，橡胶改性沥青是一种新型环保交通材料，可以循环利用废旧轮胎，符合低碳环保的要求；另一方面，橡胶改性沥青具有的高温稳定性、抗车辙性能和抗疲劳性能优于SBS改性沥青。然而，橡胶改性沥青由于存在质量不稳定、施工温度高等弱点，限制了资源集约型环保材料(橡胶改性沥青)的大规模推广应用。

石墨烯作为一种重要的增强相在沥青改性中具有潜在的应用价值。但由于氧化石墨烯有亲水性，与沥青的相容性差，尽管对其进行官能化，氧化石墨烯仍为二维片层结构，要将其在沥青中直接充分分散，技术上具有一定的难度；现有技术中采用氮或硫掺杂的石墨烯来提高石墨烯和沥青的交联度，但含硫物质不够环保，施工中若有有害物质释放，会危害健康。若将石墨烯进行功能化，再将石墨烯、沥青和改性剂进行混合共融，这种共融的混合方式，使三者的界面性能差，相容性不佳，导致石墨烯在沥青中的分散程度不高，稳定性无法得到保障。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种石墨烯复合材料橡胶沥青混合料，通过含长链的脂肪族化合物对石墨烯的接枝和改性，增加了沥青与橡胶粉界面相容性，增强橡胶粉吸收融胀过程中对沥青分子吸收的选择性，增强改性沥青与骨料的相互作用，使得橡胶粉与基质沥青、矿物起到均匀的分散作用；同时使石墨烯复合橡胶改性沥青混合料具有较高的动稳定度和马歇尔强度，具有显著的抗车辙性能和抗剪切性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种石墨烯复合材料橡胶沥青混合料，包括如下组分：石油沥青80～100份；橡胶粉5～8份，集料80～100份，石墨烯复合材料1～5份，聚乙烯蜡0.1～0.2份，三乙油酸皂0.35～1份，芳烃油0.3～1.5份。石墨烯中每个碳原子与其他3个相邻的碳原子形成共价键，剩余1个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，是一种典型的二维材料。上述性质使其与橡胶沥青的相容性比其他无机纳米材料更好，可以提供大量电子的独特结构将成为沥青与橡胶粉之间潜在的桥梁。

进一步的，石墨烯复合材料是由含脂肪族长链的化合物与石墨烯表面的活性官能团反应，得到的表面修饰石墨烯。由于石墨烯具有亲水性，因此其与沥青的相容性不好，在沥青中容易结团，本发明采用含脂肪族长链的化合物对石墨烯的表面进行修饰，可以提高其与沥青之间的相容性和分散稳定性。

进一步的，含脂肪族的长链化合物是长链脂肪胺或长链脂肪酰胺。

进一步的，石墨烯的表面接枝有羧基基团。在本发明中，当含脂肪族的长链化合物是长链脂肪胺时，长链脂肪胺能够与石墨烯表面的羧基基团发生酯化反应，提高沥青混合料的高低温性能；当含脂肪族的长链化合物是长链脂肪酰胺时，长链脂肪酰胺能够与石墨烯表面的羟基和羧基同时反应，提高沥青混合料的韧性和抗压强度。