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長安大學公路學院Yongxiang Ren等--石墨烯改性相變微膠囊對瀝青混合料的改性機理及低溫性能的提高

本研究探討了將商用石墨烯(CG)添加到改性相變微膠囊(MFPCM)的微膠囊壁材和改性瀝青中的改性機理。為此，采用不同數量的CG和三聚氰胺甲醛(MF)樹脂作為微膠囊壁材(正十四烷為芯材)，制備了石墨烯改性相變微膠囊(CGMFPCM)樣品。采用差示掃描量熱儀(DSC)、同步熱分析儀、掃描電子顯微鏡(SEM)和傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜儀對不同CG含量的MFPCM試樣的微觀結構和性能進行了表征。然后，采用高速剪切法制備不同含量正十四烷、MFPCM和CGMFPCM改性瀝青試件。通過貫入試驗、軟化點試驗和延性試驗對改性瀝青試件的常規性能進行了評價，通過SEM、FT-IR光譜儀和DSC對其微觀結構和性能進行了研究。用電導儀測定了改性瀝青和基體瀝青的熱力學特性。未發現添加的CG與MFPCM芯材或壁材發生化學反應。加入CG后，CGMFPCM試件結合了CG的高導熱性能和MFPCM的相變性能。在MFPCM中添加0.45%的CG可以在不損害其熱穩定性的情況下提高其熱效率。相變材料對基礎瀝青的改性為物理改性，表明相變材料在基礎瀝青中簡單分散，不發生化學反應。改性瀝青制備過程中的高溫加熱和高速剪切降低了相變材料的有效含量。細觀試驗結果和宏觀試驗結果均證實了添加CGMFPCM后瀝青的低溫性能有所改善。

圖1. 不同放大倍數下MFPCM微膠囊的SEM形貌。

圖2. 不同放大倍數下CGMFPCM1微膠囊的SEM形貌。

圖3. 不同放大倍數下CGMFPCM2微膠囊的SEM形貌。

圖4. 不同放大倍數下CGMFPCM3微膠囊的SEM形貌。

圖5. CG的FT-IR光譜。

圖6. MFPCM的FT-IR頻譜。

圖7. CGMFPCM1的FT-IR頻譜。

圖8. CGMFPCM2的FT-IR頻譜。

圖9. CGMFPCM3的FT-IR頻譜。

圖10. CG和微膠囊FT-IR檢測結果比較。

圖11. 各微膠囊樣品的DSC曲線:(a)第一次加熱，(b)第一次冷卻，(c)第二次加熱。

圖12. 微膠囊標本在不同范圍內的TG曲線:(a) 30-550℃和(b) 180-350℃。

圖13. 不同放大倍數下的基礎瀝青的SEM圖像。

圖14. 不同放大倍數下正十四烷改性瀝青的SEM圖像。

圖15. MFPCM-改性瀝青在不同放大倍數下的SEM圖像。

圖16. 不同放大倍數下CGMFPCM1改性瀝青的SEM圖像。

圖17. 不同放大倍數下CGMFPCM2改性瀝青的SEM圖像。”

圖18. 不同放大倍數下CGMFPCM3改性瀝青的SEM圖像。

圖19. 基礎瀝青的FT-IR光譜。

圖20. 正十四烷改性瀝青的FT-IR光譜。

圖21. MFPCM改性瀝青的FT-IR光譜。

圖22. CGMFPCM1改性瀝青的FT-IR光譜。

圖23. CGMFPCM2改性瀝青的FT-IR光譜。

圖24. CGMFPCM3改性瀝青的FT-IR光譜。

圖25. 基礎瀝青和改性瀝青試樣的DSC曲線:(a)第一次加熱，(b)第二次加熱。

圖26. 基礎瀝青和改性瀝青樣本: (a)基礎瀝青; (b)正十四烷改性瀝青; (c)MFPCM改性瀝青; (d)CGMFPCM1改性瀝青（CG質量占PCM壁材的0.15%）; (e)CGMFPCM2改性瀝青（CG質量占PCM壁材的0.3%）; (f)CGMFPCM3改性瀝青（CG質量占PCM壁材的0.45%）。

圖27. 基礎瀝青和改性瀝青試樣的熱導率。

圖28. 基礎瀝青和改性瀝青試件的比熱容圖。

相關研究成果由長安大學公路學院Yongxiang Ren等人于2021年發表在Construction and Building Materials (https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.126301)上。原文：Modification mechanism and enhanced low-temperature performance of asphalt mixtures with graphene-modified phase-change microcapsules。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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