沥青材料是主要的基础建设材料之一,在工程建设领域有着广泛的应用,但长期以来,在沥青材料的基础研究开发等方面依然显得很薄弱,现有的技术手段无法对沥青材料的微观结构进行深入的研究。本文结合沥青材料的发展趋势与技术研究现状,选用氧化石墨烯作为沥青外掺剂,采用高温熔融法制备了氧化石墨烯/沥青复合材料,研究了氧化石墨烯掺入沥青后对沥青物理性能的影响,并采用XRD,SEM、FTIR分析了材料的微观结构。为揭示复合机理,构建了沥青复合材料的分子模拟模型,先对材料进行分子动力学研究,说明材料的微观结构变化,后通过第一性原理计算,阐明氧化石墨烯与沥青之间的表界面作用情况。具体的研究结果如下:随着氧化石墨烯含量的增多,沥青软化点不断提高,针入度与延度有所降低,当含量达到0.5%后,沥青性能改变的幅度减缓,氧化石墨烯最佳含量为0.5%～0.7%,材料制备过程中的最佳剪切时间与最佳剪切速率分别为60min、6000r/min。对材料的微观结构研究发现,氧化石墨烯片层间距拉大,可以均匀分散在沥青中,对沥青官能团不产生明显影响,实验结果显示氧化石墨烯与沥青之间可能只存在物理作用。分子动力学的研究结果显示,沥青在-155℃-85℃温度范围内呈现出溶胶型结构,温度大于127℃后,沥青溶胶结构被破坏。氧化石墨烯掺入沥青后,温度小于25℃时,胶质分子由吸附在沥青质周围转变为吸附在氧化石墨烯周围。当温度达到205℃以后,胶质分子从氧化石墨烯周围脱离,氧化石墨烯转而与沥青质分子结合。第一性原理计算结果表明,沥青胶质组分与氧化石墨烯结合最稳定,其次是芳香分,饱和分与氧化石墨烯结合作用最弱。氧化石墨烯与沥青能够形成氢键作用,与沥青芳香分、胶质还可形成芳环堆积作用,其中与胶质的堆积作用更强。氧化石墨烯阻碍了饱和分分子的运动,提高了沥青高温稳定性,同时抑制了饱和分的挥发,提高了沥青抗热老化性能。通过分子模拟,可以发现氧化石墨烯与沥青之间只有物理作用,复合材料中氢键和芳环堆叠作用是氧化石墨烯能够稳定分散在沥青中的主要原因。