石墨烯是一种二维纳米碳材料,具有很多优异的性能,将此新型材料应用到沥青路面中,在理想状态下,可减少沥青路面早期破坏,缩短道路交通延误,提高沥青路面质量,延长沥青路面服役寿命。目前,公路工程行业将石墨烯及其衍生物用于水泥基材料已取得了一些成果,但是将其与沥青结合,形成一款高性能石墨烯改性沥青的研究极少。因此,本论文将对石墨烯改性沥青的材料组成和性能进行研究。研究过程中,发现沥青在高速剪切时会发生强烈的老化现象,排除热老化、剪切速率老化、剪切时间老化等因素外,证明氧老化是导致沥青老化的主要因素,发明了在沥青底部添加通氮气的装置,可以带走沥青内部产生的热量,有效的使沥青与氧气隔绝,解决沥青在剪切过程中的老化问题。基于石墨烯表面呈稳定惰性,难在沥青中均匀分散,导致石墨烯沥青性能不稳定。为保证石墨烯在沥青中分散均匀,选用了若干种表面活性剂,将其与石墨烯以及易于与沥青共溶或易于与沥青分离的基本溶剂混合,寻找可以在沥青中均匀分散石墨烯的表面活性剂。研究发现,当基本溶剂为无水乙醇时,采用表面活性剂A可将石墨烯分散均匀,最优的A掺量为石墨烯总量的20%;当基本溶剂为三氯乙烯时,采用表面活性剂B可将石墨烯分散均匀,最优的B掺量为石墨烯总量的 10%。采用均匀设计方法,以剪切速率、剪切时间、石墨烯掺量(占沥青质量)、表面活性剂(B)掺量(占石墨烯质量)、剪切温度为主要影响因素,以针入度、测力延度(断裂能)、软化点、64℃抗车辙因子、0.1kPa蠕变恢复率为响应值,利用DPS和1stOpt数理统计软件建立模型,对其进行分析,最终得出制备石墨烯改性沥青的最优配方为:石墨烯掺量20‰、表面活性剂(B)掺量1%,制备工艺参数为:剪切速率6500r.p.m.、剪切时间为180min、剪切温度140℃。按照最优配方制备高性能石墨烯改性沥青进行性能验证,其性能指标均有显著提升。