分级ZnO/PAC纳米片对SBS改性沥青流变性能的影响 赵坤鹏、 冷毅、 董勤希、 丁永玲、 孙华东、 丁春宝、 宋鹏、 倪亚楠、 王春宇、 尹宏

《Coatings》：Effect of Hierarchical ZnO/PAC Nanosheets on the Rheological Performance of SBS-Modified Asphalt Kunpeng Zhao, Yi Leng, Qinxi Dong, Yongling Ding, Huadong Sun, Chunbao Ding, Ping Song, Yanan Ni, Chunyu Wang and Hong Yin

　　**摘要**
为了提高聚合物改性沥青在极端条件下的抗车辙性能和低温抗裂性能，引入了具有层级结构的二氧化锌（ZnO）负载多孔活性炭（ZnO/PAC）纳米片作为SBS改性沥青的协同增强剂。ZnO/PAC混合物通过模板辅助碳化作用后进行水热生长制备，其效果通过微观表征和流变测试进行了评估，包括温度扫描、多应力蠕变与恢复（MSCR）以及弯曲梁流变仪（BBR）分析。研究结果显示，ZnO成功锚定在PAC表面，形成了三维的花状纳米结构。在所有样品中，含有3 wt.% ZnO/PAC的ZPS3表现出最佳的整体性能。在64°C时，SBS改性沥青的车辙系数从4.2 kPa提升至ZPS3的6.8 kPa，表明其高温变形抗性显著提高。MSCR结果进一步证实了ZPS3的卓越抗车辙性能，其恢复率最高，不可逆蠕变变形最小。此外，BBR测试显示，低温性能指标从SBS改性沥青的-12°C提升至ZnO/PAC改性沥青的-18°C。这些结果表明，ZnO/PAC纳米片可以有效增强SBS改性沥青的高温抗车辙性和低温抗裂性。

**1. 引言**
沥青路面是全球公路基础设施的重要组成部分，其性能在很大程度上取决于沥青粘合剂的特性。特别是抗高温车辙性和抗低温裂变性直接决定了路面的耐久性和使用寿命[1,2]。为了应对气候变化和交通负荷增加的挑战，人们广泛采用橡胶、树脂和聚合物等材料来改性沥青。其中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）被公认为是提高高低温性能最有效的改性剂之一[3,4]。随着纳米技术的进步，包括纳米硅胶、纳米二氧化钛、纳米氧化锌和纳米粘土在内的纳米材料因具有高比表面积和独特的界面效应而受到广泛关注，这些效应有助于提升抗车辙性、抗老化性和抗湿性[5,6]。最近，基于碳的纳米材料如石墨烯、氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNT）因其优异的机械性能和 barrier 效应而显示出巨大潜力。然而，它们的实际应用往往受到分散性差和与沥青基体界面相容性有限的限制[7,8]。纳米氧化锌虽然具有优异的紫外线屏蔽能力和界面活性，但其容易聚集，单独使用时效果会降低[9]。将纳米氧化锌与多孔活性炭（PAC）杂化形成层级化的花状ZnO/PAC结构是一种有前景的策略，这种方法结合了ZnO的界面活性和PAC的 barrier 效应，从而提高了分散性和整体改性效率。然而，关于ZnO/PAC复合材料对SBS改性沥青的高低温性能协同作用的系统研究仍然较少。因此，本研究旨在合成层级化的花状ZnO/PAC复合材料，并全面评估其对SBS改性沥青流变性能、抗车辙性和低温抗裂性的影响。

**2. 材料与方法**
2.1 **材料**
1,4-苯二甲醇、对甲苯磺酸、无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、醋酸锌（(CH3COO)2Zn）和N-甲基-2-吡咯烷酮均购自上海阿拉丁生物化学技术有限公司（中国上海）。基础沥青（70#，SK-70）和SBS聚合物改性剂的基本性质分别列于表1和表2。煤焦油来自河北丰台源能源科技有限公司（中国邯郸市）。线性SBS的块状比为30/70，购自岳阳石化有限公司（中国湖南岳阳市）。
表1. SK-70#基础沥青的基本性质[20]。
表2. SBS添加剂的技术指标。
2.2 **改性煤焦油的合成**
在典型合成过程中，10克煤焦油在250毫升圆底烧瓶中加热至140°C后，加入3.0克对二甲苯二醇（交联剂）和0.5克对甲苯磺酸（催化剂），在搅拌下加热至150°C并保持3小时，得到粘稠的黑色产物。冷却至室温后收集该煤焦油基树脂以供后续使用。
2.3 **煤焦油树脂基碳纳米片的制备**
使用行星球磨机以400转/分钟的速度研磨30分钟制备微米级NaCl模板。随后，将0.5克煤焦油树脂溶解在30毫升N-甲基-2-吡咯烷酮中并剧烈搅拌，然后加入5克球磨的NaCl模板，继续搅拌1小时后在180°C下蒸发溶剂。混合物在氩气保护下以5°C/分钟的升温速率在750°C下碳化2小时。冷却至室温后，用去离子水彻底冲洗以去除模板，并干燥得到煤焦油树脂基碳纳米片（PAC）。PAC的合成示意图见图1的步骤1和2。
2.4 **ZnO载PAC（ZnO/PAC）的合成**
首先，将1克PAC与0.88克醋酸锌分散在20毫升去离子水中并搅拌均匀，形成均匀溶液。然后加入20毫升2.0 mol/L的NaOH溶液，再进行15分钟的超声处理。将混合物放入高压釜中，在200°C下进行3小时的水热处理。所得产物依次用去离子水和乙醇洗涤，后在70°C下干燥，得到ZnO载PAC（ZnO/PAC）。图1展示了这一合成过程。
2.5 **ZnO/PAC与SBS复合改质沥青的制备**
ZnO/PAC与SBS复合改质沥青的制备过程如下：首先将基质沥青加热至150 ± 5°C直至熔化。SBS的含量固定为3 wt.%，这是SBS改性沥青常用的添加量，ZnO/PAC的含量（1–3 wt.%）则变化以评估其增强效果。将糠醛提取油加热至180°C，逐渐加入SBS（质量分数3%）和ZnO/PAC，得到复合改性剂混合物。随后在180°C下使用高频剪切机以4000转/分钟的速度进行2小时的高速剪切。最后，使用机械搅拌器以1000转/分钟的速度进一步搅拌1小时，得到ZnO/PAC/SBS复合改质沥青。SBS改性沥青和PAC/SBS改性沥青作为对照组，采用相同的处理过程。最终产品分别命名为ZPS1、ZPS2和ZPS3，对应的ZnO/PAC添加量为沥青质量的1%、2%和3%。
2.6 **微观分析**
采用粉末X射线衍射（XRD）测定相组成并确定晶相（D8 ADVANCE，Bruker，德国）。材料表面化学特性和形态通过扫描电子显微镜（SEM，Zeiss Sigma-500，德国）进行分析。能谱X射线光谱（EDS）用于分析和量化样品表面的成分。高性能X射线光电子能谱（XPS，Thermo ESCALAB 250，美国）用于分析材料的化学状态。材料的比表面积和孔隙分布通过比表面积分析仪（ASAP 2460，Micromeritics，McMurray (Shanghai) Instrument Co., Ltd.，中国）进行测量。拉曼光谱使用激光拉曼光谱仪（LabRAM HR Evolution，法国）获得。材料的熱稳定性通过热重分析（TGA，STA 449 F3 Jupiter，NETZSCH，德国）进行评估，实验温度范围为0°C至800°C，升温速率为10°C/分钟。
2.7 **温度扫描测试**
采用动态剪切流变仪（DSR，Smart Pave 102，Anton Paar）根据AASHTO T315标准进行温度扫描测试，以评估改性沥青粘合剂在不同温度下的粘弹性能。制备直径25毫米、间隙厚度1毫米的样品，在线性粘弹区域内进行测试。温度扫描在恒定应变模式下进行，频率为10 rad/s，温度范围为46°C至82°C，步长为6°C。测试过程中记录複雜剪切模量（G*）和相位角（δ）作为温度的函数，以表征流变行为。每个样品进行三次平行测试。
2.8 **MSCR测试**
还使用多应力蠕变与恢复（MSCR）测试评估含有石墨烯的沥青粘合剂的抗变形潜力，压力分别为0.1 kPa和3.2 kPa（58°C）。测试过程中每种样品进行十次循环，应力持续时间为1.0秒，恢复时间为9.0秒。根据AASHTO T350标准，每个样品进行三次平行测试以评估恢复率（R）和不可逆蠕变变形（Jnr）。
2.9 **BBR测试**
采用TE-BBR设备在三个测试温度（12°C、18°C和24°C）下进行BBR测试，依据AASHTO T313-12标准评估改性粘合剂的低温抗裂性能[21]。重复性测试制备了三个样品。评估沥青粘合剂耐低温裂变能力的两个常见指标是通过三点弯曲测试得到的蠕变刚度和m值。

**3. 结果与讨论**
3.1 **结构与形态分析**
PAC和ZnO/PAC的XRD图谱见图2。PAC在24°和43°处有两个明显的衍射峰，分别对应于石墨碳晶面（002）和（100）。24°处的宽而强烈的（002）峰表明石墨层间距为0.421 nm（基于布拉格定律计算），表明层状结构有序。43°处的（100）峰相对较弱，表明存在非晶碳特征[22,23]。加入ZnO后，ZnO/PAC显示出明显的结晶特性。衍射峰的锐化表明经水热处理和随后的烧结后ZnO颗粒结晶度得到提高。所有观察到的衍射峰与ZnO的标准六方纤锌矿结构（JCPDS编号03-0888）完美匹配，表明其具有高结晶度（见图2）。(a) PAC和ZnO/PAC的拉曼光谱以及(b) XRD图谱进一步揭示了图2b中基于松香树脂的碳材料的石墨化程度。可以清晰地观察到两个特征峰：一个是1350 cm-1处的无序诱导的D带，代表sp2杂化的碳和结构缺陷；另一个是1580 cm-1处的石墨化G带，反映了有序的结构。强度比（ID/IG）是石墨化程度的定量指标，其中较低的值对应较高的石墨化程度。计算出的ZnO/PAC的ID/IG为0.86，明显低于PAC的0.92。这些结果表明ZnO的掺入促进了松香衍生碳基体的石墨化[24]。随着ZnO掺量的增加，石墨化程度的提高增强了电导率，而由此产生的高热导率则有助于在负载条件下有效地传导和散发热量，从而减少了摩擦引起的局部热量积聚，进而减轻了沥青的损坏[25,26]。

图1展示了PAC的制造过程。将改性的松香和NaCl模板在Ar环境中碳化以制备PAC，随后进行清洗和干燥。为了制造用于生产碳框架的刚性模板，首先将NaCl颗粒从约500 μm（见图3a）球磨至小于15 μm（见图3b）。碳化后，复合材料呈现出黑色，表明NaCl颗粒表面均匀覆盖了碳层。显微分析显示PAC具有由相互连接的碳纳米片组成的三维多孔网络结构（见图3）。如图4a所示，PAC呈现出泡沫状骨架结构，其中形成了孔洞（3–10 μm），这是由于NaCl的模板效应所致。高倍率SEM图像（见图4b）显示，这种泡沫状框架由厚度低于100 nm（通常为30–50 nm）的相互连接的碳纳米片构成。PAC具有长程无序的微观结构，层间间距较大。平面煤焦油松香分子之间的强π-π相互作用赋予了PAC石墨化的倾向，而松香树脂的三维分子结构在碳化过程中显著抑制了芳烃的堆积，导致更高的非晶度[27]。作为一种软质碳材料，较大的层间间距、非晶特性、层次化的孔隙结构以及高比表面积共同提供了丰富的活性位点和增强的质量传输能力[28]。此外，多层纳米片结构有助于光线在层间的多次反射和折射，使PAC成为ZnO装饰的有效载体，并协同提高了其紫外线屏蔽性能。PAC的微层状结构被利用来促进ZnO的原位生长并抑制其聚集，最终形成了均匀分散的纳米级ZnO/PAC复合材料（见图4）。

图5展示了不同ZnO含量下ZnO/PAC的SEM图像。如图5a和b所示，ZnO由定向纳米片构成，并均匀分布在PAC表面，尺寸范围从500 nm到1 μm，厚度约为30 nm。合成的规则层次化花状ZnO纳米结构由纳米片组装而成，显示出均匀的尺寸、交叉配置以及垂直于PAC表面的二维结构，并具有不规则的边缘形态。结果表明，纳米复合材料技术的应用有助于将ZnO纳米片嵌入或支撑在载体基质中，从而在一定程度上抑制了其聚集。与一维和二维形式相比，交织生长的三维花状ZnO呈现出疏松的多孔形态和较大的比表面积，为化学反应提供了丰富的活性位点，并增强了紫外线屏蔽性能[29]。EDS元素映射和图像（见图6）表明C、O和Zn元素在复合材料中均匀分布，证实了通过ZnO与PAC的原位生长成功形成了均匀的复合材料。

XPS被用于进一步研究制备样品的键合状态和表面化学组成。扫描谱（见图7a）显示了ZnO/PAC中C、O和Zn元素的主要峰。图7b中的O 1s谱被分解为四个成分，结合能分别为530.5 eV、531.4 eV、532.9 eV和536.7 eV。结合能较低的530.5 eV和531.4 eV峰归因于晶格氧（ZnO中的Zn-O键），而结合能较高的532.9 eV和536.7 eV峰则对应于表面吸附的氧物种，如-COOH和-OH基团[33]。氧化锌（ZnO）的表面官能团，特别是羟基末端（OH），通过增强紫外线区域的吸收和反射特性显著影响其光学性能[34,35]。图7c中的C 1s谱被拟合为四个峰，结合能分别为284.2 eV、284.8 eV、286.9 eV和291.2 eV，分别对应C-C、C-O-C、C=O和O-C=O键[36]。此外，284.2 eV处的峰归因于PAC基质中的纯石墨碳[37]。图7d中的Zn 2p谱显示两个自旋-轨道分裂峰，分别为1044.3 eV（Zn 2p1/2）和1021.1 eV（Zn 2p3/2），证实了ZnO/PAC中存在Zn2+离子[38]。所有结果都明确表明，制备的ZnO/PAC材料并非PAC和ZnO相的物理混合物，而是由水热处理前驱体混合物煅烧得到的良好整合的复合材料。证据证实了PAC和ZnO之间形成了共价键（见图7）。

3.2. TGA-DTG分析

TGA用于分析样品的热稳定性。如图8所示，所有样品从室温到650 °C都经历了大约50%的重量损失，随后在800 °C之前质量变化可忽略不计。重量损失过程可以分为两个阶段：（1）第一阶段（100–250 °C）对应于吸附水分的蒸发，所有样品的重量损失趋势相似；（2）第二阶段（250–650 °C）与复合材料中PAC的热分解有关[39]。DTG分析显示ZnO/PAC的最大重量损失温度（610 °C）显著高于纯PAC（521 °C），表明其热稳定性更强。这一观察结果与已建立的材料稳定性与微观结构之间的关系一致[40]。具体来说，PAC中存在的活性位点（例如内在缺陷和sp3杂化边缘位点）促进了氧的相互作用，导致热稳定性降低。这些发现与拉曼光谱的结果相符，证实了PAC的石墨化程度较低且缺陷密度较高。定量分析显示ZnO/PAC中的ZnO含量为16.5%。如图8所示，ZnO/PAC的碳产率高于PAC。ZnO的存在显著提高了PAC的热解温度，这与其较高的石墨化程度一致，也与拉曼光谱结果相符（见图8）。

3.3. 孔结构分析

氮吸附-脱附分析用于表征样品的孔结构和比表面积。如图9a所示，PAC和ZnO/PAC复合材料显示出典型的IV型等温线，分为三个明显区域：（1）在低相对压力（P/P0 < 0.1）时快速N2吸附能力，表明存在丰富的微孔；（2）在0.4–0.6 P/P0范围内明显的吸附，表明存在介孔，其中ZnO/PAC表现出最显著的介孔特性；（3）在高压（P/P0 > 0.9）时急剧上升，证实了大孔（>50 nm）的存在。在0.8–1.0 P/P0范围内观察到的H2型滞后环进一步验证了其发达的介孔结构。BET分析显示，随着ZnO含量的增加，比表面积减小：PAC为1502 m2·g?1，ZnO/PAC为942 m2·g?1（见表3）。这种纹理演变可以归因于两个主要因素：（1）ZnO晶体的生长和颗粒聚集逐渐阻塞了现有的孔通道；（2）ZnO渗透到PAC基质的颗粒间隙中。这些综合效应导致在高ZnO浓度下孔隙系统性地填充，从而使可用表面积和孔体积减少（见图9）。孔尺寸分析（见图9b）证实了合成样品中发育良好的层次化孔结构，涵盖了微孔（1.5–2 nm）、介孔（2–50 nm）和大孔（>50 nm）范围。大孔可能是由于球磨后少量纳米级NaCl颗粒的存在所致。先前的研究表明，石墨烯纳米片中的纳米孔可以通过改变其分子静电势来调节石墨烯纳米片的亲核和亲电特性以及极性，从而提高含有不同极性成分的复杂改性沥青系统的兼容性[41]。石墨烯中的纳米孔可以赋予亲电特性，使得沥青中的非极性分子能够被吸附，而非孔区域则通过传统的π-π堆叠相互作用与极性分子发生作用[42]。

3.4. 温度扫描

图10a显示，所有沥青粘合剂的G*值随着温度从52 °C升高到82 °C而逐渐降低。在样品中，SBS改性的沥青显示出随温度升高而最明显的G*值下降，表明其在高温下的抗车辙性能较差。将PAC加入SBS改性的沥青中可适度提高G*值，表明碳纳米片增强了粘合剂的结构刚性。相比之下，ZPS3改性的沥青在70 °C以上表现出最高的G*值，其中模量的降低明显受到抑制。这种行为表明ZnO/PAC的引入通过增强其对温度诱导软化的抵抗力改变了粘合剂的粘弹性响应。这种增强可以归因于层次化ZnO/PAC的复合结构和分散效果。三维花状ZnO纳米片固定在PAC支架上，提供了刚性夹层，限制了沥青分子和SBS链的移动。同时，增加的界面接触面积促进了粘合剂内部的应力传递，从而提高了高温下的抗车辙性能并延缓了软化过程（见图10）。

SBS-、PAC/SBS-和ZPS改性的沥青粘合剂的复杂模量G*（a）和相位角δ（b）随温度的变化。如图10b所示，所有样品的δ随温度升高而增加，表明它们从主要是弹性的行为逐渐转变为更粘性的行为。所有改性的沥青样品都表现出这种增加趋势，表明在高温下弹性恢复迅速丧失。与SBS相比，PAC/SBS系统在相同温度下显示出较低的δ值，表明PAC的加入增强了弹性恢复。值得注意的是，ZPS3复合材料在整个温度范围内显示出最低的δ值和最小的增幅，表明粘合剂即使在高温下也保持主要的弹性特性。这种改善的弹性响应主要归因于良好分散的ZnO/PAC纳米填料，它们通过物理缠结和可能的界面键合与SBS聚合物网络相互作用。因此，三维聚合物网络得到强化，粘性流动被延迟，抗永久变形的能力得到增强。此外，ZnO/PAC表面含有氧的功能基团（例如-OH和-COOH）可以与沥青和SBS中的成分形成氢键或极性相互作用，从而将聚合物网络更牢固地锚定在刚性填料上。这种效应降低了分子 mobility，并延迟了从弹性到粘性行为的转变。3.5. 高温性能 在图11中，所有样品的G*/sin δ值随温度升高而下降，表明粘结剂从弹性状态转变为粘性状态。ZPS3在整个46°C至82°C的温度范围内始终表现出更高的车辙因子（G*/sin δ）。例如，在64°C时，SBS、PAC/SBS和ZPS3的G*/sin δ值分别为4.2 kPa、5.1 kPa和6.8 kPa。当温度超过70°C时，G*/sin δ的下降速率有所减缓，这表明其相对于SBS改性和PAC/SBS改性的粘结剂具有更好的高温抗车辙性能。这种性能的提升主要归功于两种互补机制：首先，ZnO/PAC纳米片层的剪切诱导的定向排列形成了一种复杂的扩散路径，显著限制了高温下聚合物链和沥青基质中轻质成分的移动性，类似于对齐的石墨烯纳米片复合材料中的屏障增强效应[19]；其次，ZnO/PAC混合物的多层结构和较高的石墨化程度创造了有效的物理屏障，防止了热量和氧的渗透，从而在高温操作过程中保持了弹性网络结构[43,44]。这些机制共同使得ZPS复合材料能够在热应力下保持较高的G*/sin δ和显著的结构稳定性。图11. SBS、PAC/SBS和ZPS改性的沥青粘结剂的G*/sin δ值。此外，还使用了MSCR测试来进一步研究高温性能，以识别在线性粘弹性范围之外的显著抗车辙性能[45]。如图12所示，ZPS复合材料改性的沥青在0.1 kPa和3.2 kPa的压力水平下，其R值显著高于SBS改性和PAC/SBS改性的粘结剂，而Jnr值更低。在0.1 kPa时，SBS、PAC/SBS、ZPS1、ZPS2和ZPS3的R值分别为72.6%、78.5%、84.9%、89.5%和93.3%，相应的Jnr值分别为1.7 kPa?1、1.1 kPa?1、0.7 kPa?1、0.4 kPa?1和0.1 kPa?1。在3.2 kPa的较高压力下，R值下降到47.7%、58.5%、66.8%、72.7%和75.1%，Jnr值上升至3.1 kPa?1、1.5 kPa?1、0.9 kPa?1、0.7 kPa?1和0.3 kPa?1。PAC和ZnO/PAC的引入显著改变了沥青粘结剂的高温变形行为。作为抗车辙性能的最关键参数，Jnr的持续降低表明复合改性剂有效地抑制了重复加载下的不可逆变形。在所有样品中，ZPS3表现出最低的Jnr值和最高的R值，反映了其卓越的抗永久变形能力和最佳的高温性能。在ZPS改性剂的情况下，ZnO/PAC成分吸附在SBS共聚物的表面，促进了SBS相与沥青基质之间的界面交联。分层的ZnO/PAC纳米片层有效限制了分子链的移动性，并在持续加载下促进了有效的应力传递[46]。此外，由于ZnO/PAC表面含有氧的功能基团，纳米填料与沥青基质之间的界面相容性得到增强，改善了蠕变-恢复循环中的载荷传递和能量耗散[47,48]。综上所述，这些结果表明ZPS复合材料改性的粘结剂在高温条件下具有良好的抗永久变形性能[49]。图12. SBS、PAC/SBS和ZPS改性沥青粘结剂的R（a）和Jnr（b）。3.6. 低温性能 从弯曲梁流变仪（BBR）测试获得的蠕变刚度（S）和蠕变率（m）是评估沥青粘结剂低温抗裂性能的两个有效指标，较低的刚度和较高的m值有利于提升抗裂性能。如图12所示，PAC/SBS和ZPS改性的粘结剂均表现出较低的蠕变刚度和较高的m值，表明其低温性能得到了改善。根据ASTM D6648-2008标准，要求蠕变刚度低于300 MPa，m值高于0.3。所有沥青粘结剂的S和m值都表现出明显的温度依赖性变化，其中ZPS复合材料改性的沥青系列在低温性能上优于SBS改性和PAC/SBS改性的粘结剂。在?18°C时，基础沥青、SBS、PAC/SBS、ZPS1、ZPS2和ZPS3的S值为345 MPa、305 MPa、251 MPa、240 MPa和225 MPa，m值分别为0.23、0.29、0.31、0.32、0.33和0.33。值得注意的是，所有ZPS改性的粘结剂在?18°C时均符合标准要求，而SBS改性的粘结剂仅在?12°C时符合标准。ZPS系列在所有测试温度下均保持较低的S值和较高的m值，其中ZPS3表现出最低的刚度和最高的松弛能力，表明其具有优异的低温抗裂性能（图13）。图13. SBS、PAC/SBS和ZPS改性沥青粘结师的蠕变刚度S（a）和m值（b）。3.7. 改性沥青的微观分析 如图14所示，SBS改性的沥青（图6a）表面粗糙，具有明显的SBS富集区和相分离结构，而ZPS3（图6b）则呈现出均匀紧凑的形态，其中类似花朵的ZnO/PAC结构在沥青基质中均匀分散。这种改善主要归因于以下因素：PAC作为多孔载体，有效抑制了ZnO纳米粒子的聚集，其表面含氧的功能基团与SBS和沥青的极性成分形成了强烈的界面相互作用，促进了SBS的均匀膨胀和连续网络的形成。同时，ZnO/PAC的三维分层结构在沥青内部产生了空间阻碍和物理屏障效应，限制了SBS分子链的迁移并缓解了相分离。微结构的优化为ZPS3的高温和低温性能的协同增强提供了结构基础。图14. SBS改性沥青（a）和ZPS3（b）的SEM图像。4. 结论 (1) 通过模板辅助炭化结合水热生长成功合成了ZnO/PAC混合物。表征结果证实，ZnO纳米粒子均匀地锚定在多孔碳纳米片层上，形成了具有高比表面积和丰富含氧功能基团的层次化花朵状形态。ZnO的加入促进了碳基质的石墨化，并通过拉曼光谱和TGA分析证明了其热稳定性的提升。(2) 流变学评估表明，ZPS复合材料改性的沥青具有优异的高温性能。ZPS3配方在46–82°C的温度范围内显示出最高的复杂模量（G*）和最低的相位角（δ）。MSCR测试结果表明，ZPS系列相比SBS改性和PAC/SBS改性的粘结剂具有更高的R值和更低的Jnr值，其中ZPS3表现出最佳的组合，反映了其在重复加载下的优异抗永久变形能力。(3) 高温性能的提升主要归因于ZnO/PAC纳米片层在沥青基质中形成了刚性渗透网络。三维花朵状结构和丰富的功能基团促进了与SBS聚合物和沥青成分的强界面相互作用，限制了分子链的移动性，促进了有效的应力传递，并延缓了从弹性到粘性行为的转变。(4) BBR测试结果显示，ZPS系列具有优异的低温抗裂性能。所有ZPS改性的粘结剂在?18°C时均满足ASTM D6648-2008标准的要求，而SBS改性的粘结剂仅在?12°C时满足标准。在所有测试温度下，S和m值的持续保持表明了应力松弛能力的提升，这归因于纳米填料在基质中的均匀分散和粘结剂柔性的保持。(5) ZnO/PAC混合物提供的协同增强效应，结合了碳纳米片的屏障效果和ZnO纳米花的界面增强作用，有效缓解了高温软化及低温脆化带来的性能恶化。本研究展示了ZnO/PAC/SBS复合材料改性的沥青在严苛的热和机械载荷条件下的应用潜力。本研究重点关注了粘结剂级别的流变性能和微观结构-性能关系的评价。未来还需要进一步的研究，包括化学相互作用分析（如FTIR）、储存稳定性测试（如RTFOT和PAV）以及混合料级别的性能测试（如轮迹和疲劳测试），以进行全面工程验证。尽管结果表明在粘结剂级别上的流变性能得到了持续改善，但还需要进行老化评估、储存稳定性分析和混合料级别性能测试，以验证ZnO/PAC改性沥青的长期工程适用性。