综述：关于蒙脱石-沥青复合材料的系统综述：这种由绿色粘土矿物增强的沥青为可持续的路面解决方案提供了有力支持

《Applied Clay Science》：A systematic review of montmorillonite-asphalt composite materials: Green clay mineral-reinforced asphalt for sustainable pavement solutions

蒙脱石（MMT）改性沥青复合材料通过绿色纳米改性提升性能，兼具机械强化、抗老化及环保吸附功能，解决低温性能与纳米层剥离难题，促进可持续发展。

　　

郝来|徐安华|翟建良|宗友杰|邓伟|郭浩岩|关博文|常明峰|熊瑞|王振军

长安大学材料科学与工程学院，中国西安710018

摘要

在追求可持续性和韧性的道路工程背景下，迫切需要高性能和环保的沥青材料。蒙脱石（MMT）改性的沥青复合材料作为一种突破性解决方案应运而生，它在机械增强、抗老化性能和环境净化方面具有综合优势。通过使用蒙脱石这种天然层状硅酸盐作为绿色纳米改性剂，这些复合材料成为传统聚合物改性沥青的可持续替代品，显著减少了石油基添加剂的消耗，同时提高了热稳定性和阻燃性。蒙脱石独特的纳米结构具有可调节的层间间距和高比表面积，使其具备出色的氧气/紫外线屏蔽能力和VOCs吸附能力。本文全面探讨了MMT与沥青相互作用的基本机制，重点关注层间插层引起的流变性能增强、曲折的氧气扩散路径以及污染物催化降解的协同效应。通过先进的改性策略，解决了低温性能 trade-offs 和纳米层不完全剥离等关键问题。此外，鉴于MMT本身显著的物理化学变异性，明确这些基本性质对沥青性能的影响至关重要。本文还讨论了可扩展的制备工艺和基于机器学习的性能预测模型，以将实验室创新与工程实践相结合。本文旨在为从事绿色和高性能沥青路面建设的研究人员和工程师提供有价值的见解。

缩写列表

ATH	氢氧化铝
CTAB	溴化鲸蜡基三甲铵
DDAC	二甲基十二烷基氯化铵
DLDC	十二烷基二甲基苄基氯化铵
DOAC	二辛基二甲基氯化铵
DSR	动态剪切流变仪
FTIR	傅里叶变换红外光谱
IPDI	异佛尔酮二异氰酸酯
LCA	生命周期分析
LOI	极限氧指数
MMT	蒙脱石
ODBA	十八烷基二甲基苄基氯化铵
OMMT	有机改性蒙脱石
PAHs	多环芳烃
PET

MMT的晶体结构

在应用粘土研究中，了解粘土的微观结构和物理化学性质对于高效利用粘土矿产资源至关重要。图2总结了基于不同研究的MMT的化学组成。MMT主要由SiO?和Al?O?组成，还含有微量的Fe?O?、CaO、MgO、Na?O和K?O，这些成分的含量因MMT的来源而异。MMT的实际结构相当复杂。如图2所示，其层间间距存在显著差异

MMT改性沥青的制备

粘土与聚合物之间的主要混合方法包括原位插层聚合、溶液混合和熔融混合。其中，熔融混合常用于制备粘土-沥青复合材料，该方法需要将沥青加热至其软化点以上。在剪切力作用下，沥青分子插入MMT层之间，使层间间距增大或分解成纳米级层。制备MMT改性沥青时，熔融混合过程中的关键参数包括

物理和流变性能

沥青的渗透性、软化点和延展性是最基本的性能指标，所需的测试设备和人员相对较少。沥青是一种粘弹性材料，其在不同温度条件下的流变行为与其路面性能密切相关。美国战略公路研究计划（SHRP）的关键成果——Superpave规范中的流变评估参数被广泛认可为

MMT对沥青改性的性能提升

粘土矿物具有亲水性和疏油性表面特性，这使得它们与有机基体不兼容（Vargas等人，2023年）。这一现象是由于粘土的表面能高于大分子基体（如沥青分子），导致层间凝聚力增强，阻碍了聚合物链进入粘土层间区域。因此，对粘土表面进行改性对于促进其膨胀、分离和分散至关重要

讨论

作为环保型沥青改性剂，MMT在提升沥青材料的多种性能方面展现出巨大潜力，尤其是在环境净化方面。本文首先介绍了MMT及其在沥青中的纳米复合材料的物理结构，然后综述了MMT对沥青的物理、流变、粘附性能、抗老化性、阻燃性、相容性和环境净化效果的影响及其相关机制

结论

作为交通基础设施的核心组成部分，沥青路面的频繁维修和重建会降低交通效率并产生巨大的环境负担。延长路面使用寿命需要开发高性能和可持续的道路材料。基于MMT的复合材料在提升沥青性能方面具有显著潜力，这得益于MMT的多层结构、可调的层间间距和优异的吸附能力。

CRediT作者贡献声明

郝来：撰写——初稿、可视化、方法论、研究、数据分析、概念化。徐安华：资源获取、项目管理、资金筹措。翟建良：撰写——审稿与编辑、数据分析。宗友杰：撰写——审稿与编辑。邓伟：撰写——审稿与编辑。郭浩岩：撰写——审稿与编辑。关博文：撰写——审稿与编辑。常明峰：撰写——审稿与编辑。熊瑞：撰写——审稿与编辑、指导

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢青海省青藏高原公路建设与维护重点实验室开放基金项目（2024-JY-Y-06）、青海省交通运输厅科技项目（2024-05）以及青海省重点研发与转化计划（2025-QY-243）的财政支持。