An intensive review on the role of graphene oxide in cement-based materials

綜述-氧化石墨烯在水泥基材料中的作用

出版年份：2020年

期刊：Construction and Building Materials

課題組：東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院郭新立課題組

近年來(lái)，人們對(duì)氧化石墨烯（GO）作為納米增強(qiáng)材料在改善水泥基材料性能方面的潛力進(jìn)行了大量研究。盡管取得了很大進(jìn)展，但由于已有研究中存在一些不一致或矛盾的結(jié)論，尚未充分闡明GO在水泥基材料中的增強(qiáng)機(jī)理。

綜述了GO對(duì)水泥基材料的增強(qiáng)作用及其增強(qiáng)機(jī)理，主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）GO在堿水泥漿體中的分散問題；（2）GO對(duì)水泥基材料宏觀性能（和易性、機(jī)械強(qiáng)度和耐久性）的影響；（3）綜述了GO的增強(qiáng)機(jī)制,包括水化動(dòng)力學(xué)、水化硅酸鈣（C-S-H）結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu)和與水泥基體的界面結(jié)合；（4）討論了GO與其他材料混合以進(jìn)一步增強(qiáng)水泥基材料多功能性的新研究。

表1 GO對(duì)水泥基材料力學(xué)性能的影響

圖1 GO對(duì)水泥水化的調(diào)控機(jī)理

（1）當(dāng)GO摻入水泥漿體時(shí)，由于鈣離子的交聯(lián)效應(yīng)，GO立即發(fā)生聚集；而高剪切混合作用下GO團(tuán)聚不穩(wěn)定，可以被分成小塊。聚羧酸基減水劑（PCE）是分散水泥漿中GO的一種有效方法。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步研究PCE添加量以及PCE、GO和水泥的摻加順序?qū)λ嗷牧系挠绊?。為了更有效地分散GO，迫切需要開發(fā)與水泥配伍性更好的新型表面活性劑。此外，分散劑存在下GO的脫氧過程有待進(jìn)一步研究。

（2）少量GO可以顯著提高水泥基材料的力學(xué)強(qiáng)度。然而，由于GO的特性差異和水泥基材料的復(fù)雜性，已有研究之間存在較大的不一致性。目前的研究大多局限于GO在水泥漿體或砂漿中的應(yīng)用，其在混凝土特別是低水灰比超高強(qiáng)度混凝土中的應(yīng)用研究不足。

（3）GO在水泥基材料中的摻入可以阻斷侵蝕劑在水泥基體中的遷移，提高水泥基材料的抗碳化、霜凍和鈣浸出性能。與力學(xué)性能相比，關(guān)于含GO的水泥基材料耐久性的研究較少。因此，需要對(duì)GO增強(qiáng)水泥基材料的耐久性進(jìn)行更深入的研究。

（4）GO對(duì)水泥基材料的增強(qiáng)機(jī)制包括促進(jìn)水泥水化、細(xì)化孔隙結(jié)構(gòu)、致密微觀結(jié)構(gòu)和與基體的界面結(jié)合。然而，迄今為止，GO所造成的微觀結(jié)構(gòu)變化尚不明確。

（5）GO與其他材料的混合不僅可以進(jìn)一步提高水泥基材料的力學(xué)性能和耐久性能，還可以使材料智能化和多功能化，如電磁干擾屏蔽、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等。需要擴(kuò)展GO與其他材料的結(jié)合，使水泥基材料具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、較長(zhǎng)的使用壽命和多功能性，以便用于下一代建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。