万能的石墨烯，这次添加到混凝土里，效果超乎想象

在发表在杂志上的一项研究中，研究人员研究了添加氧化石墨烯 (GO) 后，混凝土性能可明显改善。

混凝土由于其高抗压强度和低成本而成为应用最广泛的建筑材料。混凝土的主要限制是它是一种脆性材料，抗拉强度低，耐腐蚀性差。此外，在制造波特兰水泥时，会释放大量的CO2。因此，世界各地的研究人员都在努力提高混凝土的耐久性和机械性能。

近年来，纳米材料的进步为改善混凝土性能提供了宝贵的机会。多项研究表明，纳米二氧化硅、碳纳米管和 GO 等纳米材料可提高水泥复合材料的强度、韧性和耐久性。

研究人员使用的材料是普通波特兰水泥 (OPC) 级、标准沙子和石墨烯。水泥和沙子用于制备混凝土，石墨烯用于制备 GO 悬浮液。使用的方法是湿对湿分层制造，在此期间，将含有 GO 的新鲜水泥砂浆层浇注在先前浇注的水泥砂浆层的顶部。

研究人员准备了两种水泥砂浆样品：第一种是不含 GO 溶液的普通水泥砂浆，第二种是掺有 GO 的水泥砂浆。两个样品的水与水泥和砂与水泥的质量比分别为 2.0 和 0.4。此外，为确保样品具有相当的可加工性，调整了减水剂的量，并使用小型坍落度测试来确定可加工性。

将砂浆混合物浇注到模具中并在振动台上混合，以确保样品开发过程中的高度压实。模具用聚乙烯板封闭，此外，在测试前将样品模塑并在饱和石灰水浴中处理以防止水分蒸发。连续浇注新鲜水泥砂浆和含GO水泥砂浆，制备出GO梯度分布的层状水泥砂浆梁。

普通水泥砂浆样品的扫描电子显微镜 (SEM) 图像显示出疏松多孔的微观结构。添加 GO 的水泥砂浆样品的 SEM 图像显示出更致密的结构。加入 GO 的砂浆水泥力学性能的改善是由于水泥微观结构的变化。

抗弯强度结果表明，随着延迟时间的增加，强度达到最大值，然后下降。此外，强度不依赖于水泥层的厚度。发现 GO 层厚度为 12 mm 且延迟时间为 50 分钟时抗弯强度最高。最大弯曲强度取决于具有不同 GO 层厚度的样品的延迟时间。

对分层水泥砂浆梁弯曲破坏后的图像研究表明，GO 分层水泥砂浆梁和普通水泥砂浆梁之间的裂缝发展存在显着差异。在普通水泥砂浆中，梁裂缝是完全垂直的，断裂面比较平坦。

在含有GO的层状水泥砂浆梁上，观察到倾斜和曲折的裂缝。此外，与对照样品相比，当仅在样品的拉伸区域添加 GO 时，层状水泥砂浆梁的性能没有改变。然而，样品层之间形成的界面显着影响了机械性能。此外，界面附着力也受到样品中GO的延迟时间和数量的影响。

快速氯离子迁移 (RCM) 测试表明，少量的 GO 可以显着减少氯离子的进入，并且当 GO 的量增加时，RCM 效应也增加。增加的原因是 GO 纳米片的存在增加了水泥基体的弯曲度，从而通过化学键固定了水和氯离子的迁移。

研究人员使用连续层的砂浆水泥和掺入 GO 的砂浆水泥开发了功能分级的水泥砂浆梁。研究了每个掺有 GO 的水泥砂浆层的厚度和延迟时间对力学和耐久性性能的影响。

研究表明，纳米材料 GO 可用于部分胶凝复合材料，以改善机械性能。该方法提供了一种在水泥基材料中有效使用纳米材料的新方法。未来的研究应该研究提高掺有 GO 的水泥砂浆层和不含 GO 的水泥砂浆层之间界面粘合力的方法。