石墨烯及其衍生物(GD)由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和功能，在膠凝材料(CM)領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。迄今為止，已經(jīng)報道了許多關(guān)于GD在水泥基質(zhì)堿性環(huán)境中的分散以及石墨烯及其衍生物膠凝材料(GD/CM)的性能的研究，包括可加工性、力學(xué)性能、耐久性和多功能特性。現(xiàn)有的研究既有相似的結(jié)果，也有爭議的結(jié)果，因為研究人員從不同的角度進行了研究。因此，有必要對最新的研究進展進行總結(jié)和回顧，以清楚地了解GD對CM的影響及其作用機制。特別是，本文對GD的強化機制進行了批判性的討論和分析，以補充現(xiàn)有文獻對某些潛在機制的模糊性。此外，本文還強調(diào)了當(dāng)前研究的主要挑戰(zhàn)，并提出了指導(dǎo)未來相關(guān)領(lǐng)域研究的建議。
圖1. GD改性水泥復(fù)合材料綜述框架。
圖2. 用于分離和穩(wěn)定水溶液中石墨烯的有機添加劑的化學(xué)結(jié)構(gòu):(a)聚羧酸醚高效減水劑;(b)萘磺酸甲醛高效減水劑;(c)十二烷基硫酸鈉和(d)甲基纖維素。
圖3. 石墨烯分散體的吸光率隨SDS濃度和分散時間的變化。
圖4. 石墨烯表面吸附的甲基纖維素分子示意圖，GNPs為石墨烯。
圖5. 氧化石墨烯在堿性環(huán)境中的反應(yīng):(a)溶液中鈣濃度隨氧化石墨烯濃度的變化;(b)分散在從硅酸三鈣石膏體中提取的氫氧化鈣(CH)、氯化鈣(CC)和孔隙溶液(PS)中的普通氧化石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。圖5 (a)中的兩條虛線表示可以從溶液中去除鈣離子的氧化石墨烯的可能上下限。
圖6. 三種減水劑的化學(xué)結(jié)構(gòu):(a)木質(zhì)素磺酸鈉;(b) b-萘磺酸甲醛縮聚物;(c)聚羧酸鹽高效減水劑(PC)。
圖7. 不同減水劑/氧化石墨烯分散體的Zeta電位:(a) LS/GO、NFS/GO和PCE/GO溶液(減水劑:GO = 10)在不同pH條件下(KOH調(diào)節(jié))的Zeta電位;(b)水泥孔隙溶液中PCE/GO的zeta電位隨時間的變化(PCE: GO = 1-5:1，質(zhì)量)。
圖8. GO-PCE懸浮液的空間穩(wěn)定性。
圖9. GO對硅酸三鈣石和波特蘭水泥水化動力學(xué)的影響:(a)分別添加0、0.04%和0.08% GO(按硅酸三鈣石質(zhì)量計)時硅酸三鈣石的水化動力學(xué)。
圖10. 石墨烯的吸水特性:(a)石墨烯的水蒸氣吸附/解吸等溫線;(b)石墨烯對水的吸附示意圖，以及吸水膜厚度。
圖11. (a)氧化石墨烯和(b)功能化氧化石墨烯在水泥漿體中的分散機理示意圖。
圖12. GO對水泥水化的影響:(a) 48 h內(nèi)水泥水化過程;(b) 48h內(nèi)總積熱;(c)GO對水泥水化的催化機理。
圖13. 添加石墨烯及其衍生物后水化產(chǎn)物變化的SEM圖像:(a)層狀雙氫氧化物(LDHs) ;(b)鈣礬石;(c)花狀結(jié)構(gòu)。
圖14. 碳酸鈣的形貌和晶體結(jié)構(gòu):(a) SEM圖像;(b) X-射線衍射(XRD)譜圖;(c)透射電子顯微鏡(TEM)圖像及其SAED圖譜;(d)方解石的晶體結(jié)構(gòu)。
圖15. 含GO和不含GO的水泥漿理論概率分布函數(shù)(PDF):(a)純水泥漿和(b)含0.1 wt% GO的水泥漿。
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圖16. 應(yīng)變?yōu)?.3時水化硅酸鈣(C-S-H)原子密度分布:(a)純C-S-H基體;(b)石墨烯/C-S-H復(fù)合基體;(c)石墨烯與環(huán)氧基/C-S-H復(fù)合基體，(d)石墨烯與羥基/C-S-H復(fù)合基體。
圖17. GO對水泥漿體屏蔽效能(SE)的影響:(a)不同摻量CF的水泥漿體;(b)不同摻量CF/GO的水泥漿體，(c)不同膠凝材料復(fù)合材料的反射損失。
圖18. (a)純砂漿和(b)含6.4 wt%石墨烯砂漿的壓阻反應(yīng)。
圖19. 混合氧化石墨烯/碳納米管的色散效率:(a)不同比例氧化石墨烯:碳納米管樣品的Zeta電位，(b-d)混合氧化石墨烯/碳納米管的擴散機制示意圖。
圖20. 不同比例的氧化石墨烯/碳納米管增強水泥漿體的機械強度:(a) Du等人和(b) Lu等人。
圖21. GD/CM的潛在工程應(yīng)用:(a) Italcementi描述的未來GD/CM的創(chuàng)新應(yīng)用，以及(b) GD/CM作為道路停車位的實際工程案例。
相關(guān)研究成果由深圳大學(xué)土木與交通工程學(xué)院、濱海城市韌性基礎(chǔ)設(shè)施教育部重點實驗室Haibin Yang等人于2023年發(fā)表在Journal of Building Engineering (https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105721 )上。原文：Application of graphene and its derivatives in cementitious materials: An overview。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
