添加氧化石墨烯 (GO) 后，混凝土性能可明顯改善

在發(fā)表在雜志上的一項研究中，研究人員研究了添加氧化石墨烯 (GO) 后，混凝土性能可明顯改善。

混凝土由于其高抗壓強度和低成本而成為應用最廣泛的建筑材料?；炷恋闹饕拗剖撬且环N脆性材料，抗拉強度低，耐腐蝕性差。此外，在制造波特蘭水泥時，會釋放大量的CO2。因此，世界各地的研究人員都在努力提高混凝土的耐久性和機械性能。

近年來，納米材料的進步為改善混凝土性能提供了寶貴的機會。多項研究表明，納米二氧化硅、碳納米管和 GO 等納米材料可提高水泥復合材料的強度、韌性和耐久性。

研究人員使用的材料是普通波特蘭水泥 (OPC) 級、標準沙子和石墨烯。水泥和沙子用于制備混凝土，石墨烯用于制備 GO 懸浮液。使用的方法是濕對濕分層制造，在此期間，將含有 GO 的新鮮水泥砂漿層澆注在先前澆注的水泥砂漿層的頂部。

研究人員準備了兩種水泥砂漿樣品：第一種是不含 GO 溶液的普通水泥砂漿，第二種是摻有 GO 的水泥砂漿。兩個樣品的水與水泥和砂與水泥的質量比分別為 2.0 和 0.4。此外，為確保樣品具有相當?shù)目杉庸ば?，調整了減水劑的量，并使用小型坍落度測試來確定可加工性。

將砂漿混合物澆注到模具中并在振動臺上混合，以確保樣品開發(fā)過程中的高度壓實。模具用聚乙烯板封閉，此外，在測試前將樣品模塑并在飽和石灰水浴中處理以防止水分蒸發(fā)。連續(xù)澆注新鮮水泥砂漿和含GO水泥砂漿，制備出GO梯度分布的層狀水泥砂漿梁。

普通水泥砂漿樣品的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像顯示出疏松多孔的微觀結構。添加 GO 的水泥砂漿樣品的 SEM 圖像顯示出更致密的結構。加入 GO 的砂漿水泥力學性能的改善是由于水泥微觀結構的變化。

抗彎強度結果表明，隨著延遲時間的增加，強度達到最大值，然后下降。此外，強度不依賴于水泥層的厚度。發(fā)現(xiàn) GO 層厚度為 12 mm 且延遲時間為 50 分鐘時抗彎強度最高。最大彎曲強度取決于具有不同 GO 層厚度的樣品的延遲時間。

對分層水泥砂漿梁彎曲破壞后的圖像研究表明，GO 分層水泥砂漿梁和普通水泥砂漿梁之間的裂縫發(fā)展存在顯著差異。在普通水泥砂漿中，梁裂縫是完全垂直的，斷裂面比較平坦。

在含有GO的層狀水泥砂漿梁上，觀察到傾斜和曲折的裂縫。此外，與對照樣品相比，當僅在樣品的拉伸區(qū)域添加 GO 時，層狀水泥砂漿梁的性能沒有改變。然而，樣品層之間形成的界面顯著影響了機械性能。此外，界面附著力也受到樣品中GO的延遲時間和數(shù)量的影響。

快速氯離子遷移 (RCM) 測試表明，少量的 GO 可以顯著減少氯離子的進入，并且當 GO 的量增加時，RCM 效應也增加。增加的原因是 GO 納米片的存在增加了水泥基體的彎曲度，從而通過化學鍵固定了水和氯離子的遷移。

研究人員使用連續(xù)層的砂漿水泥和摻入 GO 的砂漿水泥開發(fā)了功能分級的水泥砂漿梁。研究了每個摻有 GO 的水泥砂漿層的厚度和延遲時間對力學和耐久性性能的影響。

研究表明，納米材料 GO 可用于部分膠凝復合材料，以改善機械性能。該方法提供了一種在水泥基材料中有效使用納米材料的新方法。未來的研究應該研究提高摻有 GO 的水泥砂漿層和不含 GO 的水泥砂漿層之間界面粘合力的方法。

審核編輯 ：李倩