氧化石墨烯 (GO) 已成功用于水泥复合材料中作为掺和剂，可以提高其机械和耐久性性能。本研究详细检查并阐明了 GO 对水泥体系水化产物的影响。文章分别采用SEM/BSE、XRD、LA-ICP-MS和²⁹Si/²⁷Al MAS-NMR对水泥浆体的水化前驱体、形态、成分和化学键进行了研究。实验结果表明，当掺入0.02 wt % 的GO时，水泥浆体的 28 天抗压强度（w/c = 0.35）提高了 29%。掺入的氧化石墨烯与水泥水化产物之间存在化学反应。强度的提高实际上不仅得益于水泥水化度的提高，还跟新发现的由于带负电荷的GO消耗了Ca离子的而产生的类雪硅钙石水合物和类六水硅钙石水合物有关。由于GO的加入，水合产物的聚合也得到了改善。
 
 
图1. （a）SEM图像，（b）本研究中使用的GO的FTIR光谱
 
  
图2. 抗压强度测试结果
 
 
图3. 在第7天时浆体样品断裂面的数字图片：(a) OPC浆体和(b) OPC+GO浆体

 
图4. OPC浆体在第28天时的代表性BSE图像：CH=Ca(OH)₂，i-CSH=inner C-S-H，o-CSH=outer C-S-H.
 

图5. 第28天时元素线扫描的水泥水化阶段的代表性BSE图像：（a）未水化水泥； (b) GO诱导的富钙相；(c) GO诱导的富硅相.
 
 
图6. BSE显微照片处理示例，(a) BSE图像；(b) 二进制分割后只有未水化的水泥作为黑色像素点.
 

图7. 第28天时硬化浆体的XRD数据，A：硅酸三钙石，C：方解石，CH：氢氧钙石，T：雪硅钙石
 

图8. 在20分钟时OPC和OPC+GO混合物的ICP-MS元素浓度箱线图：(a) 提取溶液，(b) Ca，(c) Si，(d) Al，(e) Fe.
 

图9. 钙离子与GO之间的相互作用
 
 
图10. 在第56天时(a)OPC浆体、(b) OPC+GO浆体的²⁹Si MAS NMR光谱；以及 (c) OPC浆体、(d) OPC+GO浆体的²⁷Al MAS NMR光谱；(d) OPC þ GO 膏，X轴单位：ppm。

       相关研究成果由华盛顿州立大学土木与环境工程系先进和可持续水泥基材料实验室Gang Xu课题组于2021年发表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.03.072)上。原文：The role of admixed graphene oxide in a cement hydration system。

转自《石墨烯杂志》公众号