石墨烯及其衍生物(GD)由于其优异的力学性能和功能，在胶凝材料(CM)领域引起了广泛的关注。迄今为止，已经报道了许多关于GD在水泥基质碱性环境中的分散以及石墨烯及其衍生物胶凝材料(GD/CM)的性能的研究，包括可加工性、力学性能、耐久性和多功能特性。现有的研究既有相似的结果，也有争议的结果，因为研究人员从不同的角度进行了研究。因此，有必要对最新的研究进展进行总结和回顾，以清楚地了解GD对CM的影响及其作用机制。特别是，本文对GD的强化机制进行了批判性的讨论和分析，以补充现有文献对某些潜在机制的模糊性。此外，本文还强调了当前研究的主要挑战，并提出了指导未来相关领域研究的建议。

 
图1. GD改性水泥复合材料综述框架。

 
图2. 用于分离和稳定水溶液中石墨烯的有机添加剂的化学结构:(a)聚羧酸醚高效减水剂;(b)萘磺酸甲醛高效减水剂;(c)十二烷基硫酸钠和(d)甲基纤维素。

 
图3. 石墨烯分散体的吸光率随SDS浓度和分散时间的变化。

 
图4. 石墨烯表面吸附的甲基纤维素分子示意图，GNPs为石墨烯。

 
图5. 氧化石墨烯在碱性环境中的反应:(a)溶液中钙浓度随氧化石墨烯浓度的变化;(b)分散在从硅酸三钙石膏体中提取的氢氧化钙(CH)、氯化钙(CC)和孔隙溶液(PS)中的普通氧化石墨烯的化学结构变化。图5 (a)中的两条虚线表示可以从溶液中去除钙离子的氧化石墨烯的可能上下限。

 
图6. 三种减水剂的化学结构:(a)木质素磺酸钠;(b) b-萘磺酸甲醛缩聚物;(c)聚羧酸盐高效减水剂(PC)。

 
图7. 不同减水剂/氧化石墨烯分散体的Zeta电位:(a) LS/GO、NFS/GO和PCE/GO溶液(减水剂:GO = 10)在不同pH条件下(KOH调节)的Zeta电位;(b)水泥孔隙溶液中PCE/GO的zeta电位随时间的变化(PCE: GO = 1-5:1，质量)。

 
图8. GO-PCE悬浮液的空间稳定性。

 
图9. GO对硅酸三钙石和波特兰水泥水化动力学的影响:(a)分别添加0、0.04%和0.08% GO(按硅酸三钙石质量计)时硅酸三钙石的水化动力学。

 
图10. 石墨烯的吸水特性:(a)石墨烯的水蒸气吸附/解吸等温线;(b)石墨烯对水的吸附示意图，以及吸水膜厚度。

 
图11. (a)氧化石墨烯和(b)功能化氧化石墨烯在水泥浆体中的分散机理示意图。

 
图12. GO对水泥水化的影响:(a) 48 h内水泥水化过程;(b) 48h内总积热;(c)GO对水泥水化的催化机理。
 

图13. 添加石墨烯及其衍生物后水化产物变化的SEM图像:(a)层状双氢氧化物(LDHs) ;(b)钙矾石;(c)花状结构。

 
图14. 碳酸钙的形貌和晶体结构:(a) SEM图像;(b) X-射线衍射(XRD)谱图;(c)透射电子显微镜(TEM)图像及其SAED图谱;(d)方解石的晶体结构。

 
图15. 含GO和不含GO的水泥浆理论概率分布函数(PDF):(a)纯水泥浆和(b)含0.1 wt% GO的水泥浆。

 
图16. 应变为0.3时水化硅酸钙(C-S-H)原子密度分布:(a)纯C-S-H基体;(b)石墨烯/C-S-H复合基体;(c)石墨烯与环氧基/C-S-H复合基体，(d)石墨烯与羟基/C-S-H复合基体。

 
图17. GO对水泥浆体屏蔽效能(SE)的影响:(a)不同掺量CF的水泥浆体;(b)不同掺量CF/GO的水泥浆体，(c)不同胶凝材料复合材料的反射损失。

 
图18. (a)纯砂浆和(b)含6.4 wt%石墨烯砂浆的压阻反应。

 
图19. 混合氧化石墨烯/碳纳米管的色散效率:(a)不同比例氧化石墨烯:碳纳米管样品的Zeta电位，(b-d)混合氧化石墨烯/碳纳米管的扩散机制示意图。

 
图20. 不同比例的氧化石墨烯/碳纳米管增强水泥浆体的机械强度:(a) Du等人和(b) Lu等人。

 
图21. GD/CM的潜在工程应用:(a) Italcementi描述的未来GD/CM的创新应用，以及(b) GD/CM作为道路停车位的实际工程案例。

      相关研究成果由深圳大学土木与交通工程学院、滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室Haibin Yang等人于2023年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号