分散的氧化石墨烯掺入水泥浆体中，在碱性环境中容易重新聚集，不利于水泥浆体的微观结构演变和力学性能。在这项研究中，开发了一种新型的功率超声(PUS)辅助搅拌技术，以优化氧化石墨烯在水泥浆中的分散。利用X-射线计算机断层扫描(X-CT)和扫描电子显微镜-能量分散光谱(SEM-EDS)对氧化石墨烯的分布进行了表征。采用X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和压汞孔隙度分析(MIP)对水化产物的演化进行了分析。结果表明，PUS-辅助混合工艺提高了氧化石墨烯Ca²⁺和-COO^-基团之间的键合能力。此外，与对照组相比，应用PUS-辅助混合，1天后氧化石墨烯团块的平均等效直径减少了9.9%，1天后弯曲和抗压强度分别增加了26.6%和3.2%，28天后分别增加了22.7%和12.6%。本研究为纳米碳水泥基材料的制备提供了一条新的途径。
    
图1. 熟料和石膏的粒度分布。
   
图2. 氧化石墨烯的表征:(a)总光谱，(b) C1s光谱，(c) FTIR光谱，(d) XRD光谱。
    
图3. (a)超声辅助混合装置(b)混合器内部布局，(c)超声混合鼓底部，(d)超声波发生器。
    
图4. 氧化石墨烯改性水泥浆体的制备及表征方法。
    
图5. 不同样品水泥浆体中氧化石墨烯的空间分布:(a)“C”组，(b)“C-PUS”组，(C)“C-PCE”组，(d)“CPCE-PUS”组。所有氧化石墨烯颗粒均以RGB颜色渲染。
     
图6. 不同样品的聚团氧化石墨烯直径。
      
图7. 不同样品水泥浆中氧化石墨烯的C原子能谱图结果:(a)“C”基团，(b)“C-PCE”基团，(C)“C-PUS”基团，以及(d)“C-PCE-PUS”组。
   
图8. 固化28天后氧化石墨烯的微观结构：（a）“C”组，（b）“C-PUS”组。
      
图9. 初步XPS调查。
    
图10. 各组1天Ca2p光谱拟合曲线。

   
图11. 各样品的DTG曲线示意图:(a) 1天，(b) 28天。
    
图12. 不同样品在第1天和第28天的CH含量。

    
图13. 氧化石墨烯改性水泥的FTIR光谱：（a）1天，（b）28天。
    
图14. 不同样品在28d时的孔隙结构。(a)差异孔径曲线，(b)孔隙率。
   
图15. 机械性能测量。(a)抗弯强度结果，(b)抗压强度结果。
   
图16. 氧化石墨烯对不同基团的增强效果示意图。(a)“C”组，(b)“C-PUS”组，(C)“C-PCE”组，(d)“C-PCE-PUS”组。

      相关研究成果由重庆大学材料科学与工程学院Guangqi Xiong等人于2023年发表在Journal of Building Engineering (https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106321 )上。原文：Effect of power ultrasound assisted mixing on graphene oxide in cement paste: Dispersion, microstructure and mechanical properties

转自《石墨烯研究》公众号