石墨烯水泥基复合材料力学性能及增强机理研究

王丹净，李景魁

（1.中国矿业大学 力学与土木工程学院，江苏 徐州 221000；2.无锡商业职业技术学院，江苏 无锡 214000）

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水泥基材料是目前最主要的土木工程材料，而随着现代土木工程建设的发展，对水泥基材料的性能提出了更高的要求[1-3]。目前，水泥基复合材料的研究主要集中于高强度、高耐久性、绿色环保以及多功能性等方面[4]。但水泥混凝土材料存在着脆性大、抗腐蚀性差、易开裂等缺点，严重限制了土木工程水泥基复合材料的设计与应用[5]。研究表明[6]，在水泥基复合材料中引入碳纳米材料可以显著改善基体的力学性能，优化微观结构，进而改善基体的耐久性。其中，石墨烯水泥基复合材料是近期的研究热点。

石墨烯（GNs）作为一种二维碳纳米材料，具有优异的强度、导电性、导热性及电磁学性能，因此在复合材料力学性能增强、导电材料、吸波材料等领域均有比较深入的研究，具有较大的应用潜力[7]。但石墨烯的二维片层结构决定其极易团聚，因此石墨烯的分散性研究是复合材料性能研究的基础。表面活性剂、超声分散、球磨处理等技术被用于分散石墨烯，分散处理后的石墨烯能够在溶液中均匀分散，石墨烯的层数变少，厚度变薄，边缘结构更明显[8]。在石墨烯水泥基复合材料力学性能方面，Avanish 等[9]采用3∶1 质量比的浓硫酸和浓硝酸对石墨烯进行氧化改性，通过球磨分散和活塞压制成型法首次制备了氧化石墨烯水泥复合材料。吕生华等[10-11]制备了氧化石墨烯并掺入水泥净浆，研究发现，掺0.02%氧化石墨烯水泥基材料的抗压、抗折强度较纯水泥试样分别提高了74.2%、90.4%。……