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       氧化石墨烯 (GO) 已成功用于水泥復合材料中作為摻和劑，可以提高其機械和耐久性性能。本研究詳細檢查并闡明了 GO 對水泥體系水化產(chǎn)物的影響。文章分別采用SEM/BSE、XRD、LA-ICP-MS和²⁹Si/²⁷Al MAS-NMR對水泥漿體的水化前驅(qū)體、形態(tài)、成分和化學鍵進行了研究。實驗結果表明，當摻入0.02 wt % 的GO時，水泥漿體的 28 天抗壓強度（w/c = 0.35）提高了 29%。摻入的氧化石墨烯與水泥水化產(chǎn)物之間存在化學反應。強度的提高實際上不僅得益于水泥水化度的提高，還跟新發(fā)現(xiàn)的由于帶負電荷的GO消耗了Ca離子的而產(chǎn)生的類雪硅鈣石水合物和類六水硅鈣石水合物有關。由于GO的加入，水合產(chǎn)物的聚合也得到了改善。
 
 
圖1. （a）SEM圖像，（b）本研究中使用的GO的FTIR光譜
 
  
圖2. 抗壓強度測試結果
 
 
圖3. 在第7天時漿體樣品斷裂面的數(shù)字圖片：(a) OPC漿體和(b) OPC+GO漿體

 
圖4. OPC漿體在第28天時的代表性BSE圖像：CH=Ca(OH)₂，i-CSH=inner C-S-H，o-CSH=outer C-S-H.
 

圖5. 第28天時元素線掃描的水泥水化階段的代表性BSE圖像：（a）未水化水泥； (b) GO誘導的富鈣相；(c) GO誘導的富硅相.
 
 
圖6. BSE顯微照片處理示例，(a) BSE圖像；(b) 二進制分割后只有未水化的水泥作為黑色像素點.
 

圖7. 第28天時硬化漿體的XRD數(shù)據(jù)，A：硅酸三鈣石，C：方解石，CH：氫氧鈣石，T：雪硅鈣石
 

圖8. 在20分鐘時OPC和OPC+GO混合物的ICP-MS元素濃度箱線圖：(a) 提取溶液，(b) Ca，(c) Si，(d) Al，(e) Fe.
 

圖9. 鈣離子與GO之間的相互作用
 
 
圖10. 在第56天時(a)OPC漿體、(b) OPC+GO漿體的²⁹Si MAS NMR光譜；以及 (c) OPC漿體、(d) OPC+GO漿體的²⁷Al MAS NMR光譜；(d) OPC þ GO 膏，X軸單位：ppm。

       相關研究成果由華盛頓州立大學土木與環(huán)境工程系先進和可持續(xù)水泥基材料實驗室Gang Xu課題組于2021年發(fā)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。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號