摘要：石墨烯（G）及其衍生物由于具有优异的强度、韧性、耐腐蚀性特点在改善水泥基材料各方面性能方面具有显著优势。因此从G及其衍生物在水泥中的分散性出发，介绍了其对RAC力学性能、耐久性能的影响，并分析了目前研究存在的不足，对研究方向进行展望。

关键词：石墨烯；氧化石墨烯；再生混凝土；分散性

Abstract： Graphene and its derivatives have significant advantages in improving various properties of cement-based materials due to their excellent strength， toughness， and corrosion resistance. Therefore， starting from the dispersibility of graphene and its derivatives in cementitious materials， this paper introduces the influence on the mechanical and durability properties of RAC， analyzes the shortcomings of current research， and looks forward to the research direction.

Keywords： graphene， oxidized graphene， recycled aggregate concrete， dispersibility

引言

随着“十四五”时期“无废城市”建设的提出，各地区相继指出到2025年，建筑垃圾利用率要达到60%-70%。而在建筑垃圾总量中废弃混凝土占50%-60%[1]。处理通常采用堆积、填埋、再生利用，堆积和填埋，不仅占用土地资源，还会造成污染环境。因此，将废弃混凝土破碎筛分后用作再生粗骨料制备再生混凝土，是提高建筑垃圾利用率的关键。然而，废弃混凝土在用作再生粗骨料（RCA）时，因附着旧砂浆、形状不规则，致使新拌混凝土的内部存在多重薄弱区[2-3]，严重影响再生粗骨料混凝土的和易性、抗压和抗拉性能[4]，制约RAC进一步应用。因此，改善再生粗骨料混凝土的性能是目前亟待解决的问题。随着纳米技术的发展，具有大比表面积和高活性的纳米材料，为改善RAC性能提供了新的思路。

在众多纳米材料中，石墨烯是目前已知材料中硬度和强度最高的材料，其硬度达110～121GPa[5-6]，因此，在改善RAC性能方面具有显著优势，同时G显著的导电及导热性也赋予了RAC一定的功能性。氧化石墨烯（GO）作为G的氧化物，继承了G的优良特性，表面增加的含氧官能团提高了GO的水溶性也增强了其与水泥的反应活性，但也产生了一些缺陷，导致力学性能稍逊于G。目前，关于石墨烯及氧化石墨烯对再生混凝土性能的影响已有大量研究，为此，从G及GO在水泥中的分散性，对RAC的力学性能、耐久性及功能性影响等方面进行了介绍，为G及GO的进一步应用提供理论参考。

1 G及GO在水泥中的分散性研究

G及GO在水泥中的分散性会影响其对RAC性能的改善效果，为此学者们采用大量方法对其进行分散。现采用的分散方式包括，物理分散及化学分散。

物理分散包括超声分散、机械分散、球磨分散。Dong [7]等表明，超声分散比机械搅拌对石墨烯的分散性更有效。Kothiyal[8]等将氧化石墨烯的前驱体石墨进行球磨分散并合成GO，研究GO对水泥基体的强度影响，发现经球磨后获得的GO更好的改善了水泥基的性能。杜长青[9]等采用硅灰对GO进行分散，发现硅灰有助于提高GO分散性，改善水泥的力学性能。

化学分散主要包括表面改性。Long[10]等采用聚羧酸基、萘基减水剂及引气剂对GO进行分散，发现聚羧酸减水剂对GO的分散效果最佳。Wajid A S[11]等人研究了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）对石墨烯的分散性影响，发现10mg/mL的PVP溶液能均匀分散石墨烯。景国健[12]等选用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、聚四苯乙烯磺酸钠（PSS）、聚醚型聚羧酸减水剂（PC）作为GO的分散剂，发现PC能有效提升GO在碱性环境中的分散性。

以上研究表明G及GO的分散性直接影响其在水泥中的作用，但目前研究主要集中在对GO分散性的研究上，对G分散性的研究还很少，而分散性差是限制G进一步应用的重要因素，因此，有必要进一步改善G的分散性。

2 G及GO对RAC力学性能的影响研究

谢建和[13]等研究发现石墨烯的絮凝剂纳米薄片间的范德华力会降低RAC的实际水胶比，从而导致RAC难以拌实，从而对RAC的力学性能产生不利影响。饶春华[14]等研究了GO对RAC力学性能的影响发现，GO能够改善不同再生粗骨料替代率下RAC的抗压及抗折强度，在再生粗骨料替代率为50%时，0.06wt%掺量的GO对RAC的28天抗压强度、抗折强度分别提高20.01%、24.32%。雷斌[15]等研究发现GO可以改善再生混凝土的性能，当GO掺量为0.04%时，RAC抗压强度甚至可以超过同级配下未掺GO的普通混凝土的强度。Sanglakpam[16]等研究发现添加0.1%的GO对100%粗骨料替代的RAC的早期强度改善效果优于后期强度。Hou[17]等利用分子动力学模拟分析了GO与水化硅酸钙（C-S-H）的作用，发现GO/C-S-H间存在的化学键更稳定，两者间的相互作用强于G。

以上研究表明目前主要研究了GO对RAC性能影响，而G由于难分散性及表面能低与C-S-H间存在的化学键弱相较于GO低，对RAC的改善也较差。因此，要实现G及GO在改善RAC性能方面具有显著作用，需提高G及GO与水泥间的相互作用，进一步改善RAC性能。

3 G及GO对RAC耐久性的影响研究

Sanglakpam[16]等通过电阻率、初始表面吸收率测试研究了混凝土微结构中离子转移的耐久性，发现GO纳米片的纳米填料效应改善了混凝土的微观结构，增大了RAC的电阻率，降低了RAC的初始表面吸收率，从而提高了RAC的耐久性。另外，Sanglakpam[18]等还通过硫酸盐侵蚀和加速碳化试验发现GO的加入提高了RAC的抗硫酸盐侵蚀能力，并且随着GO按量的增加，碳化深度降低。刘新宇[19]等研究了地聚物再生混凝土的表观损伤、抗压强度、质量损失、中和深度以表征RAC的耐硫酸性能指标，研究发现0.01%的GO能够显著改善地聚物再生混凝土的抗硫酸溶蚀性能。

Wang[20]等表明GO表面含有的-COOH能够与水泥水化产物 C-S-H中Ca2+发生聚合，键合形成致密的三维空间网状结构，他们认为这是水泥基材料力学性能提高的直接原因。姜瑞双[21]等发现G能够与水化产物相互交织，提高与基体的粘结度，从而起到桥联作用提高RAC的抗拉性。何威[22]等发现G具有的模板效应，能够调整水化产物的形态，促进水泥水化产物生长，有助于基体形成致密结构，从而提高RAC的耐久性。

目前研究主要针对GO或G对水泥净浆及水泥砂浆性能的影响，再生粗骨料的加入增加了RAC性能的离散性，并且对RAC耐久性的影响研究还很少，且RAC宏观性能的变化通常是有微观变化的积累引起，ITZ作为影响RAC性能的主要方面，有必要从RAC的ITZ入手研究G及GO对RAC耐久性改善的微观机理。

4 结语及展望

（1）石墨烯及其衍生物的分散性直接影响其对RAC性能的改性效果，未经分散的G及其衍生物对RAC的性能改善效果不佳，为此，要进一步提高RAC性能，需寻求高效的分散方式，以满足低掺量的G及GO对RAC更显著的改善效果，降低成本。

（2）目前对RAC力学性能研究已形成系统机制，对GO改性RAC耐久性的研究还很少，尤其对多种条件耦合作用下的RAC耐久性研究还缺乏。

（3）RAC宏观性能的变化由于微观积累引起，目前研究主要集中在G及GO对RAC的孔结构及水化产物微观形貌的影响，RAC内部存在多重薄弱区，是导致其各方面性能较同级配普通混凝土性能差的主要原因之一，且对与RAC的ITZ研究还很少，需进一步探究。

（4）随着建筑业的持续发展，混凝土能够对外部刺激做出反应，并及时做出修复，从而实现自我诊断、自我调节和自我修复功能。但是混凝土本身并不具有自我感知的能力，G及其衍生物因具有良好的导电性，在加入混凝土后有望通过其电学性能监测混凝土的健康状况。

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