本文研究不足在于对FG分散状态和硬化水泥基材料性能的表征不够充分。石墨烯材料由于纳米片结构，在高碱性环境中易团聚。目前缺乏理想的方法来直接表征纳米填料分散性。因此，未来需引入更强大的表征方法。此外，FG可能显著影响水泥基材料的微观结构、力学性能及耐久性。这些方面应在未来深入研究。
石墨烯材料（如石墨烯、多层石墨烯、石墨烯纳米片和氧化石墨烯）因其优异拉伸强度、杨氏模量、导热导电性和大比表面积等特性，可显著提升水泥基材料的力学性能、耐久性和多功能性。相关研究表明，添加石墨烯材料可提高水泥基材料抗压强度、抗折强度、抗硫酸盐侵蚀能力等，同时降低吸水率和干缩率。这些改性效果已在海洋结构、无线感应充电道路、结构健康监测等应用中得到验证。石墨烯（GNP）具有蜂窝状晶格结构，是石墨烯材料的基础单元。氧化石墨烯（GO）表面含有羟基、羧基和环氧基等官能团，但缺陷比GNP多。GNP的制备通常采用自上而下的方法，如球磨、化学气相沉积、超声液相剥离等；而GO通过Hummers法将石墨氧化。当前工业GNP制备成本高且分散性差等问题限制了其在水泥基材料中的应用。近年来，闪蒸焦耳加热技术提供了一种简便、低碳且低成本的制备方式，可从生物质废料中高效生产闪蒸石墨烯（FG）。据估算。FG的每千克制备成本仅为0.16美元，且碳排放比GNP低10倍，并表现出优异的改性效果和稳定性。这对于促进GNP生产的环境和经济可持续性具有重要作用。在水泥基材料中，FG的添加仅略微增加成本，但改性效果显著。水泥基材料的流变性对于保证新拌材料可操作性、流动性、泵送性等性能至关重要。不同的使用场景需符合特定的流变要求。水泥基材料合适的流变性有助于提高其施工性和结构性能。水泥基材料的流变性受到原材料、配合比和搅拌工艺等多重影响。FG作为一种碳纳米材料，易因范德华力而团聚，故需额外分散方法。FG分散状态直接影响其在水泥颗粒之间润滑效果，从而显著影响水泥基材料流变性。常用的分散方法包括机械分散、超声分散、减水剂分散及组合分散。机械分散方法简单且稳定，适合工业应用；超声分散方法能有效解决GNP在水中的聚集，但在现场应用中可能面临设备安装和高能耗等挑战；减水剂分散通过提供空间阻碍或静电排斥来改善分散效果；组合分散方法则通过联合多种方法来进一步增强分散效果。
由于FG优异的改性效果和稳定性，FG对水泥基材料具有理想的改性效果，且仅略微增加复合材料成本产生。然而，目前关于FG改性水泥基材料的研究较少。
本研究采用3种常用的分散方法，分别是超声分散结合高效减水剂处理、干混结合高效减水剂处理和机械分散结合高效减水剂处理，研究FG类型、含量及分散方法对新拌水泥基材料流变性的影响及其作用机理。
本研究探讨了闪蒸石墨烯（FG）类型、含量及分散方法对新拌水泥浆体流变行为的影响。主要结论如下：（1）随着FG含量的增加，新拌水泥浆体的屈服应力和塑性粘度总体上升。同时，FG的添加对塑性粘度影响较小，但对屈服应力影响显著。例如，添加0.4 wt%的FG-I（普通闪蒸石墨烯）使新拌水泥浆体屈服应力相较于不含FG的浆体增加了167.5%。
（2）采用超声分散处理（UST）制备的新拌水泥浆体流变参数随FG含量呈线性变化，表明UST是一种理想的FG分散方法。同时，掺杂纳米硼杂质的FG易于分散，显示出良好的工程应用潜力。
（3）FG对水泥基材料流变性的影响机制可归纳为替代效应、团聚效应、润滑效应和吸附效应。这些效应相互竞争，共同影响新拌水泥基材料的流变行为。
本文研究不足在于对FG分散状态和硬化水泥基材料性能的表征不够充分。石墨烯材料由于纳米片结构，在高碱性环境中易团聚。目前缺乏理想的方法来直接表征纳米填料分散性。因此，未来需引入更强大的表征方法。此外，FG可能显著影响水泥基材料的微观结构、力学性能及耐久性。这些方面应在未来深入研究。
Effect and mechanisms of type, content, and dispersion method of flash graphene on the rheological behaviors of fresh cement pastes闪蒸石墨烯类型、含量及分散方法对新拌水泥浆体流变性的影响及机理
出版年份：2024年来源：Construction and Building Materials
通讯作者：东南大学材料科学与工程学院李洪艳博士后 & 天津大学建筑工程学院王欣悦副教授 & 大连理工大学土木工程学院韩宝国教授
文献链接：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.138231
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