石墨烯（graphene，以下簡(jiǎn)稱GP）是一種具有sp2雜化結(jié)構(gòu)的二維碳納米材料。石墨烯按碳原子層數(shù)的不同可以分為單層石墨烯（Graphene）、雙層石墨烯（Double-layergraphene）和少層石墨烯（Multi-layergraphene），現(xiàn)在，由碳原子構(gòu)成的具有幾個(gè)原子層（通常小于10層）的晶體也都可以稱為石墨烯（GP），石墨烯在掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）下的微觀形貌如圖1所示。自2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家Novoselov和Geim成功制備出了石墨烯以來(lái)，其制備和應(yīng)用在世界范圍內(nèi)掀起了研究熱潮。石墨烯的發(fā)現(xiàn)充實(shí)了碳材料家族，形成了從零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯到三維的金剛石和石墨的完整體系。石墨烯是目前世界上已知的最薄的二維材料，單層厚度只有0.335nm。但它的硬度卻相當(dāng)大，具有超強(qiáng)的力學(xué)性能，楊氏模量為1.1TPa，斷裂強(qiáng)度高達(dá)125GPa，是鋼鐵的100多倍。單原子層的石墨烯比表面積可達(dá)2630cm2/g，電子遷移速率達(dá)到10000cm2/V，導(dǎo)熱系數(shù)為3000~5000W/（m·K）。此外，石墨烯本身還具有一些獨(dú)特的物理性能，例如量子霍爾效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)]、量子霍爾鐵磁性。石墨烯這些優(yōu)異的性能，引起了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。

近些年，在石墨烯的制備、功能化以及應(yīng)用上都取得了較大的成果。迄今為止，石墨烯已經(jīng)廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器、生物傳感器、燃料電池、薄膜材料、液晶材料等方面，而對(duì)其在水泥基材料中的應(yīng)用報(bào)道較少。

目前，水泥混凝土仍然是建筑施工中最為廉價(jià)、應(yīng)用最為廣泛的建筑材料。然而，隨著我國(guó)不斷興建高層、超高層建筑，修建跨海、跨河大橋以及海底隧道等工程，傳統(tǒng)的混凝土材料暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題。如果混凝土自身缺陷得不到全面認(rèn)識(shí)和妥善解決，將會(huì)制約其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。在推進(jìn)混凝土向高強(qiáng)高性能化、綠色環(huán)保化、高耐久和智能化方面發(fā)展過(guò)程中，首要解決的問(wèn)題就是改善混凝土的抗拉強(qiáng)度低、韌性差、滲透性差等缺陷。石墨烯優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性能，使其成為增強(qiáng)水泥基材料抗拉強(qiáng)度、韌性和電學(xué)性能的重要材料。憑借其在基體中的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、填充效應(yīng)，石墨烯在改善水泥基材料的抗拉強(qiáng)度、韌性、滲透性以及耐久性等方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

1石墨烯在水性溶液中的分散性研究

石墨烯片層間的π-π堆疊作用和較強(qiáng)的范德華力作用，使其很難在水溶液或其他常用溶劑中分散。石墨烯在水性溶液中的團(tuán)聚，極大地限制了石墨烯的應(yīng)用，所以，獲得高分散性的石墨烯水溶液是實(shí)現(xiàn)其在水泥基材料中應(yīng)用的提前和基礎(chǔ)。目前，對(duì)石墨烯的分散方法包括機(jī)械攪拌法、超聲處理法、表面修飾法（共價(jià)修飾和非共價(jià)修飾）等，以及不同方法的復(fù)合使用。

Lotya等以膽酸鈉為分散劑，結(jié)合低頻率超聲分散方法，對(duì)初始濃度為5mg/mL的石墨進(jìn)行超聲剝離后再離心處理，獲得高濃度的石墨烯懸浮液。通過(guò)選取合適的工

藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在離心轉(zhuǎn)速500~2000r/min能夠得到分散效果較好的分散液。結(jié)果表明：石墨烯水溶液的最大濃度為0.3mg/mL，并且隨著超聲時(shí)間的增長(zhǎng)，石墨烯懸浮液的濃度增大。透射電鏡顯示，石墨烯層數(shù)均在10層以下，單層含量達(dá)到20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），石墨烯的平均層數(shù)為4層。此外，通過(guò)拉曼光譜顯示，在分散劑中對(duì)石墨進(jìn)行剝離，然后超聲處理后制備的石墨烯形成了新的邊界，在層數(shù)越少的石墨烯中，產(chǎn)生的缺陷越多。

Khan，U等選用N-甲基吡咯烷酮作為分散劑，將石墨溶于分散劑水溶液中，在中頻率的超聲條件下進(jìn)行剝離，制備石墨烯水溶液，探究不同超聲時(shí)間對(duì)石墨烯水溶液濃度的影響。結(jié)果表明：通過(guò)延長(zhǎng)超聲時(shí)間，制備出最高濃度為1.2mg/mL的石墨烯水溶液，石墨烯單層所占比例達(dá)到4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），石墨烯的尺寸會(huì)隨著超聲時(shí)間增大而減小。拉曼光譜顯示，在石墨烯的邊界產(chǎn)生了新的缺陷，但是在基面中沒(méi)有缺陷存在。這種石墨烯水溶液可以用來(lái)制備一種導(dǎo)電與機(jī)械性能優(yōu)良的薄膜。

Lotya等認(rèn)為石墨烯的分散與碳納米管在表面活性劑中分散行為相似，他們將石墨分散于十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）中，對(duì)其進(jìn)行剝離，制備石墨烯水溶液。并利用紫

外/可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定分散后石墨烯水溶液的吸光度，進(jìn)而表征分散液的濃度。TEM顯示小于5層的石墨烯比例為40%純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），單層石墨烯比例為3%。原子力顯微鏡觀察到，分散后的石墨烯存在較少的缺陷。研究顯示，之所以能夠獲得穩(wěn)定分散的石墨烯水溶液，是因?yàn)楸砻婊钚詣┑募尤胧沟闷c片層之間產(chǎn)生了庫(kù)倫斥力，保證石墨烯不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚。

臺(tái)灣元智大學(xué)的蒲念文等利用4種不同的表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、聚氧代乙烯壬基苯基醚（CO890）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、聚羧酸活性劑（H14N），對(duì)石墨烯進(jìn)行非共價(jià)修飾。測(cè)定不同分散液離心后的吸光度，結(jié)合靜置和離心沉降試驗(yàn)，表征不同分散劑對(duì)石墨烯的分散效果，通過(guò)TEM觀察分散后的石墨烯表面形貌，并制備了石墨烯薄膜，測(cè)定其導(dǎo)電性能。結(jié)果表明：CO890的濃度在0.3mg/mL時(shí)，石墨烯的分散最好，SDS的分散效果次之。此外，利用CO890分散的石墨烯制備的薄膜，其電阻率最低，導(dǎo)電性能優(yōu)異。

魏偉使用十二烷基磺酸鈉（SDS）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、聚乙烯醇（PVA）、木質(zhì)素磺酸鈉（SLS）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、脫氧核糖核酸（DNA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等作為分散劑，結(jié)合超聲處理，將石墨烯分

散到水溶液中，對(duì)分散后的石墨烯水溶液進(jìn)行離心處理后測(cè)試其吸光度。結(jié)果表明：PVP的分散效果最好，當(dāng)PVP濃度達(dá)到10mg/mL時(shí)，石墨烯分散液的濃度能達(dá)到

1.3mg/mL，通過(guò)熱重測(cè)試，也能表明石墨烯分散濃度達(dá)到1.3mg/mL。PVP之所以能夠有效地分散石墨烯，是因?yàn)殚L(zhǎng)鏈中氮和氧原子未成鍵，電子與石墨烯表面懸鍵的作用較強(qiáng)，易于吸附于石墨烯兩側(cè)，通過(guò)靜電斥力和范德華力相互作用，阻止石墨烯之間的團(tuán)聚，保持分散液穩(wěn)定性。大多數(shù)研究者采用表面活性劑與超聲相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)石墨烯在基體中的穩(wěn)定分散。表面活性劑的摻加，能夠在石墨烯表面產(chǎn)生靜電斥力或空間位阻，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定分散的作用。這種非共價(jià)表面修飾的方法，不會(huì)對(duì)石墨烯造成破壞，能夠最大程度的保持石墨烯原有的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能。

2石墨烯水泥基復(fù)合材料研究進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)石墨烯的研究主要集中在石墨烯聚合物復(fù)合材料，對(duì)石墨烯水泥基復(fù)合材料研究較少，近幾年，國(guó)內(nèi)外研究人員陸續(xù)開(kāi)展了石墨烯水泥基復(fù)合材料的物理力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的研究，但是并沒(méi)有形成系統(tǒng)的研究理論，相關(guān)試驗(yàn)支撐尚不全面。

2.1石墨烯水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能研究

MohanedSaafi等制備了還原氧化石墨烯/硅灰地聚物水泥基復(fù)合材料。首先用堿對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原，并超聲1h處理。再將還原氧化石墨烯（rGO）與硅灰混合

超聲3h處理后，摻加到地聚物水泥基材料中，對(duì)其機(jī)械性能和地聚物復(fù)合材料的形貌進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：rGO和硅灰的摻入提高了地聚物水泥基復(fù)合材料的物理性能，例如抗折強(qiáng)度和楊氏模量，當(dāng)rGO摻量為0.35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，增強(qiáng)效果最大。這是因?yàn)閞GO的二維結(jié)構(gòu)使其能與基體有良好的化學(xué)作用；同時(shí)rGO也能夠有效地填充到無(wú)序的孔隙和裂縫中，其褶皺形貌在其中起到了積極地促進(jìn)作用；此外，rGO片層能黏附于硅灰顆粒表面，形成混雜團(tuán)簇，這是因?yàn)閞GO和硅灰表面之間的交聯(lián)和功能化，rGO在硅灰的牽引下，填充到基體中的孔隙中，降低基體的總孔隙率。HunainAlkhateb等[29]將原始石墨烯和經(jīng)硝酸處理的功能化石墨烯分別加入到水泥基材料中，測(cè)試其力學(xué)性能，并探究石墨烯的摻入對(duì)水化硅酸鈣的影響。原子力顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在摻入石墨烯的水泥基材料中，生成的水化硅酸鈣中存在石墨烯，同時(shí)高密度的水化硅酸鈣含量增多，復(fù)合材料整體力學(xué)性能得到增強(qiáng)。分子動(dòng)力學(xué)表明，功能化石墨烯的加入提高了界面強(qiáng)度和水泥基復(fù)合材料的整體性。此外，相分析表明，石墨烯和功能化石墨烯的摻入，能夠影響生成物的相組成以及表面韌性，這是石墨烯水泥基復(fù)合材料整體韌性和塑性得以提高的原因。

NavidRanjbar等利用石墨烯（GNPs）作為填充材料，增強(qiáng)地聚物復(fù)合材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明，當(dāng)摻加1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的石墨烯時(shí)，地聚物復(fù)合材料的抗壓，抗折強(qiáng)度分別提高了1.44、2.16倍。原子力顯微鏡證明，石墨烯雖然被均勻分散于在基體中，但仍然存在重疊和團(tuán)聚現(xiàn)象。

ZhuPan等利用化學(xué)剝離法制備氧化石墨烯（GO），并將其摻加到普通硅酸鹽水泥中，用以增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能。流動(dòng)擴(kuò)展度試驗(yàn)表明，摻加0.05%（質(zhì)量分

數(shù)）的氧化石墨烯，降低了41.7%的漿體流動(dòng)擴(kuò)展直徑。同時(shí)，0.05%氧化石墨烯的摻加，使水泥凈漿的抗折強(qiáng)度提高了41%~59%，抗壓強(qiáng)度提高了15%~33%。漿體表面積和孔結(jié)構(gòu)的測(cè)試結(jié)果表明，具有羧酸基團(tuán)的氧化石墨烯，能夠與水泥中的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)了水泥的水化作用，生成了更多的水化硅酸鈣凝膠，因而增大了漿體的表面積和更多的凝膠孔。掃描電鏡（SEM）結(jié)果顯示：當(dāng)沒(méi)有氧化石墨烯存在時(shí)，裂縫會(huì)不斷發(fā)展，直接貫穿整個(gè)水化產(chǎn)物；摻加氧化石墨烯時(shí)，裂縫發(fā)生偏移，扭曲，變成不連續(xù)裂縫，氧化石墨烯能夠細(xì)化裂縫，阻斷裂縫擴(kuò)展，導(dǎo)致裂

縫的分支，不連續(xù)裂縫。

呂生華等利用改進(jìn)Hummers法和超聲波分散方法制備氧化石墨烯（NGO），然后摻入到水泥凈漿中，測(cè)試不同摻量下水泥凈漿的流動(dòng)度、黏度以及抗壓、抗折強(qiáng)度。結(jié)果顯示，納米氧化石墨烯的摻加降低了水泥凈漿流動(dòng)度，提高了漿體黏度；當(dāng)納米氧化石墨烯摻量為0.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，水泥石抗折強(qiáng)度提高了102.4%；利用掃描電鏡（SEM）觀察其微細(xì)觀形貌，發(fā)現(xiàn)納米氧化石墨烯對(duì)水泥石中晶體的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響。石墨烯對(duì)水泥水化晶體產(chǎn)物的形成有促進(jìn)和模板效應(yīng)，能促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物形成整齊規(guī)整的花朵狀納米級(jí)微晶體，從而達(dá)到了增強(qiáng)增韌的效果。

王琴等將氧化石墨烯懸浮液（GO）摻加到水泥基材料中，測(cè)定了氧化石墨烯對(duì)水泥凈漿的黏度、凝結(jié)時(shí)間及水化放熱的影響，同時(shí)測(cè)定了水泥凈漿和砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度。氧化石墨烯的摻加，能增加水泥漿的黏度，縮短凝結(jié)時(shí)間，并有效地降低了水泥水化放熱，當(dāng)摻量為0.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，28d的水泥凈漿的抗壓、抗折強(qiáng)度分別提高了40.4%、90.5%。氧化石墨烯可能參加了水泥水化反應(yīng)，加速了晶核的形成和生長(zhǎng)，同時(shí)，氧化石墨烯的吸附作用有利于水化產(chǎn)物與未水化水泥顆粒的分離，進(jìn)而加速水泥的水化進(jìn)程。

2.2石墨烯水泥基復(fù)合材料電學(xué)性能研究

Sedaghat，A等研究了石墨烯水泥基復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)和電導(dǎo)率、水泥石密度、顆粒的粒徑分布、水化后的微觀形貌以及水泥石的礦物組成。電導(dǎo)率試驗(yàn)表明，石墨烯的存在，增加了水泥石的電導(dǎo)率，并隨著摻量增大，電導(dǎo)率增大，當(dāng)石墨烯摻量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，電導(dǎo)率增大為10-2S/m；熱擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)顯示，1%的石墨烯對(duì)水泥石的熱擴(kuò)散并沒(méi)有任何影響，當(dāng)摻量為5%時(shí)，熱擴(kuò)散系數(shù)增大，并隨著石墨烯的摻量增加而增大；SEM顯示，石墨烯能夠附著到水化硅酸鈣和氫氧化鈣表面，填充到水化產(chǎn)物之間的微米級(jí)毛細(xì)孔中，提高基體密實(shí)度，同時(shí)，石墨烯改變

了鈣礬石的形貌，減小了針棒狀鈣礬石的產(chǎn)生，當(dāng)石墨烯摻量為10%時(shí)，幾乎沒(méi)有針棒狀的鈣礬石生成。石墨烯的摻入，減少了水泥基材料的溫度裂縫，提高了基體的溫度完整性和結(jié)構(gòu)耐久性。

清華大學(xué)Huang利用DarexSuper20作為分散劑，結(jié)合超聲技術(shù)，將石墨納米片（GNP）分散到砂漿中，測(cè)定石墨納米片砂漿復(fù)合材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能。當(dāng)摻加1.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的石墨納米片時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度提高了20%，抗折強(qiáng)度提高了17%，這是由于石墨納米片顆粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、填充效應(yīng)、裂縫阻斷效應(yīng)，進(jìn)而改善砂漿基體的過(guò)渡區(qū)，提高復(fù)合材料的整體力學(xué)性能。同時(shí)，石墨納米片的摻入，降低了砂漿的電阻率，提高其導(dǎo)電性能，使得復(fù)合材料獲得了裂縫自診斷功能。

2.3石墨烯水泥基復(fù)合材料耐久性能研究

DuHongjian等利用萘磺酸系減水劑（SP）和超聲波能量，將石墨烯（GNP）有效地分散到水中，研究了石墨烯對(duì)水泥砂漿的滲透性、氯離子擴(kuò)散和氯離子遷移性能的

影響，并采用壓汞法分析了水泥砂漿的孔徑分布。在摻加2.5%GNP+1.25%SP（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的水泥砂漿中，復(fù)合材料的滲水深度，氯離子擴(kuò)散系數(shù)和氯離子遷移系數(shù)分別降低了64%，70%和31%。壓汞法試驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯的摻加，使得大孔體積明顯減小，臨界孔徑尺寸得到細(xì)化，累計(jì)孔隙率隨石墨烯摻量增大而降低，但石墨烯的摻加對(duì)中孔沒(méi)有太大影響。水泥砂漿孔徑結(jié)構(gòu)變化表明，摻加的石墨烯，能夠?yàn)樗a(chǎn)物的形成提供成核位點(diǎn)，促進(jìn)水化產(chǎn)物的形成，并且填充孔隙，細(xì)化砂漿的孔徑結(jié)構(gòu)，形成更加密實(shí)的微結(jié)構(gòu)。

ZhouFan選用不同等級(jí)的石墨烯（GC、GM）和不同等級(jí)的氧化石墨烯（GOC、GOM），制備了石墨烯水泥基復(fù)合材料，測(cè)試了水泥凈漿的抗壓強(qiáng)度以及水泥砂漿的抗凍融和抗腐蝕性能。石墨烯的摻入，不同程度地提高了水泥基材料的抗壓強(qiáng)度；C等級(jí)石墨烯和M等級(jí)氧化石墨烯的摻入，提高了水泥砂漿的抗腐蝕性能，但是含有M等級(jí)石墨烯的水泥砂漿試塊抗腐蝕性能有所下降；含有石墨烯的水泥砂漿試塊經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后，長(zhǎng)度和質(zhì)量都有所增加，但對(duì)比未添加石墨烯的試塊均表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，這可能是由于石墨烯的存在使凍脹壓增加，更深入的原因還有待進(jìn)一步研究。

杜濤利用聚羧酸減水劑將氧化石墨烯分散到水泥基材料中，并研究了其對(duì)水泥和混凝土的力學(xué)性能和耐久性能影響及相關(guān)機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻加0.5‰（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

氧化石墨烯能夠減少28d齡期水泥石內(nèi)部的孔洞，同時(shí)使得水泥中的凝膠更加均勻和致密，還能降低針狀鈣礬石的生成，使得水泥石結(jié)構(gòu)變得致密；同時(shí)，尺寸較大的氧化石墨烯能夠提高水泥的力學(xué)性能和抗氯離子滲透性，降低水泥中的氫氧化鈣的含量，細(xì)化微晶尺寸，減小Ca/Si比，提高水化硅酸鈣凝膠聚合度；此外，氧化石墨烯的摻入也能改善混凝土的孔徑分布，提高混凝土抗氯離子滲透性能。

3存在的問(wèn)題

（1）石墨烯還不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。石墨烯的制備可以分為物理方法和化學(xué)方法。物理方法包括使用微機(jī)械剝離石墨，或者將石墨溶解于有機(jī)溶劑中直接剝離而得到石墨烯，這類方法原料易得，操作簡(jiǎn)單，獲得石墨烯純度很高，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以精確控制，重復(fù)性差，并不適合大規(guī)模的生產(chǎn)?；瘜W(xué)方法主要包括化學(xué)氣相沉積法（CVD）、晶體外延生長(zhǎng)法、氧化還原法等，CVD法可大規(guī)模制備石墨烯，但因其較高的成本、復(fù)雜的工藝制約了CVD法制備石墨烯的發(fā)展；而晶體外延生長(zhǎng)法要求高溫、高真空，且石墨烯難于從襯底分離，故不能成為大量制備石墨烯的方法。其中氧化還原法成本低、產(chǎn)量大，被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的方法。這種方法首先對(duì)石墨進(jìn)行氧化處理，將氫氧基、環(huán)氧基和羧基等含氧官能團(tuán)連接到石墨基層及其邊緣，進(jìn)而大大減小了層間的范德華力，使得剝離變得更加容易。但是氧化石墨烯的電導(dǎo)率大大降低，還原處理后，雖然對(duì)其結(jié)構(gòu)有很高的修復(fù)作用，但是還原氧化石墨烯仍然具有較大的結(jié)構(gòu)缺陷，石墨烯優(yōu)異的物理化學(xué)性能不能完全地表現(xiàn)出來(lái)。

（2）石墨烯在水中難于分散。石墨烯本身的小尺寸、高比表面積以及層與層之間高的范德華力，都使得石墨烯在水性溶液中趨于團(tuán)聚，難以分散。在使用前，對(duì)石墨烯進(jìn)行各類處理就成為了至關(guān)重要的一步。在現(xiàn)有研究中，很多學(xué)者集中研究將石墨分散到分散劑中，然后對(duì)其進(jìn)行剝離，制備高濃度的石墨烯分散液，然而對(duì)原始石墨烯的分散并沒(méi)有深入的研究。類似于碳納米管和納米碳纖維的分散，將石墨烯溶解于表面活性劑溶液，結(jié)合超聲處理的分散方法，操作簡(jiǎn)單有效，這將是獲得高濃度石墨烯分散液的研究熱點(diǎn)之一。

（3）石墨烯在水泥基材料中的作用機(jī)理尚不明確。近幾年的研究學(xué)者表明，石墨烯在水泥基材料中，不僅起到了納米填充效應(yīng)、裂紋阻斷效應(yīng)，對(duì)水泥水化產(chǎn)物的形成也有一定的影響，但是并沒(méi)有系統(tǒng)、全面的試驗(yàn)作為支撐，對(duì)增強(qiáng)機(jī)理的研究并不完善；尤其對(duì)于石墨烯大幅度提高水泥基材料的韌性，還需要做更加全面、更加深入的研究；此外，也有報(bào)道稱，石墨烯的摻加，增大了水泥基材料的熱擴(kuò)散系數(shù)，減少了基體因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的微裂縫。石墨烯在水泥基材料中的作用機(jī)理仍然需要進(jìn)行長(zhǎng)期深入的研究。

（4）石墨烯與水泥基體的相容性尚未研究。水泥基材料是包含各類礦物摻合料和外加劑的復(fù)合材料，在考慮石墨烯在水泥基材料中的分散時(shí)，還要考慮經(jīng)過(guò)處理后的石

墨烯與基體中不同組分的相容性問(wèn)題，保證各組分之間能夠相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)水泥基材料的良好性能。

（5）石墨烯水泥基復(fù)合材料的耐久性研究甚少。目前，對(duì)于石墨烯摻加到水泥基材料后的耐久性研究幾乎是空白，耐久性能是實(shí)現(xiàn)石墨烯水泥基高性能復(fù)合材料應(yīng)用的

關(guān)鍵保障，對(duì)于耐久性問(wèn)題的深入研究有著至關(guān)重要的意義。全面、系統(tǒng)地研究石墨烯水泥基復(fù)合材料的抗凍融、抗碳化、抗?jié)B透、抗堿骨料等長(zhǎng)期耐久性能，能夠?yàn)槭嗷咝阅軓?fù)合材料在工程上的應(yīng)用提供強(qiáng)有力的理論支撐。

4研究趨勢(shì)

目前，一些研究人員已經(jīng)初步探究了石墨烯對(duì)水泥基材料的宏觀性能影響，石墨烯的摻加能夠顯著提高水泥基材料的力學(xué)性能，提高其電導(dǎo)率，以及提高抗?jié)B性、抗腐蝕性等耐久性能。筆者認(rèn)為還應(yīng)從4個(gè)方面研究：

（1）對(duì)于石墨烯在基體中的穩(wěn)定分散，需要重點(diǎn)考慮表面活性劑的選擇，需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，在保證石墨烯分散低成本和表面活性劑與基體的良好相容性的前提下，實(shí)現(xiàn)石墨烯在基體中最大程度的分散。

（2）利用石墨烯水泥基復(fù)合材料的優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，發(fā)展智能水泥混凝土材料，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)健康監(jiān)控，同時(shí)利用其良好的導(dǎo)熱性能，改善大體積混凝土的溫度裂縫。

（3）豐富對(duì)石墨烯水泥基復(fù)合材料的耐久性能研究，在試驗(yàn)室條件允許的前提下，盡可能全面地將引起耐久性問(wèn)題的各個(gè)因素結(jié)合考慮。

（4）石墨烯在水泥中的作用機(jī)理并不明確，石墨烯的摻加對(duì)水泥的水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)的影響也沒(méi)有系統(tǒng)的研究。為了明確石墨烯在水泥基材料中的作用機(jī)理，可以分子動(dòng)力學(xué)理論、有限元分析等多種手段進(jìn)行研究。

5結(jié)語(yǔ)

石墨烯的出現(xiàn)，不僅充實(shí)了碳材料家族，更拓寬了傳統(tǒng)水泥混凝土材料的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著我國(guó)各類高強(qiáng)、高性能混凝土的不斷發(fā)展，急需各類高新材料改善水泥混凝土

的低抗折強(qiáng)度、低韌性、易開(kāi)裂等一系列自身缺陷，石墨烯高強(qiáng)度、高柔韌性、高比表面積以及高電導(dǎo)率等優(yōu)異性能，都為高性能、智能化水泥基材料的發(fā)展帶來(lái)了廣闊前景。目前，對(duì)于石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)仍然是個(gè)棘手的問(wèn)題，需要相關(guān)研究學(xué)者的通力合作，尋求最簡(jiǎn)單、最有效的石墨烯制備方法。一旦實(shí)現(xiàn)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化制備，不僅能帶動(dòng)一系列相關(guān)高科技領(lǐng)域的發(fā)展，也能實(shí)現(xiàn)石墨烯在水泥混凝土行業(yè)的廣泛應(yīng)用。