Effect of Graphene Nano Sheets Reinforcement on the Physical Properties of Cement Paste

Abstract

Графеновые нанопластинки (ГН) обладают уникальными физическими характеристиками, которые делают их эффективными армирующими материалами. В этом исследовании оксид графена (ОГ) синтезировали окислением графитовых флюсов с помощью модифицированного метода Хаммера. Полученный оксид термически восстанавливали (расслаивали) при 350 °С в течение 6 часов для получения графеновых нанопластинок. Исследовано влияние введения оксида графена и графеновых нанопластинок на механические свойства, структуру пор, термическую стабильность и электрические характеристики затвердевших цементных композитов. ГН и ОГ добавляли в различных количествах: 0, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04 и 0,05 % от массы цемента. Прочность на сжатие определяли на 28-е сутки. Для определения температур деструкции использовался термогравиметрический анализ (ТГА), структура пор была исследована с использованием метода адсорбции азота при 77,35 К, микроструктура - с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), и, наконец, была изучена электропроводность ОГ/графен-цементных композиций. Результаты исследования показали, что значительное повышение прочности на сжатие (примерно на 33 %) было достигнуто за счет введения ГН в цементную матрицу в количестве 0,04 %. При этом размер пор значительно уменьшился и было достигнуто значительное улучшение микроструктуры цементного раствора и, как следствие, улучшение электропроводности этих композитов.

Understanding the behaviour of graphene oxide in Portland cement paste

“…Previous studies have claimed that adding GO to cement pastes or mortars improves the compressive, flexural and tensile strengths of these systems. The strength improvements were found to occur in systems made of Portland cement (PC) [7,[9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20], alkali activated slag [21] and magnesium phosphate [22]. The majority of these studies assumed that GO layers were well dispersed in the paste matrix.…”

“…Others propose that GO reinforces the paste matrix at the nano-scale [11,15,17,18,20,25,26]. A combination of these two mechanisms has also been suggested [7,11,15,19,38].…”

Effects of FeNi3/SiO2 /GO nanoparticles on the mechanical and durability properties of concrete

“…W wyniku włączenia GO do matrycy cementowej, Mokhtar i in. (24) stwierdzili, że kompozyt wykazał poprawę mikrostruktury i właściwości mechanicznych. should reach zero (1).…”

“…According to Wang et al (23), the addition of GO accelerates cement hydration product nucleation, growth, and phase separation. As a result of the incorporation of GO into a cement matrix, Mokhtar et al (24) found that the composite exhibited improved microstructure and mechanical properties.…”