石墨烯及其衍生物复掺纤维水泥基复合材料研究进展*

王思月，王学志，孔祥清，贺晶晶，辛 明

(辽宁工业大学 土木建筑工程学院， 辽宁 锦州 121000)

0 引 言

水泥基材料由于其成本低、力学性能强、操作简单、易于运输等优点，作为目前最普遍的建筑材料被应用在建筑工程中。随着建筑行业的发展，对水泥使用量的需求不断增加，水泥基的应用范围也在不断变广，使得人们对水泥基材料的研究进展得到了迅速发展。但由于水泥基材料自重较大、抗弯能力和抗拉伸能力较低、韧性差等诸多缺陷，也限制了水泥基的发展[1]。为了保证建筑工程符合要求的同时，改善水泥基材料的性能，减少水泥基材料的缺点，学者们研究出了具有更高性能的水泥基复合材料。如：碳纤维水泥基复合材料、钢纤维水泥基复合材料、纳米材料水泥基复合材料、石墨烯水泥基材料[2]和自修复水泥基材料[3]等等。

近几十年来，纳米材料被广泛应用于各个领域，有着良好的发展前景，国内外诸多学者已将纳米材料应用到水泥混凝土中，研究其对混凝土性能的影响[4-5]。随着人们对纳米材料应用于水泥基的深入认知，纳米科学在水泥基复合材料中已取得了很大的进展[6]。在提高混凝土耐久性方面，纳米材料由于其自身体积小，能够充分填充到水泥基体的孔隙中，降低水泥基材料的有害孔数量，从而提高了水泥基体的耐久性；其次，从水化过程来看，水泥水化会产生氢氧化钙，氢氧化钙强度较低，而纳米材料会和氢氧化钙反应生成强度较大的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石(AFt)，提高了水泥基复合材料的强度和耐久性[7]。其次，纳米材料还有良好的导电、导热、电磁屏蔽等性能，将纳米材料掺配到水泥基材料中，可以提高水泥基材料的热电性能和电磁屏蔽性能，这可以改善水泥基材料高绝缘性的特点，可以应用在静电消除、电磁屏蔽和裂缝损伤检测等方面[8]，从而促进了混凝土高性能化和多功能化的发展，为建筑行业的发展带来了新途径。

石墨烯(G)是一种以sp2杂化连接的碳原子堆积的二维平面碳纳米材料，其导电、导热性能和力学性能良好，其结构示意图如图1所示；氧化石墨烯(GO)是G的衍生物，其表面有大量活性含氧官能团，其结构示意图如图2所示。已有研究表明[9-10]，将具有导电性能的碳系纳米材料和纤维混掺到水泥基中，可以在很大程度上降低水泥基复合材料的电阻率，提高水泥基体的导电性能，同时降低了高掺量碳系纳米材料对水泥基体力学性能的不利影响，提高了水泥基复合材料的强度。因此，从材料在水泥基中分散问题、水化过程和微观结构、力学性能、功能性、耐久性能等5个方面详细分析了石墨烯及其衍生物和其他纤维混杂对于水泥基复合材料的影响。

图1 石墨烯结构示意图Fig 1 Graphene structure diagram

图2 氧化石墨烯结构示意图Fig 2 Graphene oxide structure diagram

1 G及GO在水泥基中的分散问题

1.1 G在水泥基中的分散问题

由于G片层间存在π-π键堆叠作用和较强的范德华作用力，导致G难于分散在水性溶液中。G的分散性问题在很大程度上限制了其应用发展，因此，要实现G在水泥基中的应用，必须首先解决G在水泥基中的分散问题。根据现有文献来看，目前有效的G分散方法分为化学分散法和物理分散法，化学分散法是对石墨烯进行表面处理或者使用表面活性剂；物理分散法又包括机械搅拌法、球磨法、超声处理法、压剪法等[11]，以及不同方法的混合使用。

在目前研究中，采用最多的方法就是分散剂和超声分散相结合的方法。曹明莉等[12]采用硝酸氧化和超声波分散相结合的方法将G均匀地分散在水泥基中。研究了G对水泥基材料力学性能的影响，得出实验结论：水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度随着G质量分数的增加呈现先增大后减小的趋势，G的最佳掺量为水泥质量的0.02%。陈妤等[13]使用聚羧酸减水剂(PC)作为分散剂，并结合超声波分散的方法将石墨烯纳米片(GNPs)均匀地分散在水泥基中，对其微观形貌和水化过程进行了分析，研究了不同掺量和不同的养护龄期对水泥基体的抗压和抗折强度的影响。实验结果表明，当GNPs 掺量为0.04 %(质量分数)时，试件28 d的抗压和抗折强度分别提高33.9%和12.8%；GNPs可以降低水泥水化产物中CH晶体的含量，与水化产物形成致密的层状结构。

VanDac Ho等[14]使用高效减水剂并超声处理30 min将石墨烯进行分散，研究原始石墨烯(PRG)颗粒尺寸对水泥基砂浆抗压强度和抗拉强度的影响。实验结果表明，小尺寸(5 mm)的PRG对其抗压和抗拉强度均无显著影响，大尺寸(43 mm)的PRG仅对抗拉强度有显著提升。在7 和28 d两个测试日中，超大尺寸(56 mm和73 mm)的PRG对其抗压强度和抗拉强度均表现出了显著提升。Babak Nazari等[15]通过光学表征方法并结合使用了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，十二烷基硫酸钠(SDS)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和壬基酚乙氧基化物(NPE)等4种不同表面活性剂，研究其在石墨烯胶体分散液中的行为。试验结果表明CTAB对GNPs的分散效果最佳。

解决G的分散问题是提高水泥基复合材料性能的关键问题，根据现有研究来看，关于G的分散性研究还较少，若能很好地解决G在水泥基中的分散问题，那么水泥基复合材料的力学性能、耐久性等会大大提高，所以对于G在水泥基材料中的分散问题还需要进一步研究。目前大多数研究者采用的分散方法是使用分散剂和超声分散相结合的方法对G进行分散。

1.2 GO在水泥基中的分散问题

GO相比于G的分散性相对较好。尽管由于静电排斥和亲水性，GO可以在水溶液中保持稳定[16]，但是将GO分散在含有大量离子(Na+，K+，OH-，Ca2+等)的溶液中时，GO依旧会发生聚集[17-18]。当将GO悬浮液引入饱和Ca(OH)2溶液中时，由于Ca2+的交联作用，GO会在水泥浆体中发生团聚现象[18-22]。此外，由于GO在高碱性介质中可能会发生快速脱氧的现象，因此，有研究者们认为高碱度是水泥浆中GO团聚的另一个因素[23-27]。随着官能团的去除，GO片层之间的疏水性增加，静电斥力降低，从而导致了GO的聚集。因此，在使用GO来提高水泥基性能时，仍需要对GO进行分散，避免GO的团聚现象发生，从而有效提高水泥基复合材料的各项性能[28]。

根据现有研究来看，GO的分散方法与G的分散方法类似，主要有机械分散法[29]和表面修饰法[30]两大类，以及两者复合使用。其中，机械分散法包括超声分散法[31]、剪切共混法[32]和球磨法[33]等。表面修饰法又分为物理表面修饰法和化学表面修饰法。物理表面修饰法就是将表面活性剂吸附在GO表面对其进行分散[34]。化学表面修饰法是利用接枝等化学反应将新官能团连接到GO表面，对GO进行改性，从而提高其分散性能[35]。

对于机械分散方法，景国建等[36]采用行星球磨的分散方式对GO进行分散，研究GO对水泥基材料力学性能的影响，实验结果表明，GO的加入，显著提升了水泥基复合材料的力学性能。Li等[37]使用喇叭超声仪在500 W的功率下对稀释的GO溶液进行超声处理5 min，以确保GO充分分散。在28 d时，加入0.04%的GO使水泥浆的抗压强度提高了14%。可见，机械分散可以将GO均匀分散在水泥基体中，但机械分散方法费时费力，不适用于大规模应用。

陈旭等[38]采用聚羧酸减水剂(PC)作为分散剂来分散GO，制备出PC/GO复合材料，将其掺入到水泥胶砂中，当PC/GO掺量为0.3%时，相较于空白组，水泥胶砂的抗压强度提高了20%。Zhao等[39]研究了木质素磺酸盐(LS)，b-萘磺酸甲醛缩合物(PNS)和聚羧酸盐高效减水剂(PC)改性GO在水泥孔隙溶液中的分散行为。在相同GO用量下，采用PC改性的GO水泥砂浆的抗压强度优于采用其他两种分散剂进行改善的GO水泥基材料，这表明采用PC的分散路径可成功用于制备具有改善的机械性能的GO增强水泥复合材料。陈亚兵[40]采用聚羧酸减水剂分散GO的方法，将GO均匀分散在水泥基体中，研究硅灰和GO复掺对水泥基力学性能的影响，结果表明：使用掺量为10%的硅灰和掺量为0.8%的GO复掺，与空白组相比，水泥浆体90 d抗压强度、抗折强度分别提高了22.7%和38.6%。李欣等[41]采用PC作为分散剂，并超声分散60 min对GO进行分散，得出当PC与GO的质量比在3∶1～12∶1时能达到较佳分散效果的结论。

Liu等[42]使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂，并结合超声分散的方式，对GO进行分散。使用紫外可见光谱法评估了超声波和表面活性剂对石墨烯片在水中的分散性的影响，通过高速混合将高度分散的石墨烯片材引入水泥浆中。实验结果表明，添加0.025%(质量分数)的石墨烯片可将7 d复合材料的抗压强度提高14.9%，弯曲强度提高23.6%，抗拉强度提高15.2%。Lu等[43]将GO和碳纳米管(CNT)复掺，发现复掺后的水泥基材料结合了CNT的优异机械性能和GO的良好分散性，其分散过程如图3所示。因此与单一的GO或CNT增强剂相比，复掺对改善水泥复合材料的机械强度做出了进一步的贡献。

图3 GO的分散过程[38]Fig 3 GO dispersion process[38]

吕生华等[44]使用丙烯酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯磺酸钠反应制备了共聚物(PASS)作为分散剂，结合超声分散的方法对GO进行分散，将GO均匀分散在水泥基材料中，从而提高水泥基复合材料的力学性能。Li等[45]研究了氧化石墨烯(GO)在模拟孔隙溶液和水泥浆中的分散性。发现在孔溶液和水泥浆中都存在二价钙离子时会发生严重的GO聚集。为了改善GO在水泥浆中的分散性，采用硅粉对GO进行分散，然后使用微结构分析和机械性能研究分散体。结果表明，通过添加硅粉，大大提高了GO纳米片的分散性。

根据以上研究可以看出，国内外大多数学者都是采用聚羧酸减水剂作为分散剂来将GO均匀分散在水泥基中，但是PC与GO两者从结构上来看没有相似之处，仅采用PC一种减水剂对GO进行分散，其分散能力有限。其次，采用接枝或者共聚等化学改性方法对GO进行改性，其操作过程复杂且耗时较长，不适用于大规模的应用。因此，对于更高效的分散方法还有待于进一步研究。

2 GO对水泥水化过程的影响

为了探索由GO引起的水泥基复合材料的力学性能、耐久性以及其他相关性能改善的机制，许多研究人员借助各种表征方法和仪器对水泥的水化过程的微观结构进行了研究。以下部分总结了最近文献中研究的GO对水泥基复合材料微观结构的改性。

水泥是一种固相混合物，可以与水反应生成复杂的产品，包括C-S-H凝胶、钙矾石 (AFt)和单硫酸盐(AFm)。王奕璇[46]等认为GO的加入有助于水泥水化晶体的生成，从而改善了水泥的微观结构，并利用扫描电镜(SEM)对掺量不同的GO水泥基复合材料的水化程度进行观察，结果表明：GO的加入可以改善水泥水化产物的微观结构，促进C-S-H凝胶的生成，使结构更加致密，从而提高了水泥基复合材料的力学性能。Zeyu Lu[47]等发现GO的加入导致水泥浆体流动性降低，这是由于GO与水泥水化产物释放的二价金属阳离子之间快速相互作用的结果，使用紫外可见光谱和X射线光电子能谱(XPS)进行表征，表征结果如图4所示。结果表明，0.08%(质量分数) GO通过加速水泥水化、提供成核位点和调节水泥水化产物的微观结构来提高水泥水化速率。

图4 GO的XPS结果[47] Fig 4 GO the XPS results[47]

Long等[48]使用SEM检查水泥复合材料的界面过渡区(ITZ)，发现含GO的水泥基体的ITZ充满了高密度水化产物，这归因于GO的模板效应有效地促进了水化作用。Lyu等[49]提出GO纳米片可以作为水泥水化的模板，并通过SEM观察来调节花状晶体的形成，如图5所示。但是，Cui等[50]对此进行了验证得出结论，花状晶体的主要化学成分是碳酸钙，而不是水合产物，这表明用于SEM分析的水泥样品可能会发生意外的碳化。因此，GO对水泥水化产物的调节机理仍需进一步研究。

图5 GO对水泥水化晶体调控机理示意图[49]Fig 5 GO to the regulation mechanism of cement hydration crystal[49]

根据上述文献可以看出，有些研究者们得出的结论存在差异，GO对水泥基材料微观结构的改性并未得到明确解释。导致研究结果存在差异的原因可能是因为这些研究中GO的分散状态不同，因为聚集和分散的GO片层之间在比表面积和纵横比方面存在明显差异。总体来看，将GO掺入到水泥基体中，GO为水泥水化产物提供成核位点，在水泥水化过程中起着模板作用，使水泥水化晶体结构更加密实，同时，GO还发挥桥连作用，将结构松散的水化晶体与GO连接紧密，进而改善水泥基体的宏观性能。因此，建议研究者们使用准确和严格的方法进行更深入研究，以进一步了解GO的复杂增强机制，并建立将改善宏观性能与微观结构联系起来的系统框架。

3 G或GO复掺纤维水泥基复合材料力学性能

大量研究表明，将G或GO掺入水泥基中能够大幅度提高水泥基的力学强度，起到增强增韧作用；在砂浆中掺入适量的短切纤维可以明显的改善其抗拉、抗弯强度和抗裂能力等力学性能[51]。各种纤维已应用于增强水泥基材料中，如钢纤维[52]、碳纤维(CF)[53-56]和聚乙烯醇(PVA)纤维[57-59]等。考虑到G和GO可以很好地改善水泥基体的抗压强度，而纤维的加入可以显著提高水泥基体的抗拉强度和韧性，有诸多学者对G或GO复掺纤维的水泥基复合材料的力学性能进行了研究，发挥其协同作用。

3.1 G复掺纤维水泥基复合材料力学性能

杨庆宽[60]对比了G和CF分别单掺和共同复掺到水泥基中对水泥基力学性能和耐久性的改性情况，试验结果表明，G和CF均可以有效提升水泥基体的力学性能。G和CF混掺比单掺效果更好。G和CF复掺时，CF掺量为0.6%，G掺量为0.08%时对其力学性能提升效果最佳，28 d龄期时复掺G和CF的抗压强度较单掺CF提高11.1%，抗折强度提高了14.5%。

韩瑞杰等[61]对比了不同的掺入方式对多层石墨烯和钢纤维在水泥基中分散效果的影响，并对两种材料在单掺和复掺两种情况下对水泥基复合材料的抗压、抗折强度的影响进行了对比。试验结果表明，采用干拌法对钢纤维进行分散，采用高速离心法对多层石墨烯进行分散，分散效果最佳；钢纤维和多层石墨烯的协同作用提高了水泥基复合材料的抗压和抗折强度，复掺钢纤维和多层石墨烯砂浆的28 d抗压强度比单掺多层石墨烯砂浆提高了32.82%～43.96% ，抗折强度提高了18.33%～31.08%。赵丹[62]将GO还原成G，研究了还原GO改性CF水泥基复合材料的力学性能，结果表明，用GO还原出来的G表面还存在少量的含氧官能团，能够很好地提高CF水泥基复合材料的力学性能。

目前在改善水泥基复合材料的力学性能这一方面大多数学者都使用GO和力学性能较好的纤维对其进行改善，对于采用G的研究较少，因为GO表面的含氧官能团使其具有更高的抗压强度以及韧性，相比于G，对于水泥基复合材料力学性能的提高更加显著。

3.2 GO复掺纤维水泥基复合材料力学性能

研究表明，用GO涂覆的纤维其增韧效果有显著提高。例如，与单掺碳纤维(CF)相比，将GO和CF混掺到水泥复合材料中，利用GO对CF进行表面改性，改善了CF和水泥基界面的物理摩擦和化学键合，使水泥基复合材料的抗弯强度得到了进一步提高[63-64]。通过涂覆GO对聚乙烯醇(PVA)纤维进行表面改性可以增强PVA和水泥基界面处的化学键能，从而提高水泥基复合材料的抗拉强度[57,65]。

Lu等[63]利用GO对CF进行表面改性，包括粗糙度、润湿性和化学反应性，并通过新设计的电泳沉积工艺制备了氧化石墨烯/碳纤维(GO / CF)杂化纤维。试验结果表明，GO / CF杂化纤维由于引入了具有许多官能团的GO而具有较高的化学反应性，这确保了它们由于界面处的氢键作用而更有可能与水泥水化物相互作用，因此有利于加强两者之间的键合。三点弯曲试验表明，与单掺CF纤维相比，将GO和CF纤维复掺到水泥浆中，其抗弯强度显著提高，当GO掺量增加时，水泥基的抗弯强度得到了进一步提高。

Li等[66]将CF通过GO增强并通过接枝技术制备氧化石墨烯改性碳纤维(GO-CF)，研究其对水泥基材料力学性能的影响。结果表明，GO-CF增强水泥基材料经过14 d的养护期后，水泥的抗压强度提高到纯水泥的1.18倍以上。3 d固化期的弯曲抗拉强度提高了38.81%，7 d固化期的挠曲拉伸强度提高了38.65%，而14 d固化期的挠曲拉伸强度提高了41.76%。李显铭[67]发现GO和CF对水泥基复合材料的增强效果可以相互补充，对GO和CF复掺水泥基复合材料和分别单掺GO和CF的水泥基体进行了对比研究，结果表明，GO的掺入可以提高水泥基体的抗压强度，CF的掺入可以提高水泥基体的抗拉强度，两者复掺可以很好地改善水泥基复合材料的力学性能，当GO掺量为0.1%、CF掺量为1%时，水泥复合材料的抗压强度和抗拉强度分别为66.4 MPa和15.4 MPa，与普通水泥相比分别提高了83.7%和44.9%。

通过以上研究可以看出，已有大量学者将GO和CF复掺到水泥基体中，对其力学性能进行了研究，由于GO对水泥基复合材料的抗压强度有显著提高作用，CF对水泥基体的抗拉强度有显著提高作用，因此，将GO和CF复掺到水泥基体中，两者发挥协同作用，可以更好地改善水泥基复合材料的力学性能。同时，GO的加入可以改善CF与水泥基体的界面粘结性能，GO和CF的特殊二维结构能有效抑制裂纹的形成和开展。

除了采用GO和CF复掺来改善水泥基复合材料的力学性能外，还有学者将GO同其他纤维进行复掺，比如王锦燕等[68]将GO掺入到聚丙烯纤维混凝土中，研究GO掺量对混凝土力学性能的影响。GO的掺入对聚丙烯纤维混凝土的抗折强度影响并不明显；GO对聚丙烯纤维混凝土抗压强度的提高随着石墨烯掺量的增大呈现先增大后减小的趋势，当氧化石墨烯掺量为0.04%时提高效果达到最佳，相比普通混凝土，其抗压强度提高约36%。连明辉[69]将GO和聚丙烯纤维复掺到水泥砂浆中，发现两者复掺的水泥基复合材料的力学性能明显比单掺的效果好，GO(0.04%)—聚丙烯纤维(2%)水泥基复合材料的抗压和抗折强度分别为66.6 MPa和13.1 MPa，与空白对照组相比分别增加了36.5%和36.2%。

综上，在G或GO和纤维掺量适当的情况下，G或GO通过对纤维进行表面改性，或者发挥其协同作用提高水泥基体的力学性能。在现阶段，关于将G或GO单掺到水泥基体中，从而改变水泥基复合材料性能的研究已经取得一定的进展，而对于G/GO复掺纤维(例如钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等)水泥基复合材料研究还比较少，同时考虑到G价格昂贵、生产过程复杂，要保证在G或GO低掺量的同时，更好的改善水泥基体的性能。

4 G或GO复掺纤维水泥基复合材料功能性

随着时代的进步，水泥基材料除了在基础的力学和耐久性能方面在不断改善外，在功能性方面应该得到更多的关注，如热电性能、电磁屏蔽性能及压敏性能等。由于G具有良好的导电、导热性能，因此石墨烯被广泛应用于水泥基材料的热电性能方面。具有大表面积的GO可用作与其他材料结合的载体，从而在水泥基复合材料的多功能性和智能性方面进行了更多的研究。将G或GO同导电导热等在功能性方面良好的纤维复掺到水泥基中，能更大程度地提高水泥基复合材料的功能性。

比如，Sampad Ghosh等[70]将G和金属氧化物混掺到水泥基中，通过特殊的干混和压制等工艺，制备了石墨烯-金属氧化物水泥基复合材料，对其热电性能进行了研究。试验结果表明，掺入氧化物纳米粒子将复合材料的塞贝克系数提高到100 m V / K，比单掺G水泥基复合材料的塞贝克系数高约3倍，有效地提高了热电性能。最高品质因数比其他先前报道的水泥复合材料高一个数量级。Bai Shuya等[71]研究了硅粉含量对G水泥复合材料的抗压强度和电阻率的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)观察G和硅粉在水泥基体中的分布，并通过压汞法(MIP)分析复合材料的孔结构。结果表明，硅粉能够促进G的分散并提高G与水泥基体之间的界面强度。适量的硅粉可以改善水泥浆的孔结构。掺入适量的硅粉可增加抗压强度并降低复合材料的电阻率。但是，过量的硅粉会对机械性能有负面影响。陈宝锐等[72]采用机械球磨法并利用硅灰辅助G在水泥基材料中分散，从而提高水泥基材料的导热性能。单掺硅灰对水泥基材料的导热性能影响不大。单掺5%G时，导热率增长不到5%。复掺0.5%G和2%硅灰的水泥基材料的导热性能提高十分明显，导热率提高了将近60%。

对于GO，A.P. Singh等[73]通过在行星式球磨机中将水泥，GO和水性铁磁流体混合来制造氧化石墨烯铁磁水泥纳米复合材料，如图6所示，从而赋予了水泥基材料电磁屏蔽特性(EMI)。赵丹[62]将GO利用电泳沉积的方法对CF进行了表面改性，制备了GO-CF水泥基复合材料，并对其电磁屏蔽性能进行了实验研究，发现经过改性后的CF不仅与水泥基体界面的结合更加良好，同时提高了水泥基体的电磁屏蔽性能。A. Mazzoli等[74]认为GO微粒和短钢纤维的协同效应可提高水泥基复合材料的机械性能和EMI效果。韩瑞杰等[75]将多层石墨烯(MG)和钢纤维(SF)复掺到水泥基中，MG和SF的协同作用可以提高水泥基材料的导电性能，其中复掺比单掺 MG 电阻率降低21.7%～41.8%;养护龄期对其导电性能也有影响，养护龄期越长，水泥基材料的导电能力越差。

图6 氧化石墨烯铁磁水泥纳米复合材料[70]Fig 6 Graphene oxide nanometer ferromagnetic cement composite materials[70]

总的来说，跟G相比GO的导电导热性能较差，但在电磁屏蔽等功能性方面，GO的性能要优于G。对于G来说，减少G微观结构中的缺陷是使G水泥基复合材料具有优异的热电性能的前提；除此之外，G在水泥基材料中的分散问题仍是一大攻克重点。提高G/GO在水泥基材料中的分散性，是提高水泥基复合材料功能性以及其他性能的前提。

5 G或GO复掺纤维水泥基复合材料耐久性

耐久性能是建筑行业中需要高度重视的一个性能，要在保证建筑安全可靠的情况下，尽量延长使用年限，减少了维修成本。近年来，国内外诸多学者已将纳米材料掺入到水泥基中，研究其对水泥基材料力学性能的影响，但关于耐久性的相关研究还比较少。虽然已有学者通过掺入纤维(如聚丙烯纤维、碳纤维等)来提高水泥基材料的耐久性，但单掺纤维对水泥基材料耐久性的提高有限，因此，有学者研究将G/GO纳米材料混掺纤维来提高水泥基的耐久性。

杨庆宽[60]采用G和CF复掺到水泥基中，认为G的填充效应和模板效应增加了水泥石的致密性，降低了混凝土的孔隙率。CF可以减少有害孔的含量，进而减少了混凝土的开裂。当碳纤维掺量为0.6%时，28 d养护龄期的混凝土氯离子迁移系数减小了48.0%，冻融循环200次后抗压强度比对照试样提升了64.4%。龚建清[76]等将GO和碳纳米管复掺到水泥基材料中，研究其复掺对水泥基材料抗冻性能的影响，实验结果表明，当GO掺量为0.08%、碳纳米管掺量为0.15%时，300次冻融循环后的试件质量损失率和强度损失最小。Gao等[77]的研究表明，将GO和CNTs混掺加入水泥复合材料中，由于其细化的孔结构，可将硬化水泥浆的抗渗性从13.9%提高至63.6%。李相国等[78]研究了氧化石墨烯(GO)复掺聚乙烯醇(PVA)纤维对低水灰比水泥基材料耐久性能的影响。得出结论，GO和PVA复掺对水泥基材料耐久性的提高明显优于其单掺的效果。

张友来[79]制备了氧化石墨烯/硅烷复合乳液，研究其对水泥基材料耐久性的影响。试验结果表明，在深度为10 mm时，涂覆复合乳液的混凝土氯离子含量仅为0.06%，与空白组相比降低了76%，有效地改善了混凝土的耐久性能。通过快速氯离子迁移试验，得到实验结论：涂覆复合乳液的水泥基材料的氯离子迁移深度为9.18 mm，与空白组对比降低81.2%，提高了水泥基复合材料的耐久性。

G或GO掺入到水泥基中，其填充作用和成核作用改善了水泥基复合材料的微观结构，降低了水泥基复合材料内部的孔隙率，使得水泥基体更加密实，从而提高其耐久性。但目前关于G或GO对水泥基复合材料耐久性能影响的研究还相对较少，对于引起耐久性变化的实质机理分析还处于空白，应丰富在耐久性方面的研究，对G/GO复掺纤维水泥基复合材料的耐久性应进行更进一步的研究，尽可能全面地分析引起耐久性问题的各个因素，对其进行改善。

6 结 语

通过对目前G或GO复掺纤维水泥基复合材料分散问题、水泥水化过程、力学性能、功能性、耐久性等方面的总结归纳，得出以下总结：(1)G掺入水泥基会产生团聚现象，不易分散，相比于G，GO由于表面带有大量含氧官能团，分散性相对较好，并且GO掺入到水泥基体中，对水泥水化晶体起着模板作用和桥连作用，促进水泥水化，对水化晶体具有调控作用，使水泥水化晶体微观结构更加致密，进而提高水泥基体的宏观性能。(2)从现有研究来看，将G或GO同纤维复掺，会比单掺入水泥基体中力学性能提高更显著，GO同纤维复掺效果更好，一方面GO促进水泥水化，使结构更加密实，另一方面，GO的掺入改善了纤维同水泥基体之间的界面粘结性能，进而提高了水泥基体的力学性能。(3)将G或GO同纤维复掺可以改善水泥基体的功能性，一方面G和GO本身就具有功能性，如G的热电性能较好，GO的电磁屏蔽性能较好，另一方面，将G或GO同功能性较好的纤维复掺到水泥基体中，可以改善纤维在水泥基体中的分散性能，进而提高水泥基体的功能性。

G或GO掺配水泥基复合材料理论研究已经取得了一定的进展，但将G或GO复掺纤维来共同提高水泥基材料性能的研究还相对较少，因此，建议在以下几方面开展深入的研究：(1)对G或GO以及纤维在水泥基材料中的分散性问题开展进一步研究，解决材料在水泥基体中的分散性问题是提高水泥基复合材料性能的前提，找出更有效的分散方法，这样可保证在水泥基材料G/GO和纤维掺量低的同时，使水泥基复合材料具有更高的性能。(2)对如何保证G或GO和纤维材料协同发挥其优异性能做进一步研究，从而更大程度上提高水泥基材料的力学性能、功能特性及耐久性能等。(3)利用石墨烯良好的导电、导热性能以及氧化石墨烯良好的功能性，复掺电热性能良好的纤维(如碳纤维等)来开发多功能、智能水泥基材料，拓展其应用领域。(4)目前对于G/GO复掺纤维水泥基复合材料的研究大多集中于力学性能，缺乏在耐久性能方面的研究，应对石墨烯水泥基复合材料耐久性方面的试验开展进一步探索。