通过高价值回收方式对氧化石墨烯改性水泥基复合材料进行寿命终结管理

《CEMENT & CONCRETE COMPOSITES》：End-of-Life Management of Graphene Oxide-Modified Cementitious Composites through High-Value Recycling

　　

袁高|广东宝|大王|徐一辰|周梦茹|林俊林|刘彦明|隋浩

摘要

纳米改性技术推动了高性能、低碳水泥基材料的发展，但纳米改性建筑和拆除废弃物的生命周期管理仍是一个新兴的挑战。本研究探讨了氧化石墨烯增强再生混凝土粉（GO-RCP）作为水泥或细骨料替代品在水泥基复合材料中的应用。研究结果表明，GO-RCP的回收性能具有明显的路径依赖性。作为水泥替代品时，由于其较低的反应活性和高需水量，GO-RCP会降低材料性能，在40%的替代比例下使抗压强度下降39.69%。相反，作为细骨料替代品时，GO-RCP通过填充微骨料和促进纳米成核作用优化了界面过渡区，使孔隙率降低至15.82%，同时抗压强度和抗弯强度分别提高了23.67%和27.07%。分子动力学模拟表明，GO纳米片通过桥接效应和裂纹偏转作用在C-S-H/RCP界面系统中传递应力，使复合材料的应变能密度提高了约164.39%，断裂能提高了约123.20%，从而增强了材料的韧性和抗裂性。此外，初步的从摇篮到坟墓（cradle-to-gate）生命周期评估显示，在测试条件下，采用细骨料替代策略可使单位强度的经济成本、碳排放和能源消耗分别降低22.81%、26.57%和19.82%。本研究为纳米改性建筑和拆除废弃物的高价值、低碳回收提供了实验室证据和概念验证。