Molecular dynamics simulation and experimental study on mechanical properties and microstructure of cement-based composites enhanced by graphene oxide and graphene

石墨烯 材料科学 微观结构 水合硅酸钙 复合材料 水泥 抗弯强度 氧化物 复合数 极限抗拉强度 纳米片 分子动力学 纳米技术 冶金 化学 计算化学
作者
Yu Chen,Guohao Li,Liangliang Li,Wenjie Zhang,Kai Dong
出处
期刊:Molecular Simulation [Informa]
卷期号:49 (3): 251-262 被引量:15
标识
DOI:10.1080/08927022.2022.2156560
摘要

Graphene-based materials have been considered as reinforcement for cement-based materials due to its excellent properties. In this paper, the effects of graphene oxide (GO) and graphene nanoplatelets (GNPs) on the mechanical properties and microstructure of cement-based composites are investigated. The results reveal that the incorporation of 0.02 wt% GO and GNPs can enhance the flexural strength by 16.3% and 11.6%, respectively. In addition, GO and GNPs can fill the cracks and form a compacted microstructure in cement mortars. Furthermore, the enhanced mechanism of calcium silicate hydrate composite (C–S–H), which is the main production of cement hydration, is studied by reaction molecular dynamics. The results from simulation show that Young's modulus and tensile strength of C–S–H are enhanced by 32.1% and 23.8% with the incorporation of GO, because the hydrogen-bonds (H-bonds) linkages and Ca2+ near the interface surface play an important role to improve the interface adhesion and transfer more loads between GO and C–S–H. Comparatively, the graphene nanosheet unremarkable enhances the mechanical behaviour of C–S–H composite due to poor binding in the interlayer region.
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