氧化石墨烯纳米涂层可能提供一种实用且用量少的方法，以解决长期以来限制再生建筑材料应用的耐久性问题。
研究：利用氧化石墨烯纳米涂层提升再生混凝土和陶瓷骨料的性能。图片来源：RHJPhtotos/Shutterstock.com
作为减少建筑和拆除废料（CDW）及其环境影响的一种策略，再生混凝土和陶瓷骨料的使用正日益受到关注。近期发表在《科学报告》（Scientific Reports）上的一项研究探讨了如何通过施加氧化石墨烯（GO）纳米涂层来提升这些材料的性能。
研究结果表明，材料的耐久性得到显著提升，吸水率有所降低，其中再生混凝土骨料（RCA）的吸水率降低了19%，再生陶瓷骨料的吸水率降低了25%。这些发现为提升材料性能指明了一条充满希望的道路，同时通过再利用废弃物资源，支持了循环经济实践。
应对建筑业的可持续发展挑战
建筑业仍是全球废弃物的主要来源，其中建筑和拆迁废弃物（CDW）约占废弃物总量的35%，并产生40%的相关排放。源自CDW的再生骨料通过减少对原材料开采的需求，为天然骨料提供了一种更可持续的替代方案。然而，其较高的孔隙率以及由此导致的吸水率增加，仍然限制了其适用性，特别是在结构混凝土应用中。
石墨烯氧化物作为石墨烯的衍生物，具备一系列非常适合应对这些挑战的特性，包括高比表面积、机械强度和化学稳定性。
当作为纳米涂层应用时，石墨烯氧化物（GO）能改变再生骨料的表面特性，有助于减少微孔隙并限制水分渗入。这进而有助于提高耐久性并拓展其应用范围。
GO纳米涂层评估方法
本研究重点针对源自西班牙莱昂某建筑废料回收厂的再生混凝土和陶瓷骨料，其材料性能均依据欧洲标准进行评估。
处理过程包括将骨料浸入采用改良Hummers法制备的GO分散液（0.5 mg/mL）中，该方法可生成单层GO片层。浸渍后，将骨料在70 ± 5 °C下干燥48小时，以形成均匀的纳米涂层。处理后观察到骨料重量略有减少，这可能是由于浸渍过程中附着的细微颗粒被去除所致。
性能评估包括吸水率测试、抗超声（超声处理）循环试验，以及利用扫描电子显微镜（SEM）进行的表面分析。此外，还采用汞侵入法（MIP）测定孔径分布，结果表明处理后微孔率有所降低。
观察到的关键性能提升
GO纳米涂层的应用显著改善了再生骨料的物理性能。再生混凝土骨料的吸水率降低了19%，再生陶瓷骨料的吸水率降低了25%，这表明其抗渗水能力得到增强。这种现象与孔隙填充效应一致，即均匀的GO涂层减少了表面可渗透的孔隙率。
超声波测试进一步证实了耐久性的提升。混凝土骨料的测试期间质量损失减少了17%，陶瓷骨料减少了25%，这表明GO涂层与骨料表面之间具有很强的附着力。这也表明了一种固结效应，即涂层有助于在受力条件下稳定材料。
这些发现表明，GO涂层再生骨料可在混凝土生产、道路建设以及其他对耐久性要求极高的应用中得到更有效的利用。浸渍-干燥处理工艺似乎与现有的回收流程兼容，为大规模提升材料质量提供了一种相对简便的方法。
重要的是，所需的GO用量较低（0.5 mg/mL），在当前条件下，每吨骨料的估算成本约为0.8–1.2欧元。这种相对较低的材料投入可能支持其经济可行性，尽管总体成本和可扩展性将取决于生产能力和市场条件。
结论与未来方向
总体而言，本研究表明，氧化石墨烯纳米涂层通过降低吸水率并提高抗降解能力，能够改善再生混凝土和陶瓷骨料的性能。这些改进有助于在建筑领域更广泛地采用再生材料，并促进资源的可持续利用。
然而，仍需进一步研究以评估其在实际混凝土体系中的长期耐久性和力学性能，以及与水泥基质之间的相互作用。评估GO涂层在反复回收循环中的持久性，对于确定该方法的长期实用性也至关重要。
期刊参考文献
Antolín-Rodríguez, A., & et al. (2026). Performance improvements of recycled concrete and ceramic aggregates using graphene oxide nanocoating. Sci Rep.
DOI: 10.1038/s41598-026-42362-w, https://www.nature.com/articles/s41598-026-42362-w
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