石墨烯作为新兴的二维碳纳米材料,引起了国内外研究学者的广泛关注和深入研究。石墨烯凭借其优异的力学性能,作为增强材料被应用到聚合物、陶瓷以及橡胶等基体中,能够显著地提高基体的韧性。利用石墨烯的增强增韧作用,改善水泥基体的低韧性、低抗拉等固有缺陷,具有重要的工程应用价值。但对于石墨烯在水泥基材料中的应用研究还很少,其在水泥基体中的微观作用研究更是匮乏。本文主要研究了石墨烯的水性分散工艺,包括表面活性剂非共价化学修饰和混酸共价化学修饰,确定了本试验的最佳分散工艺。并以此为基础,研究了石墨烯水泥基复合材料的制备工艺,并对其抗折强度、抗压强度及弯曲韧性展开系统研究。最后,利用多种微观测试方法,深入探究石墨烯在水泥基体中的微观作用机制。主要成果及结论如下:(1)确定了本试验中最适宜的石墨烯分散工艺:以聚氧代乙烯壬基苯基醚(CO890)作为石墨烯的分散剂,CO890与石墨烯的质量比为5:1,最优超声功率为360 W,最小超声时间为20 min。研究表明,CO890不仅能够吸附到石墨烯表面,还能够与石墨烯边缘的少量官能团相互作用,从而形成空间位阻效应,阻止石墨烯的团聚。(2)随石墨烯掺量的增加,石墨烯水泥净浆复合材料的力学强度呈先增大后减小趋势。在水灰比为0.30时,掺加0.05 wt%的石墨烯水泥净浆试件28 d的抗压强度为95.6MPa,抗折强度为13.4 MPa,与未掺加石墨烯的水泥净浆试件相比,分别提高了25.2%和3.7%。当石墨烯掺量为0.05 wt%时,水泥净浆试件具有最强的弯曲韧性,与空白试件相比,其弯曲韧性和断裂点位移分别提高了55.9%和52.1%。(3)石墨烯也能够改善水泥砂浆的力学性能,在石墨烯掺量为0.05 wt%,养护28d时,水泥砂浆试件的抗折强度提高了24.0%,而抗压强度则提高了13.6%;在掺量为0.08 wt%时,石墨烯水泥砂浆的弯曲韧性达到最大值357.7 N·mm,比空白试件提高77.6%;断裂点位移达到最大值0.313 mm,比空白试件提高58.9%;极限荷载力达到最大值2549.7 N,比空白试件提高39.3%。(4)微观测试结果表明,石墨烯能够弯折、卷曲地嵌入到水泥基体中填充水泥孔隙,减少初始裂缝的存在,降低基体孔隙率,细化孔径分布;此外,二维结构的石墨烯能够延长裂缝扩展路径,有效地吸收和分散能量荷载,改善基体的力学强度。研究表明,石墨烯还能够促进早期水泥水化中链状硅氧四面体的形成,影响了C-S-H凝胶的生成和生长,同时促进CH晶体的结晶化,提高其结构规整度。