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近年来,我国建筑水泥用量已达到世界水泥使用总量的70%,每年有近20亿立方米的混凝土用于工程建设。当前广泛使用的传统水泥基材料具有脆性大、抗拉强度低和拉伸韧性差等缺陷,这会对结构的长期安全性和耐久性造成不利影响。常见的解决方式是向水泥基中添加钢纤维、碳纤维等宏观纤维增强材料,但这些纤维自身的延性不高,只能限制宏观裂纹的发展,无法从微观尺度上控制初始裂纹的产生和发展。石墨烯是一种理想的二维纳米增强材料,具有巨大的比表面积、优异的物理和化学特性,有望有效提升水泥基材料的力学性能。因此,探索石墨烯对水泥基材料的增强增韧效果及机理对新型混凝土材料的发展具有重要意义。石墨烯表面呈现惰性,很难有效地分散到水或其他溶剂中。因此,研究通过采用不同种类和掺量的表面活性剂(SAAs),利用不同能量的超声波制备出石墨烯分散液,并通过紫外-可见光光谱和离心沉降对其分散效果进行评价。实验结果表明:表面活性剂对石墨烯分散性的改善效果依次为SDBS(十二烷基苯磺酸钠)>SDS(十二烷基硫酸钠)>SP(2651F型聚羧酸系高效减水剂)>CTAB(溴化十六烷基三甲胺)>TX100(聚乙二醇辛基苯基醚);石墨烯与SDBS质量比为1:6,并作用270 kJ超声波能量后可获得均匀稳定的分散液,且该分散液经离心沉降测试后无明显沉淀。其次,研究通过表面活性剂SDBS和超声波作用制备出均匀稳定的石墨烯水性分散液,分析不同掺量石墨烯对水泥净浆力学性能的影响。实验结果表明:适量的石墨烯可以有效提升水泥净浆早龄期力学指标,而过高掺量的石墨烯会对水泥净浆的力学性能产生不利影响;0.025 wt%掺量石墨烯可以将净浆的7天抗压、抗折和抗拉强度分别提升14.9%、23.6%和15.2%,28天抗压、抗折和抗拉强度分别提升10.0%、16.4%和2.4%。SEM、MIP和XRD分析表明石墨烯能分布在水泥水化产物中并将水化产物桥接在一起,降低结构的孔隙率并改善孔结构分布。此外,微观力学测试结果表明石墨烯还可以提高水泥净浆的显微维氏硬度。再次,研究对比分析了多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯对水泥净浆断裂性能的影响。实验结果表明:MWCNTs和石墨烯均能提高水泥净浆的基本力学性能和断裂韧性;0.05 wt%掺量MWCNTs可以将净浆的断裂能和断裂韧度分别提升54.1%和42.6%;0.05 wt%掺量石墨烯可以将净浆的断裂能和断裂韧度分别提升37.0%和11.0%。微观分析表明MWCNTs的桥接效应可以有效提高基体中荷载的传递效率并控制微观裂纹的发展,而石墨烯的二维褶皱形貌可以有效包裹水化产物并提升基体的整体性。最后,研究探索了含水率、温度因素对石墨烯水泥净浆电阻率的影响,并在此基础上分析循环荷载作用下水泥净浆的压敏性能。实验结果表明:随着石墨烯掺量、含水率和温度的提升,水泥净浆的电阻率明显降低;干燥状态下,2.0 wt%掺量石墨烯水泥净浆电阻率仅为对照组的24.75%;水泥净浆电阻率对温度的敏感性随着石墨烯掺量的提升而下降,且其电阻率与绝对温度存在函数关系;石墨烯可以有效提升水泥净浆的压敏性,0.08 wt%掺量石墨烯水泥净浆的电阻变化率达到5.92%。