使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

将建筑废墟变成资源

每当一座建筑被拆除，就会产生大量破碎的混凝土和砖块。尽管这些建筑与拆除废料本可以替代采石场中开采的砾石和石块用于制造新混凝土，但大量废料仍被填埋。本研究探讨了一种纳米级手段——使用超薄的氧化石墨烯片层——使这些再生碎片的行为更接近高质量的天然石料，从而有望建造更坚固、更耐久且更可持续的建筑物。

旧混凝土和砖块难以再利用的原因

再生的混凝土和陶瓷碎块在外观上已很像新拌混凝土中使用的砾石，但它们吸水性要高得多。其表面粗糙多孔，充满微小裂缝和孔洞，尤其是在含有旧水泥砂浆或烧制黏土的碎片中。这种高吸水性使工程师难以控制新混凝土的流动和固化行为，也会随着时间为水和有害物质的侵入留下更多通道。因此，严格的建筑标准通常限制再生材料的使用比例，即便在积极推动更循环、减少浪费的建筑行业的地区（如欧盟）也是如此。

来自碳片的薄薄保护膜

研究人员测试了氧化石墨烯——一种由仅几层原子厚的片层组成的碳基材料——能否作为再生骨料的保护膜。他们使用了来自回收厂的两种粗颗粒：一种主要来自破碎混凝土，另一种主要来自砖瓦等破碎陶瓷。两种材料都在水性氧化石墨烯悬浮液中浸泡仅十分钟，然后在低温烘箱中干燥。在这一浸泡过程中，部分液体渗入孔隙，平展的氧化石墨烯片层附着在内壁和外表面，形成一层非常薄但连续的涂层。

让碎石更不“口渴”、更牢固

涂层处理后，团队在几项简单但信息量大的测试中比较了处理与未处理颗粒的性能。首先，他们测量了骨料的吸水量。氧化石墨烯处理使再生混凝土颗粒的吸水量降低了约五分之一，陶瓷颗粒约降低了四分之一，吸水性更高的陶瓷受益更明显。值得注意的是，颗粒的总重并未增加；实际上略有下降，因为浸泡步骤洗去了松散的粉尘——这表明性能改善来自于堵塞孔隙和改善表面状态，而非通过增加体积材料实现。

经得起强烈振动和仔细检验

为了检验涂层的附着牢固度，研究者将骨料反复置于水中超声波作用下——这是一种会把弱附着颗粒振落的严苛处理。与未涂层颗粒相比，涂层颗粒的物质流失明显较少——混凝土基骨料的损失约减少17%，陶瓷基骨料约减少25%——表明其表面更为致密。高倍显微图像证实了这些数据：氧化石墨烯在粗糙表面形成了一层薄而贴合的薄膜，同时衬里并部分填充了内部孔隙。这减少了最易吸水的极小孔隙体积，但涂层足够薄，以保留自然的粗糙度，这种粗糙度有利于新混凝土的粘结。

从实验室处理到更绿色的建筑

总体来看，这些结果表明一种简单的浸涂—干燥处理，使用低剂量的氧化石墨烯，即可使再生混凝土和陶瓷骨料吸水性降低并更能抵抗表面损伤。由于该方法类似于额外的清洗步骤，作者认为它可在现有的回收厂操作中以适度成本整合进来，同时对混凝土的整体气候影响几乎没有显著增加。如果在更大规模上采用，这类纳米薄涂层有望将今日的建筑废料转变为明日可靠的原料，减少对新采石的需求并降低建筑行业的环境足迹。

引用: Antolín-Rodríguez, A., García-González, J., Guerra-Romero, M.I. et al. Performance improvements of recycled concrete and ceramic aggregates using graphene oxide nanocoating. Sci Rep 16, 12971 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42362-w

关键词: 再生混凝土, 氧化石墨烯, 建筑废料, 纳米涂层, 可持续建筑材料