Graphene oxide (GO) is the product of chemical exfoliation of graphite. Due to its good dispersibility in water, high aspect ratio and excellent mechanical properties, GO is a potential candidate for use as nanoreinforcements in cement-based materials. In this paper, GO was used to enhance the mechanical properties of ordinary Portland cement paste. The introduction of 0.05 wt% GO can increase the GO–cement composite compressive strength by 15–33% and the flexural strength by 41–59%, respectively. Scanning electron microscope imaging of the GO–cement composite shows the high crack tortuosity, indicating that the two-dimensional GO sheet may form a barrier to crack propagation. Consequently, the GO–cement composite shows a broader stress–strain curve within the post-peak zone, leading to a less sudden failure. The addition of GO also increases the surface area of the GO–cement composite. This is attributed to increasing the production of calcium silicate hydrate. The results obtained in this investigation suggest that GO has potential for being used as nano-reinforcements in cement-based composite materials.

In this experimental study, the reinforcing effects of graphene oxide (GO) on portland cement paste are investigated. It is discovered that the introduction of 0.03% by weight GO sheets into the cement paste can increase the compressive strength and tensile strength of the cement composite by more than 40% due to the reduction of the pore structure of the cement paste. Moreover, the inclusion of the GO sheets enhances the degree of hydration of the cement paste. However, the workability of the GO-cement composite becomes somewhat reduced. The overall results indicate that GO could be a promising nanofillers for reinforcing the engineering properties of portland cement paste.

Progress in the field of nanomaterials presents an invaluable opportunity to develop cementitious composites at the nanoscale. Engineered nanomaterials exist in three principal shapes, namely 0D nanoparticle, 1D nanofiber and 2D nanosheet. The application of 0D nanoparticle and 1D nanofiber, such as nanosilica and carbon nanotubes (CNTs), respectively, has been reported in literature. The discovery of 2D nanosheet known as graphene oxide (GO) provides an extra dimension to interact with cement and concrete matrix and has yet to gain widespread attention. In this paper, recent research studies in developing cement and concrete nanocomposites are comprehensively reviewed. Also highlighted herein are the effect of incorporating nanomaterials in low dosages to the fabrication, workability, hydration, microstructure, and mechanical properties of cement-based composites.

Geopolymers are an emerging type of cementitious material purported to provide an environmentally friendly alternative to Portland cement-based concrete. This paper reports the results of experimental research on fracture properties (fracture energy and brittleness) of fly ash based geopolymer concrete and paste with various mix parameters. The characteristic length of the geopolymer concrete was approximately three times less than that of ordinary Portland cement (OPC) concrete, due to an increase in tensile splitting strength of about 28%, a decrease in elastic modulus of about 22% and a decrease in fracture energy of about 24%. The difference in characteristic length is similar to that reported between high-strength and normal-strength OPC concretes, indicating that the geopolymer concrete exhibits higher brittleness than its OPC counterpart. This trend was found to be consistent between pastes and concretes, implying that the difference between geopolymer and OPC concrete is due to the type of matrix formation (geopolymerisation or hydration). For geopolymer concretes made with different mix parameters, fracture properties are closely correlated to their compressive strength.

Hybridizing Ag3PO4 with carbon materials can effectively overcome its shortcomings of particle agglomeration and photocorrosion. However, the diversity of carbon materials makes Ag3PO4 face confusion in the selection of hybrid carbon materials. Three representative carbon materials, carbon nanotubes (MWCNTs), MOF-derived carbon (MOF-5(C)) and biochar (T-Bio), were selected to synthesize C/Ag3PO4 (C/AP) hybrid materials by facile chemical precipitation method. XRD, SEM, XPS, etc. were used to compare the differences of various carbon materials. The factors that made the difference in the photocatalytic performance of C/AP and the important role of various carbon materials were revealed. The differences in graphitization degree, morphology, structure, conductivity and surface groups of carbon materials jointly affected the crystal phase, morphology, structure, photoelectric characteristics and photocatalytic performance of C/AP, which resulted that the photocatalytic activity of C/AP presented the order of T-Bio/AP > MOF-5(C)/AP > MWCNTs/AP. T-Bio possessed obvious advantages in terms of morphology, structure and surface groups, especially persistent free radicals (PFRs) in T-Bio could promote the generation of more active species •OH and •O2-. The results showed that the carbon materials with more suitable morphology and structure for the loading and growth of Ag3PO4 particles, better adsorptivity and electron transfer performance, higher carrier trapping performance, and more favorable groups were the ideal hybrid carbon materials for Ag3PO4.

This study presents the impacts of different dosages of halloysite nanotube (HNT) on the characteristics of 3D printing mortar (3DPM). The fresh behavior of 3DPM alongside with its hardened performance and microstructural characteristics were evaluated. Results indicated that HNT accelerates the setting time of 3DPM. 3% of HNT (HNT3) increased the yield stress and thixotropy of 3DPM by around 537 and 248%, respectively. The improvement in green strength (265%) and shape stability (69%) of 3%-HNT-modified 3DPM samples was observed. HNT3 also enhanced the flexural (45%), compressive (39%), and interlayer-bond (19%) strengths. Furthermore, durability-related characteristics results demonstrated that HNT3 can reduce sorptivity and gas porosity by approximately 42 and 55%, respectively, while it increases its electrical resistivity by about 48%. Outcomes obtained from microstructural analysis confirmed the denser microstructure of HNT-modified 3DPM. Therefore, HNT can be introduced as a promising candidate to improve both fresh and hardened characteristics of 3DPM.

Boron nitride nanosheets (BNNSs) have attracted the attention of researchers for their extraordinary mechanical properties, large surface areas, and strong interactions with the host matrix, making them ideal candidates as supplementary materials for the construction industry. However, the major challenge associated with the incorporation of BNNSs in cement-based materials is their unfavorable dispersion in a cementitious alkaline environment. In this work, experimental and computational methods were employed to trace the influential factors that hindered the proper dispersion of BNNSs within cementitious composites. The results showed that the BNNS dispersion remained stable in mild alkaline environments with pH values ranging from 7.5 to 12.2, but high alkalinity (pH = 13.1) reduced the BNNS dispersion. Among the various cations, Ca2+ is the most reactive cation for BNNS agglomeration in a cementitious alkaline environment. To protect BNNS against these influential factors, polycarboxylate ether-based superplasticizer (PCE) was selected as a suitable treatment to improve the dispersion stability of BNNS within cementitious composites. The formation of covalent bonds between calcium silicate hydrate and BNNS resulted in enhanced charge transfer and consequently improved the load transfer from the matrix to the BNNS. Finally, based on the mechanical tests, with the addition of only 0.01 wt % PCE-treated BNNSs, the compressive and flexural strengths of the cement samples improved by 43 and 13%, respectively, which clearly showed the significance of stable BNNS dispersion using PCE on the performance of the final cement composite. The results of this study could improve the fundamental understanding of BNNS-containing cementitious nanocomposites.