Abstract This study develops a novel graphene oxide (GO) coated polyethylene (PE) fiber (GO/PE fiber) by simply mixing PE fibers in GO aqueous solution at a certain temperature. The experimental results indicate that due to the different thermal expansion behavior, the shrinkage of GO at a higher temperature facilitates the formation of a 3D cover around the surface of PE fiber. This would increase the surface wettability, roughness and chemical reactivity of PE fiber, making it much easier for GO/PE fiber to physically and chemically interact with cement hydrates. Compared with the control strain-hardening cementitious composites (SHCC) with pristine PE fiber (2.0 vol%), the use of GO/PE fiber can improve the tensile strength and strain capacity of SHCC by 46.3% and 70.4%, without compromising the compressive strength, and the average crack opening width can be reduced from 138 μm to 58 μm. The remarkable enhancement in the mechanical properties of SHCC is due to the strengthened PE fiber/matrix bond by adding GO, which is further confirmed by results from the aligned single fiber pull out test, showing the increase of interfacial friction from 2.33 MPa to 3.99 MPa. Finally, a micromechanical model is adopted to explain the mechanism behind the improvement of the strain hardening behavior. In conclusion, the research findings provide an effective strategy to functionalize the surface properties of PE fiber by GO coating and to achieve a stronger bond at the fiber/matrix interface, leading to the development of a novel high strength SHCC with tensile strain capacity up to 6%.

中文翻译：

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使用氧化石墨烯加强PE纤维与基体之间的结合以改善SHCC的应变硬化行为

摘要 本研究通过在一定温度下将 PE 纤维简单地混合在 GO 水溶液中，开发了一种新型氧化石墨烯 (GO) 涂层聚乙烯 (PE) 纤维 (GO/PE 纤维)。实验结果表明，由于不同的热膨胀行为，GO 在较高温度下的收缩有利于在 PE 纤维表面周围形成 3D 覆盖层。这将增加 PE 纤维的表面润湿性、粗糙度和化学反应性，使 GO/PE 纤维更容易与水泥水合物发生物理和化学相互作用。与含有原始 PE 纤维 (2.0 vol%) 的控制应变硬化水泥基复合材料 (SHCC) 相比，使用 GO/PE 纤维可以将 SHCC 的拉伸强度和应变能力提高 46.3% 和 70.4%，同时不影响抗压性能。力量，并且平均裂纹开口宽度可以从138 μm减小到58 μm。SHCC 力学性能的显着提高是由于添加 GO 增强了 PE 纤维/基体的结合，对齐单纤维拉拔试验的结果进一步证实了这一点，显示界面摩擦从 2.33 MPa 增加到 3.99 MPa . 最后，采用微观力学模型来解释应变硬化行为改善背后的机制。总之，研究结果提供了一种有效的策略，通过 GO 涂层使 PE 纤维的表面性能功能化，并在纤维/基质界面实现更强的结合，从而开发出一种新型的高强度 SHCC，其拉伸应变能力可达6%。SHCC 力学性能的显着提高是由于添加 GO 增强了 PE 纤维/基体的结合，对齐单纤维拉拔试验的结果进一步证实了这一点，显示界面摩擦从 2.33 MPa 增加到 3.99 MPa . 最后，采用微观力学模型来解释应变硬化行为改善背后的机制。总之，研究结果提供了一种有效的策略，通过 GO 涂层使 PE 纤维的表面性能功能化，并在纤维/基质界面实现更强的结合，从而开发出一种新型的高强度 SHCC，其拉伸应变能力可达6%。SHCC 力学性能的显着提高是由于添加 GO 增强了 PE 纤维/基体的结合，对齐单纤维拉拔试验的结果进一步证实了这一点，显示界面摩擦从 2.33 MPa 增加到 3.99 MPa . 最后，采用微观力学模型来解释应变硬化行为改善背后的机制。总之，研究结果提供了一种有效的策略，通过 GO 涂层使 PE 纤维的表面性能功能化，并在纤维/基质界面实现更强的结合，从而开发出一种新型的高强度 SHCC，其拉伸应变能力可达6%。对齐单纤维拉拔试验的结果进一步证实了这一点，表明界面摩擦从 2.33 MPa 增加到 3.99 MPa。最后，采用微观力学模型来解释应变硬化行为改善背后的机制。总之，研究结果提供了一种有效的策略，通过 GO 涂层使 PE 纤维的表面性能功能化，并在纤维/基质界面实现更强的结合，从而开发出一种新型的高强度 SHCC，其拉伸应变能力可达6%。对齐单纤维拉拔试验的结果进一步证实了这一点，表明界面摩擦从 2.33 MPa 增加到 3.99 MPa。最后，采用微观力学模型来解释应变硬化行为改善背后的机制。总之，研究结果提供了一种有效的策略，通过 GO 涂层使 PE 纤维的表面性能功能化，并在纤维/基质界面实现更强的结合，从而开发出一种新型的高强度 SHCC，其拉伸应变能力可达6%。