《高性能碳納米管/水泥基機敏材料的構築及性能研究》是依託華南農業大學，由李庚英擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高性能碳納米管/水泥基機敏材料的構築及性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李庚英
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管具備超強力學性能、極高的縱橫比、良好的導電性能及能無損改性等優點，有望顯著提高水泥基材料的強度、耐久性和安全性能，並在感測套用方面發揮重要作用（感應能力超過金屬應變片），已經成為國內外研究熱點。 目前，國際上在碳納米管/水泥基材料的製備和套用上遇到了瓶頸問題：碳納米管分散困難，界面作用力弱，均勻性差、穩定性差。 本項目將研究：（1）採用化學力驅散碳納米管並改善界面性能；（2）利用互穿網路聚合物膜，提高均勻性、穩定性並降低造價；（3）利用滲流原理和正交設計方法，確定合理配比和工藝流程；（4）系統研究宏微觀性能，建立界面微細觀結構模型，探討作用機理；（5）研究力、電回響和斷裂性能之間的相互關係，確定由電性能變化特徵來衡量結構整體應力水平與損傷狀況的方法和理論。最終得到一種高性能碳納米管/水泥基機敏材料及一套能用於實際工程的混凝土結構智慧型監測系統，並深入探討科學機理。
結題摘要
水泥混凝土結構是目前世界上最為常用的一種結構形式，其生命周期長達數十年，甚至上百年。在生命周期的全過程中，其可靠性至關重要，一旦失事，將會產生嚴重的後果，造成重大的人員傷亡和經濟損失。提高水泥混凝土的物理力學性能、實現其智慧型特性（如壓～阻效應），可以避免因為結構失效而造成的經濟損失和人員傷亡，具有重要的科學意義和社會經濟效益。 材料領域的研究表明，在水泥基材料中加入適量的碳納米管後具有優越的抗裂能力和極限承受能力，並具有壓～阻效應。由於具有這樣的特性，碳納米管/水泥基材料有望提高建築結構的安全性和可靠性，並實現建築結構的智慧型監測。但是碳納米管/水泥基材料目前依然存在“瓶頸”問題：（1）導電介質難以分散，即使借用化學助劑和超聲工藝，也無法得到均勻結構；（2）導電介質與水泥基材料的界面性能尚不理想，物理力學性能尚待提升；（3）機敏性能重複性差、穩定性差、離散性大，難以用於實際工程。 本項目的主要研究目的就是解決上述瓶頸問題，為碳納米管水泥基材料的工程套用奠定基礎。本項目首先採用化學力驅散碳納米管並改善界面性能，並利用互穿網路聚合物膜，提高碳納米管水泥基材料的均勻性、穩定性並降低造價。本項目研究表明，通過合理構築後，在水泥基材料中加入極少量的碳納米管後具有優越的抗裂能力和極限承受能力，其極限抗壓強度、抗折強度、斷裂韌性合斷裂能分別可以提高53%，101%，100%和344%。並且，碳納米管水泥基材料還具有顯著的壓～阻效應，在15kN的壓力時電阻變化率可達25%。尤為重要的是，經過本項目的研究，碳納米管水泥基材料還可以有效保護鋼筋，防止混凝土開裂破壞。快速測試表明，碳納米管改性鋼筋混凝土的開裂時間比普通混凝土提高了60%以上，鋼筋質量損失降低97%。由於具有這樣的特性，碳納米管水泥基材料有望在提高混凝土建築結構的安全性和可靠性、實現建築結構的智慧型監測、提高鋼筋混凝土耐腐蝕性等方面發揮重要作用，套用前景廣泛。
