高性能碳納米管/水泥基機敏材料的構筑及性能研究

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(shù)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，將會產生嚴重的后果，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(xiàn)其智能特性（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后具有優(yōu)越的抗裂能力和極限承受能力，并具有壓～阻效應。由于具有這樣的特性，碳納米管/水泥基材料有望提高建筑結構的安全性和可靠性，并實現(xiàn)建筑結構的智能監(jiān)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）機敏性能重復性差、穩(wěn)定性差、離散性大，難以用于實際工程。 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應用奠定基礎。本項目首先采用化學力驅散碳納米管并改善界面性能，并利用互穿網(wǎng)絡聚合物膜，提高碳納米管水泥基材料的均勻性、穩(wěn)定性并降低造價。本項目研究表明，通過合理構筑后，在水泥基材料中加入極少量的碳納米管后具有優(yōu)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%。并且，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?？焖贉y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%。由于具有這樣的特性，碳納米管水泥基材料有望在提高混凝土建筑結構的安全性和可靠性、實現(xiàn)建筑結構的智能監(jiān)測、提高鋼筋混凝土耐腐蝕性等方面發(fā)揮重要作用，應用前景廣泛。 2100433B

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(yōu)點，有望顯著提高水泥基材料的強度、耐久性和安全性能，并在傳感應用方面發(fā)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/水泥基材料的制備和應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(wěn)定性差。 本項目將研究：1）采用化學力驅散碳納米管并改善界面性能；2）利用互穿網(wǎng)絡聚合物膜，提高均勻性、穩(wěn)定性并降低造價；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(tǒng)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、電響應和斷裂性能之間的相互關系，確定由電性能變化特征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于實際工程的混凝土結構智能監(jiān)測系統(tǒng)，并深入探討科學機理。

《高性能耐磨銅基復合材料的制備與性能研究》由王德寶、吳玉程著。通過SEM、XRD、TEM和其他實驗檢測儀器對粉末的機械合金化過程，復合材料的微觀組織特征以及機械、物理和摩擦磨損性能進行了系統(tǒng)研究，為拓展新型高性能銅基復合材料的應用領域打下堅實的基礎。

本項目采用微粒與細絲，組成與工藝雙重和多重復合新技術配制了抗壓強度>350MPa，折壓比<1：3的超高性能水泥基復合材料；纖維混雜與微膨脹復合增強的超耐久水泥基復合材料；性能先進的特種SIFCON材料，首次通過靶體試驗揭示了該材料具有優(yōu)異的遮彈與防護特性。通過宏觀行為與微觀結構的剖析提出了產生高與超高性能的機理。綜合運用概率斷裂力學、愈滲和分形理論，在國內外首次提出反映孔結構及其隨機性的水泥基強度模型。在深層次剖析界面層強化、消失與再強化基礎上，通過力學模型的建立和有限元分析，創(chuàng)造性的提出了定量計算界面效應范圍及其隨機疊加強化的科學方法，發(fā)展了界面理論，為加速超高性能低成本水泥基復合材料的發(fā)展提供了重要理論依據(jù)。 2100433B