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原文传递碳纳米管水泥基复合材料压敏性能研究

论文题名：	碳纳米管水泥基复合材料压敏性能研究
关键词：	碳纳米管;表面改性;水泥基复合材料;压敏性能
摘要：	普通水泥混凝土结构由于在外界自然环境和车辆荷载等多种因素影响下，其结构功能化下降、安全性和耐久性得不到保障，直接影响混凝土结构的使用寿命。为了更好的进行结构损伤检测，在外部应力作用下，对水泥基材料的内部进行损伤判断，及时诊断，减少和避免因重大结构损失而造成的经济性破坏和重大的灾难性人员伤亡，提高道路服役期限，延长道路使用寿命，人们一直尝试研究，通过添加某种材料来减弱水泥材料引起的结构失效。近几十年来，在水泥中添加一些导电微米甚至是纳米级的材料引起了广泛关注。碳纳米管自1991年被发现以来，由于其多种优异的物理力学特性，使得其在各个领域得到广泛的关注，是最近国内外开始研究的新型智能材料，而将这种智能材料引入到水泥基材料，运用到发展迅速的各种水泥基混凝土结构中也是一种趋势。本文就利用碳纳米管优异的力学性能和良好的导电性，通过室内试验，将其加入到普通水泥基体中，制备出含有碳纳米管的水泥基复合材料，研究这种复合材料的力学和电学机敏等基本性能。　　由于碳纳米管本身存在着强大的分子间作用力，碳纳米管之间极易相互缠绕、团聚，直接导致碳纳米管在水泥基体中的分散性很差，首先需要对碳纳米管进行分散性研究。本文尝试利用多种表面活性剂（十二烷基硫酸钠SDS、十二烷基苯磺酸钠SDBS、碳纳米管水分散剂TNWDIS、乙醇等），对碳纳米管(CNTS)进行超声分散，将CNTS分散于水中，进而可以更好的使其均匀分布于水泥基体中。试验表明，不同表面活性剂对CNTS的分散能力不同，表面活性剂与CNTS的浓度关系不同也将直接影响CNTS在水溶液体系中的分散效果。选择合适的表面活性剂，以及表面活性剂与碳纳米管之间比例关系，使CNTS能够发挥其最大效果。在多种表面活性剂中，TNWDIS对CNTS在水中的分散有明显的效果，其次为SDS、SDBS、乙醇等。　　 CNTS优异的力学性能以及CNTS的均匀分散，都将促使碳纳米管水泥基复合材料试件的宏观力学性能（抗折、抗压强度）的显著提高。本文在水泥基材料中掺入一定的碳纳米管后，研究复合试件的力学性能。结果表明掺加碳纳米管的水泥基试件的力学性能较净浆水泥试件都有显著的提高，特别是试件的抗折强度。由于碳纳米管的纳米微粒的尺寸效应、表面效应以及填充作用，对其宏观力学性能都有显著的提高。但当碳纳米管掺量超过一定量时，由于碳纳米管可以增加复合材料的用水量，所以复合材料的强度在一定程度上有所降低。　　碳纳米管对水泥基复合材料的导电性能有一定的影响，水泥材料中掺加一定的导电材料碳纳米管后，水泥基复合材料的导电性能显著提高。碳纳米管水泥基材料的导电现象属于一种逾渗现象。普通水泥净浆和碳纳米管水泥材料都存在一定的导电极化现象，普通水泥净浆的极化试件最长，极化程度也最大。试件内部的孔隙率和大孔含量都对试件的极化时间有一定的影响。同时碳纳米管水泥基复合材料试件的电阻变化率与所受的应力之间存在一定的关系，体现一种良好的压敏性能效应。这种效应主要是由于隧穿效应和接触导电效应共同作用导致。利用这种复合材料的机敏性能，可以应用到混凝土结构的实时健康监测。
作者：	马雪平
专业：	道路与铁道工程
导师：	葛智
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文