碳納米管(Carbon Nanotubes，簡稱CNTs)，是一種具有石墨結晶的管狀納米碳材料，相比傳統(tǒng)的碳纖維擁有近乎完美的力學性能，是目前發(fā)現(xiàn)的綜合性能最好的纖維材料。根據(jù)碳納米管中碳原子層數(shù)的不同可分為單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)。單壁碳納米管價格昂貴，一般用于場發(fā)射平板顯示器和傳感器等領域，而多壁碳納米管造價相對較低，目前規(guī)?；a與應用程度較好，一般用于增強復合材料的研究，研究較多的基體材料有聚合物基、金屬基及陶瓷基，有關水泥基復合材料的研究相對較少，尚處于起步和摸索階段。已有的研究表明，與現(xiàn)有的其它材料相比，多壁碳納米管具有小尺度(直徑納米級，長度微米級，長徑比達100-1000)、重量輕(密度約為1.339/cm3，僅為鋼的1/6)、高硬度、高強度(拉伸強度50-200GPa，超過鋼的100倍；彎曲強度可達14GPa)、高彈模(楊氏模量達1-8TPa，與金剛石相當)、優(yōu)異的彈性(彎曲后能自動彈回，相應軸向延伸率可達20％；彈性應變可達6％，約為鋼的60倍)、良好的韌性(在一定溫度下，碳納米管的斷裂應變在30．55％左右)和卓越的電學性質(根據(jù)結構可具有金屬特性或者半導體特性，電導率可達1000．2000S／cm，能通過的電流密度可達106A／cm2)。超高的長徑比、超強的耐酸堿能力等使得MWCNTs在各基體中能更好地發(fā)揮橋聯(lián)、增韌等作用，是一種極好的纖維，其性能優(yōu)于當前任何纖維材料。其優(yōu)異的性質引起了各個學科的廣泛關注，特別是在材料科學、電子學和生物醫(yī)學等重要領域有著良好的應用前景。近些年來MWCNTs諸多低生產成本工藝的成功研發(fā)使得MWCNTs價格顯著降低，尤其是多壁碳納米管。因此，從技術和經濟上分析MWCNTs可以用做水泥基體的增強功能組分，制備出新型的MWCNTs增強水泥基復合材料。而且已有研究亦表明，由于MWCNTs的優(yōu)異特性，多壁碳納米管水泥基復合材料(MWCNTs／CC)確實具有優(yōu)異的力學性能和功能特性。將多壁碳納米管作為水泥基材料增強體，在力學性能增強的同時，預期可賦予復合材料良好的耐久性、功能性等綜合性能，這可能帶來水泥基復合材料性能的一次飛躍。
進入21世紀，隨著現(xiàn)代大型工程、航空航天、機械等高科技領域的飛速發(fā)展，人們對材料提出了更高的要求。迄今為止，在土木工程領域，以水泥混凝土為代表的水泥基材料仍是應用最為廣泛、使用最成功的結構工程材料。然而，隨著現(xiàn)代工程結構的高層化、大型化、多功能化，水泥混凝土作為最大宗的結構材料，也逐漸由傳統(tǒng)的僅具有承載能力的結構材料向綠色與可持續(xù)、超復合化、超耐久性、高強高性能化、高功能、 智能化等方向發(fā)展。一方面，普通水泥基材料由于抗拉強度低、韌性差，在工程中經常產生大量的裂縫，嚴重影響了結構的安全性和長期耐久性，高耐久問題、增韌問題已成為水泥基材料的研究重點；另一方面，在水泥基體中加入碳纖維、聚丙烯纖維等宏觀纖維制備高韌性機敏水泥基復合材料對在役結構安全進行監(jiān)測，己成為另一研究熱點，但由于這些纖維本身就是脆性材料或者導電性能差等缺點，效果并不理想。納米技術的出現(xiàn)標志著人類改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，已滲入到材料學、藥物學、機械學等諸多領域，在大型工程、國防、化工、航天航空等領域中開拓了廣闊的應用前景，被認為是21世紀最有前途的材料。隨著納米材料和技術的飛速發(fā)展，納米級纖維材料向水泥基材料領域滲透，打破了傳統(tǒng)水泥基材料的局限，極大地擴展了水泥基材料的應用領域，給水泥基材料研究帶來了嶄新的生命力。在水泥基復合材料中引入納米級纖維，一方面能將水泥基復合材料基體內的裂紋控制在較低水平，大幅度提高復合材料的力學性能和耐久性；另一方面利用其優(yōu)良的導電特性，賦予水泥基材料自診斷、自調節(jié)、自修復等特性，使水泥基復合材料向高性能、智能化方向發(fā)展。國外、國內已相繼開展碳納米管水泥基復合材料的基礎研究，已成為國際上材料研究領域的新熱點。
由于多壁碳納米管在理論上非常適合應用于增強和改善復合材料的性能，而且已經實現(xiàn)規(guī)?；a與應用，學術界目前對多壁碳納米管水泥基復合材料的研究也剛處在起步階段，并在力學性能、導電性能等方面取得了一些重要成果。因此基于此背景，本課題提出通過綜合研究碳納米管的分散性能，為其在水泥基復合材料中的應用提供理論支撐；通過研究碳納米管水泥基復合材料的制備及其物理力學性能，為進一步深入研究其他性能(如耐久性、電磁屏蔽等功能性)奠定理論基礎；綜合分析和討論碳納米管在水性體系中的分散機理及其改善水泥基復合材料性能的微觀作用機理，為宏觀性能的提高提供理論解釋，也為優(yōu)化碳納米管水泥基復合材料的關鍵制備技術提供指導。
目前，我國正在進行著大規(guī)模的基礎設施建設，大量高層和超高層建筑層出不窮；許多規(guī)模宏大的跨越江河、峽谷的大跨或超大跨度橋梁已經興建；近海及大型深海工程正在拓展。由此，客觀上需求強度更高、耐久性更優(yōu)的建筑材料，使用超高強、高耐久的水泥基材料將是必然趨勢。高性能碳納米管水泥基復合材料預期可用于高層建筑和大跨度橋梁(減小構件截面和自重)；用做有高耐久要求的各種侵蝕環(huán)境的化工廠、港口和海洋平臺；用做高等級橋面、路面、停車場；作為電磁屏蔽材料用于有電磁防護要求的國家軍事、軍用工程和領域以及有電磁屏蔽要求的經濟信息安全設備和設施；用做抗?jié)B透性和抗腐蝕性要求極高的放射性廢棄物儲存容器；作為一種新型傳感器應用到混凝土結構健康檢測等領域。因此，對于材料研究者來說，加快探索和研究碳納米管在水泥基材料中的應用研究已經成為當務之急，一旦其生產制備和應用取得重要突破，必將帶動整個納米技術的發(fā)展，同時也將帶動一系列相關高科技產業(yè)的興起，引發(fā)一場新科技革命，給整個社會帶來巨大的利益。因此，對于材料研究者來說，加快探索和研究碳納米管在水泥基材料中的應用研究已經成為當務之急，一旦其生產制備和應用取得重要突破，必將帶動整個納米技術的發(fā)展，同時也將帶動一系列相關高科技產業(yè)的興起，引發(fā)一場新科技革命，給整個社會帶來巨大的利益。
