碳纳米管具有良好的力学性能和化学稳定性,将其掺入水泥基之中能起到明显的桥联、填充和晶核作用,有效的优化界面过渡区结构。然而,极大的长径比和管间的范德华力使其呈现出相互缠绕或团聚的状态,在将其应用于水泥基材料前需进行有效的分散。而目前的研究主要集中在单一碳纳米管对水泥基材料性能的影响,碳纳米管直径不同时对水泥基材料力学性能及抗冻性能影响的研究仍较少。因此,本文采用不同直径的碳纳米管研究了其掺量及直径对水泥基材料力学性能和抗冻性能的影响,并对其微观结构进行了分析,主要工作如下:(1)碳纳米管的分散效果研究。选择表面活性剂、磁力搅拌及超声分散相结合的方法对碳纳米管进行分散,并通过试验确定最佳的超声分散参数。对不同分散时间和分散强度下制备的碳纳米管水泥基试样进行了力学性能测试,通过力学性能的提升效果评判了碳纳米管的分散效果,发现超声分散60min、超声强度为1050W时,分散效果最好。(2)碳纳米管对水泥基材料力学性能的影响研究。分别在7d和28d龄期下对碳纳米管水泥基试样的力学性能进行测试,发现其抗压强度和抗折强度分别在碳纳米管掺量为0.1wt%和0.2wt%时提升最为明显,直径为10-20nm的碳纳米管对于水泥基材料抗压强度的提升效果最好,而抗折强度则是直径为40-60nm的碳纳米管提升效果最好。综合热分析结果表明碳纳米管的加入能够促进水泥水化,从而改善水泥基材料的性能。通过SEM发现碳纳米管能够起到桥联、拔出和晶核作用,其直径越大,分散效果就越好。(3)碳纳米管对水泥基材料抗冻性能的影响研究。分别通过不同冻融循环下碳纳米管水泥基试样的质量损失率、相对动弹模量及强度变化规律研究碳纳米管对水泥基材料抗冻性能的提升效果。发现碳纳米管的加入能有效改善水泥基材料的抗冻性能,其掺量为0.1wt%、直径为10-20nm时对于水泥基材料抗冻性能的提升效果较好。(4)碳纳米管对水泥基材料孔结构的影响研究。通过压汞仪对碳纳米管试样的孔隙结构进行了测试,研究了不同直径碳纳米管的掺入对于水泥基试样孔隙结构的影响及其对试样在冻融循环过程中孔隙结构变化规律的影响。发现碳纳米管的加入能有效的改善水泥基材料的孔径分布,并能有效遏制水泥基材料在冻融循环过程中孔隙率的增大和多害孔的生成。