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21世纪,水泥基复合材料正朝着高性能方向发展,即高强度、高韧性、高耐久、高阻裂和多功能/智能性。由于传统的结构健康监测系统使用嵌入式或附加的应变传感器在工程应用中存在的一些缺陷,基于水泥的新型传感器应运而生。这些新型传感器与传统传感器相比具有成本低、耐久性好、传感体积大、提高结构力学性能等优点。碳纳米管(Carbon nanotubes,CNT)具有优异的力学、电学、热学、光学和电磁性能,与水泥基材料复合可以实现组元材料的优势互补,不仅改善水泥基强度、弹性、韧性等力学性能,又能赋予水泥基材料优异的电学、热学、电磁等功能性能。因此,碳纳米管水泥基复合材料(Carbon nanotubes reinforced cement-based co mposites,CNT/CC)其良好的增强、压敏以及耐高温性能,在未来智能建筑、健康监测和防灾减灾等领域有着广阔的应用前景。为充分发挥CNT的优异性能,克服CNT在水泥基材料中团聚的现象,本文首先针对CNT的分散性进行了研究,采用不同表面活性剂:聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、阿拉伯树胶(GA)和十二烷基硫酸钠(SDS)以单掺的方式制备多壁CNT(MWCNTs)悬浮液,通过结合静置观察法和透射电镜(TEM)观察比较MWCNTs在水性体系中的稳定性和分散性。并分别制备成不同表面活性剂类型的CNT/CC,比较其工作性能和力学性能,并采用四电极法研究其电学性能和压敏性能,确定最优表面活性剂,制备成压电式CNT/CC,主要研究MWCNTs掺量对CNT/CC的力学性能、电学性能和压敏性能的影响。在往复荷载作用下比较不同加载幅值和不同加载速率对CNT/CC的应力、应变感知特性的影响,从微观角度分析MWCNTs对水泥基材料的导电机理。另外,还探讨了CNT/CC高温力学性能,研究成果如下:(1)相对于不掺加表面活性剂的MWCNTs悬浮液,各表面活性剂都能在水溶液中分散MWCNTs。PVP对MWCNTs的分散效果最佳,其MWCNTs悬浮液能够保持较长时间的稳定性。对比不同表面活性剂类型的CNT/CC流动度、力学性能和压敏性能,结果表明,PVP相应的CNT/CC能够保持较好的流动度、宏观力学性能、电学性能和压敏性能。(2)确定采用PVP制备成压电式CNT/CC。研究发现,随着MWCNTs掺量的增加,CNT/CC的流动度逐渐降低。CNT/CC抗压强度随MWCNTs掺量的增加呈先增大后减小的趋势。添加适量的MWCNTs对CNT/CC的抗压强度有明显增强的效果。(3)当MWCNTs掺量为0.05~0.10wt.%时,CNT/CC的导电性能发生突变。低掺量的MWCNTs易获得较好的分散,有利于MWCNTs导电聚体的相互接触,在水泥基体中形成导电网络。当MWCNTs掺量为0.10wt.%时,CNT/CC拥有良好的压敏性能。结合SEM观察显示,水泥基体中均匀分散的MWCNTs相互搭接形成良好的导电网络。(4)对于不同的加载幅值,CNT/CC试件均对应变的响应具有稳定的可重复性。在一定范围内,增大应力幅值会提高CNT/CC试件的压敏性能。在相同加载幅值条件下,随着加载速率的增大,CNT/CC试件的压敏性能有所提高。(5)800℃后,CNT/CC的相对残余抗折强度和相对残余抗压强度分别约为30~35%和45~50%,而空白试件均发生爆裂。通过SEM观察到,800℃后,MWCNTs仍在水泥基体中发挥桥联作用,为释放高温提供了良好的通道,有效地提高水泥基体抗高温爆裂能力,是一种良好的耐髙温水泥基材料。