石墨烯超高性能混凝土动态力学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

传统混凝土阻尼性能差，难以依靠材料自身阻尼实现建筑结构自减振目标。

多壁碳纳米管 能在复合材料中引入数量巨大的界面，形成碳管变形-滑移-摩擦耗能体系，显著提高阻尼能力 的同时改善力学性能。

本项目将多壁碳纳米管与水泥基材料进行复合，首先研究多种碳管的分散及稳定技术，揭示碳管与水泥复杂胶凝体系的协同效应机制，制备出碳管掺杂量高、分散均匀的超高性能混凝土；然后，采用原子力显微镜、环境扫描电镜等测试技术，对单根碳纳米管进行拉拔试验，结合纳米压痕技术定量表征界面过渡区微结构演变及强度梯度变化规律，揭示 碳纳米管超高性能混凝土阻尼耗能机理；通过精确设计碳管/基体界面过渡区微结构，利用碳 管表面化学修饰、多元纳米颗粒调控的方法调节界面粘结强度，形成基于微结构的阻尼耗能调 控机理，确保碳管/基体耗能体系耗能最大化，成功制备出同时兼具高强、高韧性、高阻尼 的新一代超高性能混凝土，为实现建筑结构自减振提供理论基础。

2. 国内外研究现状分析

目前阻尼性能的研究主要集中于金属和聚合物材料，对于全世界用量最大的 结构材料混凝土来说，由于其自身的阻尼能力低，在建筑结构设计中一般将其视为定值，一直没有得到人们的足够重视，研究进展较为缓慢。

目前对于混凝 土阻尼性能的研究，集中于如何提高其阻尼能力，主要是从水泥基体、界面过 渡区、集料三方面的改性进行。

提高混凝土基体阻尼的方法，主要是掺加有机高分子聚合物、乳胶、石墨粉、橡胶粉、柔性纤维等具有高阻尼功能的材料。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

研究石墨烯的分散及稳定技术，揭示石墨烯与水泥复杂胶凝体系的协同效应机制，制备出石墨烯掺杂量高、分散均匀的超高性能混凝土。成功制备出同时兼具高强、高韧性、高阻尼的新一代超高性能混凝土，为实现建筑结构自减振提供理论基础。

研究计划:

4. 研究创新点

1，提出针对多壁碳纳米管超高性能混凝土阻尼调控机理，建立基于功能的超高性能混凝土配伍设计方法与制备技术，解决一直以来结构材料中力学性能与阻尼性能的矛盾，满足新时代超高层、超大跨工程建设的重大需求。

2，多学科交叉，有利于学科发展。涉及纳米科学、材料学、结构、力学、数学、物理、化学和计算机科学等多学科领域，不仅丰富了纳米材料的生态内涵，而且引领了传统土木工程材料学科发展的新途径。