水泥混凝土结构是目前世界上最为常用的一种结构形式，其生命周期长达数十年，甚至上百年。在生命周期的全过程中，其可靠性至关重要，一旦失事，将会产生严重的后果，造成重大的人员伤亡和经济损失。提高水泥混凝土的物理力学性能、实现其智能特性（如压～阻效应），可以避免因为结构失效而造成的经济损失和人员伤亡，具有重要的科学意义和社会经济效益。 材料领域的研究表明，在水泥基材料中加入适量的碳纳米管后具有优越的抗裂能力和极限承受能力，并具有压～阻效应。由于具有这样的特性，碳纳米管/水泥基材料有望提高建筑结构的安全性和可靠性，并实现建筑结构的智能监测。但是碳纳米管/水泥基材料目前依然存在“瓶颈”问题：1）导电介质难以分散，即使借用化学助剂和超声工艺，也无法得到均匀结构；2）导电介质与水泥基材料的界面性能尚不理想，物理力学性能尚待提升；3）机敏性能重复性差、稳定性差、离散性大，难以用于实际工程。 本项目的主要研究目的就是解决上述瓶颈问题，为碳纳米管水泥基材料的工程应用奠定基础。本项目首先采用化学力驱散碳纳米管并改善界面性能，并利用互穿网络聚合物膜，提高碳纳米管水泥基材料的均匀性、稳定性并降低造价。本项目研究表明，通过合理构筑后，在水泥基材料中加入极少量的碳纳米管后具有优越的抗裂能力和极限承受能力，其极限抗压强度、抗折强度、断裂韧性合断裂能分别可以提高53%，101%，100%和344%。并且，碳纳米管水泥基材料还具有显著的压～阻效应，在15kN的压力时电阻变化率可达25%。尤为重要的是，经过本项目的研究，碳纳米管水泥基材料还可以有效保护钢筋，防止混凝土开裂破坏。快速测试表明，碳纳米管改性钢筋混凝土的开裂时间比普通混凝土提高了60%以上，钢筋质量损失降低97%。由于具有这样的特性，碳纳米管水泥基材料有望在提高混凝土建筑结构的安全性和可靠性、实现建筑结构的智能监测、提高钢筋混凝土耐腐蚀性等方面发挥重要作用，应用前景广泛。 2100433B

碳纳米管具备超强力学性能、极高的纵横比、良好的导电性能及能无损改性等优点，有望显著提高水泥基材料的强度、耐久性和安全性能，并在传感应用方面发挥重要作用（感应能力超过金属应变片），已经成为国内外研究热点。 目前，国际上在碳纳米管/水泥基材料的制备和应用上遇到了瓶颈问题：碳纳米管分散困难，界面作用力弱，均匀性差、稳定性差。 本项目将研究：1）采用化学力驱散碳纳米管并改善界面性能；2）利用互穿网络聚合物膜，提高均匀性、稳定性并降低造价；3）利用渗流原理和正交设计方法，确定合理配比和工艺流程；4）系统研究宏微观性能，建立界面微细观结构模型，探讨作用机理；5）研究力、电响应和断裂性能之间的相互关系，确定由电性能变化特征来衡量结构整体应力水平与损伤状况的方法和理论。最终得到一种高性能碳纳米管/水泥基机敏材料及一套能用于实际工程的混凝土结构智能监测系统，并深入探讨科学机理。

《高性能耐磨铜基复合材料的制备与性能研究》由王德宝、吴玉程著。通过SEM、XRD、TEM和其他实验检测仪器对粉末的机械合金化过程，复合材料的微观组织特征以及机械、物理和摩擦磨损性能进行了系统研究，为拓展新型高性能铜基复合材料的应用领域打下坚实的基础。

本项目采用微粒与细丝，组成与工艺双重和多重复合新技术配制了抗压强度>350MPa，折压比<1：3的超高性能水泥基复合材料；纤维混杂与微膨胀复合增强的超耐久水泥基复合材料；性能先进的特种SIFCON材料，首次通过靶体试验揭示了该材料具有优异的遮弹与防护特性。通过宏观行为与微观结构的剖析提出了产生高与超高性能的机理。综合运用概率断裂力学、愈渗和分形理论，在国内外首次提出反映孔结构及其随机性的水泥基强度模型。在深层次剖析界面层强化、消失与再强化基础上，通过力学模型的建立和有限元分析，创造性的提出了定量计算界面效应范围及其随机叠加强化的科学方法，发展了界面理论，为加速超高性能低成本水泥基复合材料的发展提供了重要理论依据。 2100433B