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基于阴极防护技术的海洋混凝土结构腐蚀防护研究一直方兴未艾,发展高性能阴极防护砂浆对提升结构腐蚀防护效果具有重要意义。本文将分别拥有优良的力学韧性、热/电传导性能、半导体热电性能的碳纳米管(CNT)、纳米氧化锌(nZnO)掺杂到防护砂浆,发展该纳米改性防护砂浆温差发电及压阻智能感知效能,以实现海洋混凝土结构钢筋腐蚀防护效果的同时,提供良好的劣化自监测效能,这具有重大科学与工程意义。本文首先结合表面活性剂超声法探讨不同分散剂及不同超声处理时间下两种纳米材料(CNT、nZnO)在水溶液中的分散性;然后在减水剂辅助分散下,采用浇筑成型法制备出CNT/nZnO改性防护砂浆(CNT/nZnO-RM),结合微观形貌及EDS表面元素分析评价其分散及纤维桥联效果;采用四电极法与交流阻抗法测试CNT/nZnO-RM的电阻性能,采用恒温水浴及热电偶测算法研究其在不同温差条件下的热电性能,并进一步探讨CNT/nZnO-RM在不同加荷速率、不同循环荷载下压阻智能特性。研究结果分析如下:(1)通过分散液的静置沉降法、高速离心分层法与分光光度计度法多重分散评价方法找出了CNT/nZnO最佳的分散工艺:CNT/nZnO均在掺有5%聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、分别超声处理70min、60min时CNT/nZnO在水中分散效果最好,且稳定性较好。SEM与EDS微观表征结果显示,CNT/nZnO能较好分散于水泥砂浆基体内,CNT能发挥纤维桥联效应。(2)在CNT掺量为1.5%时CNT-RM的电阻率低至大约3.6kΩ.cm,很好地满足导电填料的渗滤机制;而nZnO-RM的电阻率随nZnO掺量增加而电阻率持续升高,这可能是作为半导体特性nZnO与PVP分散剂形成了氢键,形成绝缘壁垒。掺2%CNT的CNT-RM热电系数达到最大(1785.0μV/℃),掺1%nZnO的CNT-RM热电系数能达到1283.0μV/℃,而同时掺加2%CNT及1%nZnO的CNT/nZnO-RM热电系数并未实现协同增强效果,这可能是因为nZnO与PVP分散剂形成了氢键,影响了CNT与nZnO在砂浆基体内物理搭接的几率,进而大幅度降低了其电子热传导效果。(3)相应CNT/nZnO-RM因CNT与nZnO氢键阻隔而未呈现预期的压阻智能效应;无论是60N/s、100N/s加载速率下,无论是5k N、7k N、10k N的峰值荷载下,掺2%CNT的CNT-RM均呈现良好的压阻智能特性:其电阻率变化率随着循环荷载均匀变化,峰峰幅值分别达7.3%、10.01%、12.28%,相应荷载灵敏度、线性度、稳定度分别为(1.32±0.06)%/k N、(3.8±1.74)%、(2.8±1.3)%。显然,拥有较高的热电系数及良好压阻智能特性的CNT-RM可发展用于海洋环境混凝土结构防护砂浆,发挥其阴极防护热电及劣化监测效能。