科研進展
風沙磨蝕對碳纖維增強復合材料加固混凝土界面粘結性能影響研究獲新進展
混凝土基礎設施在使用過程中常因環(huán)境侵蝕、荷載疲勞等因素導致結構性能持續(xù)退化，在沙漠地區(qū)，風沙磨蝕作用進一步加劇其表面損傷。在采用碳纖維增強復合材料（CFRP）對受損設施加固時，需考慮風沙侵蝕形成的非均勻表面損傷對界面粘結性能的影響，但傳統(tǒng)研究多針對平整CFRP-混凝土界面的理想化條件，難以真實反映沙漠環(huán)境下的加固效果。
中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院干旱區(qū)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展全國重點實驗室柳本立研究員團隊聯(lián)合蘭州交通大學，通過不同風沙磨蝕條件模擬、剪切試驗與二維、三維微觀形貌分析，量化了磨蝕后混凝土試件表面粗糙度，揭示了風沙磨蝕對混凝土與CFRP界面粘結性能的影響規(guī)律。
結果表明，風沙磨蝕增加了混凝土表面的粗糙度，提升了CFRP-混凝土的界面極限承載力，相較于未磨試件，最高提升可達31%。當磨蝕時間為8分鐘時，CFRP-風沙磨蝕混凝土試件的界面粘結性能達到最優(yōu)，其峰值應變、局部最大應力和有效粘結長度分別提升了22%、28%和15.9%。
機制分析表明，風沙磨蝕移除了混凝土表層的水泥漿體并形成錨固坑，為膠粘劑提供了機械咬合力。隨著風沙攻角由30°增長到120°，錨固坑由楔形向反向楔形轉變，試件的界面粘結性能持續(xù)提升，局部最大應力最高提升38.7%。
研究還建立了考慮磨蝕損傷效應的界面承載力及粘結-滑移本構模型，為沙漠環(huán)境下受損混凝土結構的評估與加固設計提供了科學依據(jù)。
該成果以Enhancement and mechanisms of interfacial bonding performance in CFRP reinforced wind-sand eroded concrete為題發(fā)表在國際工程領域期刊Composites Part B: Engineering上。蘭州交通大學張凱副教授為論文第一作者，西北研究院柳本立研究員為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和甘肅省重點研發(fā)計劃資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836826001691
風沙磨蝕混凝土模擬實驗過程
風沙流速為30 m/s，風沙攻角為90°，磨蝕時間為8 min時混凝土磨蝕試件的微觀形貌分析：（a）運動結構重建（SfM）獲得三維表面形態(tài)；（b）掃描電鏡（SEM）二維表面分析
風沙流速為30 m/s，風沙攻角為30°，磨蝕時間為10 min時考慮磨蝕損傷效應的模型值與試驗值結果對比：（a）界面承載力模型；（b）粘結-滑移本構模型
