科研進展
風(fēng)沙磨蝕對碳纖維增強復(fù)合材料加固混凝土界面粘結(jié)性能影響研究獲新進展
混凝土基礎(chǔ)設(shè)施在使用過程中常因環(huán)境侵蝕、荷載疲勞等因素導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能持續(xù)退化，在沙漠地區(qū)，風(fēng)沙磨蝕作用進一步加劇其表面損傷。在采用碳纖維增強復(fù)合材料（CFRP）對受損設(shè)施加固時，需考慮風(fēng)沙侵蝕形成的非均勻表面損傷對界面粘結(jié)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(xué)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(xué)，通過不同風(fēng)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(fēng)沙磨蝕對混凝土與CFRP界面粘結(jié)性能的影響規(guī)律。
結(jié)果表明，風(fēng)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(dāng)磨蝕時間為8分鐘時，CFRP-風(fēng)沙磨蝕混凝土試件的界面粘結(jié)性能達到最優(yōu)，其峰值應(yīng)變、局部最大應(yīng)力和有效粘結(jié)長度分別提升了22%、28%和15.9%。
機制分析表明，風(fēng)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(fēng)沙攻角由30°增長到120°，錨固坑由楔形向反向楔形轉(zhuǎn)變，試件的界面粘結(jié)性能持續(xù)提升，局部最大應(yīng)力最高提升38.7%。
研究還建立了考慮磨蝕損傷效應(yīng)的界面承載力及粘結(jié)-滑移本構(gòu)模型，為沙漠環(huán)境下受損混凝土結(jié)構(gòu)的評估與加固設(shè)計提供了科學(xué)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(lǐng)域期刊Composites Part B: Engineering上。蘭州交通大學(xué)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(xué)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(fēng)沙磨蝕混凝土模擬實驗過程
風(fēng)沙流速為30 m/s，風(fēng)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(jié)構(gòu)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(fēng)沙流速為30 m/s，風(fēng)沙攻角為30°，磨蝕時間為10 min時考慮磨蝕損傷效應(yīng)的模型值與試驗值結(jié)果對比：（a）界面承載力模型；（b）粘結(jié)-滑移本構(gòu)模型
