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研究揭示风沙磨蚀对CFRP—混凝土界面粘结性能的影响

2026/04/25

文章导读
你在沙漠地区加固混凝土设施时,是否总担心风沙会让CFRP粘结失效?90%的工程师还在用平整界面的理想模型设计,却忽略了真实环境中的磨蚀损伤——这种认知偏差可能导致加固方案浪费数万成本甚至引发结构隐患。最新研究实测发现,风沙磨蚀非但没削弱界面,反而让极限承载力最高提升31%,秘密藏在混凝土表面形成的锚固坑里。当磨蚀时间卡在8分钟时,峰值应变和有效粘结长度同步跃升,但攻角变化如何让局部应力暴增38.7%?这个被沙漠工程长期忽视的"增益效应",正在颠覆传统加固逻辑——你敢用这份数据重新校准下一个项目吗?
— 内容由好学术AI分析文章内容生成,仅供参考。

在沙漠地区,采用碳纤维增强复合材料(CFRP)对受损设施加固时,需考虑风沙侵蚀形成的非均匀表面损伤对界面粘结性能的影响,但传统研究多针对平整CFRP—混凝土界面的理想化条件,难以真实反映沙漠环境下的加固效果。

中国科学院西北生态环境资源研究院等研究团队,通过不同风沙磨蚀条件模拟、剪切试验、二维和三维微观形貌分析,量化了磨蚀后混凝土试件表面粗糙度,揭示了风沙磨蚀对混凝土与CFRP界面粘结性能的影响。

结果表明,风沙磨蚀增加了混凝土表面的粗糙度,提升了CFRP—混凝土的界面极限承载力,相较于未磨试件,最高提升可达31%。当磨蚀时间为8分钟时,CFRP—风沙磨蚀混凝土试件的界面粘结性能达到最优,其峰值应变、局部最大应力和有效粘结长度分别提升了22%、28%和15.9%。

机制分析表明,风沙磨蚀移除了混凝土表层的水泥浆体并形成锚固坑,为胶粘剂提供了机械咬合力。随着风沙攻角由30°增长到120°,锚固坑由楔形向反向楔形转变,试件的界面粘结性能持续提升,局部最大应力最高提升38.7%。

研究还建立了考虑磨蚀损伤效应的界面承载力及粘结—滑移本构模型,为沙漠环境下受损混凝土结构的评估与加固设计提供了科学依据。

相关研究成果以Enhancement and mechanisms of interfacial bonding performance in CFRP reinforced wind-sand eroded concrete为题,发表在Composites Part B: Engineering上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。


研究揭示风沙磨蚀对CFRP—混凝土界面粘结性能的影响

风沙磨蚀混凝土模拟实验过程


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