沙漠地區風沙磨蝕加劇混凝土基礎設施損傷，給碳纖維增強復合材料（CFRP）加固工程帶來挑戰。近日，中國科學院西北生態環境資源研究院柳本立研究員團隊與蘭州交通大學張凱副教授合作，在風沙磨蝕對 CFRP 加固混凝土界面粘結性能影響研究中取得重要進展，為沙漠環境下混凝土結構加固設計提供了全新科學依據。相關成果發表于《復合材料B：工程》。
“傳統CFRP-混凝土界面研究多基于平整表面的理想化條件，難以反映沙漠風沙侵蝕的實際情況。”柳本立表示，研究團隊通過模擬不同風沙磨蝕條件，結合剪切試驗與二維、三維微觀形貌分析，首次量化了磨蝕后混凝土表面粗糙度，系統揭示了風沙磨蝕對界面粘結性能的影響規律。實驗發現，風沙磨蝕并非單純造成混凝土損傷，反而能增加其表面粗糙度，顯著提升CFRP - 混凝土界面極限承載力，相較于未磨蝕試件最高提升 31%。
研究還發現，磨蝕時間為8分鐘時，界面粘結性能達到最優，峰值應變、局部最大應力和有效粘結長度分別提升22%、28%和15.9%。機制分析表明，風沙磨蝕會移除混凝土表層水泥漿體形成錨固坑，為膠粘劑提供機械咬合力；隨著風沙攻角從30°增至120°，錨固坑形態轉變使界面局部最大應力最高提升38.7%。基于研究結果，團隊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，實現了對沙漠環境下混凝土加固界面性能的精準預測。
此次成果突破了傳統加固研究的場景局限，填補了沙漠風沙環境下CFRP 加固混凝土界面性能研究的空白，為我國西北干旱區鐵路、公路、水利等混凝土基礎設施的耐久性提升和加固設計提供了關鍵技術支撐。
