沙漠地区风沙磨蚀加剧混凝土基础设施损伤，给碳纤维增强复合材料（CFRP）加固工程带来挑战。近日，中国科学院西北生态环境资源研究院柳本立研究员团队与兰州交通大学张凯副教授合作，在风沙磨蚀对 CFRP 加固混凝土界面粘结性能影响研究中取得重要进展，为沙漠环境下混凝土结构加固设计提供了全新科学依据。相关成果发表于《复合材料B：工程》。

“传统CFRP-混凝土界面研究多基于平整表面的理想化条件，难以反映沙漠风沙侵蚀的实际情况。”柳本立表示，研究团队通过模拟不同风沙磨蚀条件，结合剪切试验与二维、三维微观形貌分析，首次量化了磨蚀后混凝土表面粗糙度，系统揭示了风沙磨蚀对界面粘结性能的影响规律。实验发现，风沙磨蚀并非单纯造成混凝土损伤，反而能增加其表面粗糙度，显著提升CFRP - 混凝土界面极限承载力，相较于未磨蚀试件最高提升 31%。

研究还发现，磨蚀时间为8分钟时，界面粘结性能达到最优，峰值应变、局部最大应力和有效粘结长度分别提升22%、28%和15.9%。机制分析表明，风沙磨蚀会移除混凝土表层水泥浆体形成锚固坑，为胶粘剂提供机械咬合力；随着风沙攻角从30°增至120°，锚固坑形态转变使界面局部最大应力最高提升38.7%。基于研究结果，团队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，实现了对沙漠环境下混凝土加固界面性能的精准预测。

此次成果突破了传统加固研究的场景局限，填补了沙漠风沙环境下CFRP 加固混凝土界面性能研究的空白，为我国西北干旱区铁路、公路、水利等混凝土基础设施的耐久性提升和加固设计提供了关键技术支撑。

相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113548

张凯（左）和学生在实验室里进行风沙冲蚀混凝土试验。受访者供图。