服役于寒冷地區(qū)、山溪性河流環(huán)境下的水工過流面混凝土，在春冬季節(jié)的頻繁凍融作用下面臨嚴(yán)峻的凍害問題，并且在夏秋季節(jié)遭受河流中大量沙粒滾石的沖擊磨蝕，凍融-沖磨交替作用下水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能退化嚴(yán)重。目前，針對該嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土的損傷機(jī)制尚不清晰，相關(guān)成果難以支撐寒冷地區(qū)水工結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計和服役壽命預(yù)測。

近日，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院李雙喜副教授、姜春萌副教授在混凝土材料領(lǐng)域國際期刊Construction and Building Materials發(fā)表了題為“Study on the damage mechanism of hydraulic concrete under the alternating action of freeze-thaw and abrasion”的研究論文。

此研究基于快速凍融法和水下鋼球法試驗?zāi)M實際耦合工況，對不同循環(huán)次數(shù)下水工混凝土的損傷規(guī)律進(jìn)行了評價分析，并利用X射線衍射、壓汞測試、電子掃描顯微鏡和圖像識別技術(shù)表征了混凝土的微結(jié)構(gòu)演變過程，多尺度揭示了水工混凝土在凍融-沖磨交替作用下的劣化行為，提出混凝土宏-微細(xì)觀損傷機(jī)制。研究成果可為寒冷地區(qū)遭受凍融、沖磨雙重破壞的水利工程建設(shè)與病害防治提供理論依據(jù)和保障。

圖1 不同循環(huán)次數(shù)下混凝土的孔徑分布

圖2 不同循環(huán)次數(shù)下混凝土的微觀形貌

圖3 水工混凝土凍融-沖磨損傷機(jī)制示意圖

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院李雙喜副教授為論文第一作者和通訊作者，水利與土木工程學(xué)院和新疆水利工程安全與水災(zāi)害防治重點實驗室為論文第一作者單位。此研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（52269028）和新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項目（2022D01B104）的支持。

課題組研究方向包括：1.大顆粒推移質(zhì)泥沙河流環(huán)境下水工新材料的抗沖耐磨性能研究與應(yīng)用；2.寒旱區(qū)硫酸鹽侵蝕環(huán)境和堿骨料反應(yīng)領(lǐng)域的高性能混凝土應(yīng)用研究。