甘肃建筑职业技术学院水工混凝土研究成果获国际认可 创新技术助力水利工程耐久性防护

问题——在水利水电工程运行过程中,溢洪道、泄水建筑物、消能设施以及引水隧洞等部位长期承受高速水流与砂粒共同作用,容易发生冲刷磨损,导致表层剥蚀、结构性能下降,进而带来渗漏风险上升、维修频次增加和运行安全隐患。

如何在不大幅增加工程成本的前提下,提高混凝土的抗冲磨能力与服役寿命,是行业持续关注的关键课题。

原因——从工程机理看,高速含砂水流对混凝土的破坏具有“冲击+磨削+疲劳”叠加特征:一方面,砂粒对表层反复切削,促使表面微裂缝扩展;另一方面,水流压力波动和冲击使水化产物与骨料界面更易松动,材料表层孔隙与缺陷成为磨损“起点”。

传统提升耐磨性的路径多依赖高标号配合比、掺加矿物掺合料或纤维增强等方式,但在既有工程修复和局部防护场景中,施工周期、成本与适配性仍存在约束,亟需更便捷、针对性更强的表面防护技术。

影响——甘肃建筑职业技术学院建筑工程学院苏富赟教师团队聚焦上述难题,提出以碱金属硅酸盐进行表面改性的技术思路,并通过宏观性能试验与微观结构表征相结合开展研究。

研究结果表明,该表面改性可降低材料表层钙硅比(Ca/Si),促使表层微孔结构细化与致密化,从而显著提升水工混凝土的抗冲磨能力。

相关论文以学校为第一完成单位发表在国际摩擦学领域重要期刊《WEAR》(中科院二区TOP,影响因子6.1)上,体现出该研究在工程应用价值与学术创新性上的综合水准获得国际同行关注。

该成果亦得到甘肃省教育厅产业支撑项目支持,显示地方科研资源正进一步向解决工程实际问题聚焦。

对策——面向工程应用需求,业内专家认为,这类以表层功能化为目标的改性路线,为水工建筑耐久性提升提供了更具可操作性的选择:其一,可与既有结构的预防性养护相结合,在关键部位形成针对性防护层,减少因大面积翻修造成的停机损失;其二,适用于局部磨损后的修复加固,通过“材料—界面—结构”协同改善,提升修复后的长期稳定性;其三,有望与抗蚀、抗冻等耐久性技术联动,形成面向复杂服役环境的综合防护体系。

下一步,仍需在不同水化体系、不同骨料与不同含砂级配条件下开展适应性验证,完善施工工艺参数与现场质量评价方法,推动从实验室成果向工程标准与应用指南转化。

前景——随着我国水利水电工程进入“建设与运维并重”的新阶段,耐久性、低成本、可快速实施的防护修复技术需求将持续增长。

表面改性等新技术若能在典型工程场景中完成中试示范,并形成可复制、可推广的工艺体系,将有助于延长关键部位寿命、降低全生命周期运维成本、提升重大工程安全运行韧性。

此次研究成果的发表,也从一个侧面反映出职业院校在土木、水利与材料交叉领域开展应用基础研究、服务地方重大工程建设的潜力正不断释放。

此次科研成果不仅为解决水工建筑抗冲磨难题提供了创新方案,更体现了地方高校在服务国家重大工程建设中的重要作用。

随着技术进一步推广应用,将为我国水利工程安全运行提供更可靠的技术支撑,同时也为类似工程材料研究开辟了新思路。

这一突破再次证明,立足实际工程需求的基础研究往往能产生最具价值的创新成果。