印度維洛爾理工學(xué)院與馬來西亞國立大學(xué)研究團(tuán)隊于2026年10月17日在《科學(xué)報告》期刊發(fā)表對比研究，測試以農(nóng)業(yè)廢棄物骨料和天然纖維制成的可持續(xù)輕質(zhì)混凝土在水下受控旋轉(zhuǎn)水力條件下的抗磨損性能。

研究采用水下旋轉(zhuǎn)磨損實驗設(shè)計，在1200轉(zhuǎn)/分鐘和1600轉(zhuǎn)/分鐘兩種轉(zhuǎn)速下對混凝土試件進(jìn)行測試，考察轉(zhuǎn)速、磨損時間、骨料特性及骨料與水泥基體間界面過渡區(qū)的綜合影響。對照組為普通混凝土，試驗組分別摻入椰殼、膨脹粘土、油棕櫚殼、檳榔殼骨料，并添加、黃麻、椰子纖維進(jìn)行增強(qiáng)。

結(jié)果表明，磨損損耗隨暴露時間呈線性增加，證實水下磨損是累積過程而非突發(fā)失效。在1600轉(zhuǎn)/分鐘下測試6小時后，普通混凝土重量損失為461.93克，輕質(zhì)混凝土重量損失介于549.44至698.91克之間。輕質(zhì)組內(nèi)數(shù)據(jù)差異顯著，表明骨料選擇與纖維增強(qiáng)對磨損行為有重要影響。

磨損速率數(shù)據(jù)顯示，1200轉(zhuǎn)/分鐘時各混合料磨損速率為每小時23.35至38.80克；轉(zhuǎn)速提升至1600轉(zhuǎn)/分鐘時，磨損速率躍升至每小時55.42至116.49克。重量損失比率在1.78至2.60之間波動，顯示部分輕質(zhì)混合料對轉(zhuǎn)速提升更為敏感。該速度敏感性參數(shù)對設(shè)計需應(yīng)對不同水力能量條件的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

在所有輕質(zhì)混合料中，棕櫚殼-纖維組合表現(xiàn)Zui為突出。該配比在惡劣水下條件下展現(xiàn)出Zui低的速度敏感性和Zui穩(wěn)定的磨損性能。研究表明，油棕櫚殼骨料與纖維的相互作用形成了更優(yōu)的微觀結(jié)構(gòu)，可能通過改善界面過渡區(qū)的裂縫橋接與粘結(jié)能力，有效抵抗高速旋轉(zhuǎn)帶來的機(jī)械能沖擊。

該研究為水利與海洋工程材料選型提供了實踐參考。工程師可權(quán)衡普通混凝土（耐磨性優(yōu)異但密度高、環(huán)境足跡大）與輕質(zhì)替代方案（降低結(jié)構(gòu)自重并回收廢料）的利弊。棕櫚殼-纖維組合在嚴(yán)苛條件下的穩(wěn)定性為高能水下環(huán)境結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了具體依據(jù)。

研究同時強(qiáng)調(diào)了界面過渡區(qū)作為決定磨損行為關(guān)鍵因素的重要性。天然纖維可能在磨損過程中橋接微裂縫，延緩材料流失。隨著氣候變化加劇洪水事件與沿?；A(chǔ)設(shè)施的水力負(fù)荷，此類結(jié)合農(nóng)業(yè)廢棄物與天然纖維的輕質(zhì)混凝土已具備可量化的水下抗磨損性能，為下一代水利與海洋結(jié)構(gòu)材料選擇提供了兼顧可持續(xù)性、輕量化與穩(wěn)定性的新路徑。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-17。本文為資料編譯。