我校土木工程与建筑学院多功能与智能水泥基复合材料研发团队，主要开展功能型水泥基复合材料、高性能水泥基复合材料、固体废弃物的再资源化、水泥基复合材料的数值模拟等研究方向。近日，该团队教师张维国博士作为第一作者、武夷学院为第一单位在“Construction and Building Materials”“Journal of CO2 Utilization”“Geoenergy Science and Engineering”等国际著名期刊连续发表3篇高水平研究论文。
成果1：树脂透光混凝土
树脂透光混凝土是通过透明树脂将太阳光引入室内以减少人工照明、实现建筑节能的新型功能水泥基复合材料。由于透明树脂与混凝土材料性能的差异，在外力作用下界面易发生开裂和脱空现象，严重影响结构的稳定性。因此，透明树脂与混凝土的界面结合强度是树脂透光混凝土长期服役的关键问题。
本研究采用3D打印技术，制备了不同界面粗糙度的透明树脂－混凝土界面剪切试件，探究不同室外环境温度、界面粗糙度和纤维掺量对界面抗剪强度的影响规律与机理，建立透明树脂－混凝土界面剪切强度力学模型，研究结果为透明树脂－混凝土界面剪切强度优化设计提供理论指导，为树脂透光混凝土的应用于工程结构、装饰装修及户外景观领域提供借鉴意义。
该研究成果以“Interfacial shear characteristic between transparent resins and cementitious materials in resin translucent cementitious material (RTCM）”为题发表在国际著名期刊“Construction and Building Materials”（中国科学院1区Top期刊，IF=8）。张维国博士为第一作者，武夷学院雷能忠教授、王玉林教授为共同作者，武夷学院为第一单位。
本研究得到了福建省技术创新重点攻关及产业化项目（No. 2024XQ025），福建省科技计划引导性（重点）项目（No. 2020Y0092），福建省自然科学基金项目（No. 2025J011064）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.144118
成果2：纤维混凝土
目前，建筑结构正朝着轻质和超高强的方向发展，而传统混凝土的韧性较差且抗拉强度较低。钢纤维在水泥基复合材料中的应用最早且发展最为迅速，但其耐腐蚀性差，难以搅拌，还会增加结构自重和二氧化碳排放，不利于建筑节能。使用聚丙烯纤维来替代部分钢纤维，不仅能减轻钢纤维混凝土自重，还能降低其混合难度、生产成本和碳排放。因此，探索聚丙烯纤维替代钢纤维对混凝土性能、微观结构和环境性能的影响非常重要。
本研究探究了聚丙烯纤维替代率对钢纤维混凝土的工作性能和机械性能的影响规律与机理，定量分析了替代率对颗粒和孔隙微观结构参数的影响，并通过灰色关联理论确定影响机械性能的关键微观结构参数；最后综合考虑了替代率对钢纤维混凝土的碳排放和经济性的影响，为钢纤维混凝土的应用和推广提供参考。
该研究成果以“Steel-polypropylene hybrid fiber high performance cement-based composites: Mechanical properties, microscopic mechanisms, and carbon emission evaluation”为题发表在国际著名期刊“Journal of CO2 Utilization”（中国科学院2区期刊，IF=8.4）。张维国博士为第一作者，东莞理工学院田俊教授、天津大学刘红波教授为共同通讯作者，武夷学院雷能忠教授、王玉林教授为共同作者，武夷学院为第一单位。
本研究得到了国家自然科学基金（No. 52408321）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcou.2025.103039
成果3：钻探机具与材料
旋转钻井仍是地质钻探中常用的技术，而深部矿产资源的勘探与开发的复杂性使得岩石钻探变得愈发困难，钻头的磨损状况对钻探的总体成本有着显著影响。硬质合金具有出色的机械性能，由其制成的钻头已在采矿、岩石钻探和隧道施工中得到广泛应用。然而，由于恶劣的钻探环境，钻头会明显磨损，频繁更换钻头会带来经济和时间上的损失。
转速是影响硬质合金钻头使用寿命的关键因素，钻头材料中的WC颗粒大小也会影响钻头磨损。因此，有必要研究不同WC颗粒大小在不同旋转速度下对硬质合金钻头磨损率的影响规律和机制，以便为不同旋转速度下的钻头材料选择提供依据。
本研究通过磨损试验研究了转速和WC晶粒尺寸对磨损率的影响与磨损机理。基于磨损机理，建立了钻头磨削模型。研究结果对丰富摩擦学理论，提高钻井整体水平，指导地质钻头的设计和选用具有参考意义。
该研究成果以“Friction characteristics and grinding model of cemented carbide for drilling bit affected by WC grain size and rotational speed”为题发表在国际著名期刊《Geoenergy Science and Engineering》（原Journal of Petroleum Science and Engineering，2023年改为现刊名，中国科学院2区期刊，IF=4.6）。张维国博士为第一作者，东莞理工学院田俊教授为通讯作者，武夷学院雷能忠教授、王玉林教授、孙翔副教授为共同作者，武夷学院为第一单位。
本研究得到了国家自然科学基金（No. 52408321）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoen.2025.213770
