浙大科研再添“国之利器”：北斗接触角测量仪

2025-12-23 04:12:18

近日，北斗CA80接触角测量仪正式入驻浙江大学材料科学与工程学院实验室，标志着我国在水泥基材料表面科学领域的研究迈向了一个崭新的精准量化时代。

本文将系统解析这一尖端仪器如何通过“一滴水”的微观视角，揭示水泥防水性的核心奥秘，及其对提升国家重大工程质量的深远意义。

北斗接触角测量仪并非普通的光学仪器，它集成了高分辨率成像系统、精密液体滴定控制和先进的图像分析算法，能够实现对液滴与固体表面相互作用力的极致测量。

其核心工作原理在于：当一滴超纯水被精准地滴落在水泥样品表面时，仪器会以微秒级的速度捕获液滴轮廓，并通过Young-Laplace方程等模型，精确计算出接触角。这个角度，就是水分子与水泥表面相互作用的“语言”——角度越大，表明材料表面越疏水，防水性能越佳；反之，则意味着水更容易渗入。

北斗仪器的入驻，为浙大科研团队提供了三大关键能力：

量化评估：将原本定性的“是否防水”转化为精确的“防水程度是多少度”，实现数据驱动的研究。

动态分析：可测量接触角随时间的变化，研究水泥水化过程或防水剂效果的时效性。

表面能计算：进一步解析材料表面的化学组成与自由能，从根源上指导配方设计。

水泥的防水问题，本质上是其多孔、亲水的微观结构与环境水分的博弈。北斗测量仪的应用，正从以下几个层面改变游戏规则：

1. 精准“诊断”防水剂效能
以往评价一款防水剂，往往需要制作混凝土试块进行漫长的渗水实验。现在，科研人员只需将处理前后的水泥薄片置于镜下，测量其接触角的变化，即可在几分钟内对防水剂的改性效果进行快速、定量的初筛与排序，极大加速了新型防水材料的研发周期。

2. 优化水泥基复合材料设计
在超高性能混凝土（UHPC）、地聚合物等先进材料体系中，掺合的纤维、纳米材料、矿物掺合料都会显著改变表面特性。通过接触角测量，可以直观看到不同配方对材料疏水性的影响，从而科学地调整配比，在保障强度与耐久性的同时，赋予其更优的抗渗能力。

3. 预测与保障工程结构长期耐久性
接触角数据能与水泥的毛细管吸水率、氯离子渗透系数等宏观性能建立相关模型。这意味着，通过实验室的微观测试，可以更科学地预测该种水泥在实际工程中抵御水分、盐分侵蚀的能力，为重大工程的百年寿命设计提供关键数据支撑。

浙江大学的建筑材料学科在国内长期处于领先地位，特别是在水泥化学、高性能混凝土与耐久性研究方面积累深厚。北斗测量仪的入驻，是“顶尖平台”与“顶尖工具”的深度融合。

这一合作将直接服务于多项国家级重点研发计划与重大工程咨询项目，例如：

为东南沿海高湿度、高盐分环境下的跨海大桥桥墩提供防腐防水解决方案。

研发用于深层地下工程（如地铁隧道）的低渗透、自修复混凝土。

提升水利枢纽关键部位混凝土的抗冻融与抗渗性能。

仪器所在的实验室正成为连接基础研究与工程应用的枢纽，其产出的精确数据，不仅将发表于高水平学术论文，更将直接写入工程标准、影响材料选型，真正实现“学研产”的闭环。

北斗接触角测量仪在浙江大学的成功应用，只是一个起点。它代表了一种研究范式的转变：从经验导向到数据驱动，从宏观推测到微观洞察。

展望未来，基于海量接触角数据与人工智能的结合，有望构建“水泥材料表面特性数据库”，并进一步开发出：

智能设计软件：输入工程环境要求，AI可推荐优化的材料表面性能参数与配方。

在线质量监控系统：未来或在生产线集成快速表面测量模块，实现防水性能的实时质控。

一滴水，在北斗的“眼中”，不再仅仅是水滴，而是解读材料生命密码的关键密钥。它丈量的是角度，提升的是性能，守护的是从实验室延伸到千里之外每一项重大工程的安全与寿命。北斗测量仪入驻浙大，是中国科研力量以精密仪器武装自身，向基础材料底层奥秘发起攻坚的缩影，它承载着让中国建造不仅“大而快”，更能“久且安”的科技使命。