| 成果名称: | 高性能透水混凝土的增强与疏堵机理研究 |
| 完成单位: | 广州大学 |
| 主要人员: | 焦楚杰,何松松,牛艳飞,李松,权长青,王永霞,张姣,肖祁南 |
| 介绍: | 1、任务来源：广东省自然科学基金面上项目。 2、立项背景：《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中指出：增强城市防洪排涝能力，建设海绵城市、韧性城市。透水混凝土是建设海绵城市的关键材料。目前，普通透水混凝土强度和耐久性低，易剥落、开裂、堵塞，主要用于人行道、绿道。本项目拟研发具有高强度、大孔隙率、耐久性优异的高性能透水混凝土，以拓展透水混凝土的应用范围，特别是在中、高等级路面工程的应用。普通透水混凝土的孔隙，容易发生物理堵塞、化学堵塞、生物堵塞，从而透水系数降低，甚至变成不透水。这将导致关键的“透水”功能丧失，路面与地面积水，甚至出现内涝灾害。海绵城市中的“地面（路面）不透水”已成为深受诟病的顽疾。因此，为了真正实现海绵城市的功能，告别“城市看海”的危害，很有必要研究并提升透水混凝土的抗堵塞性能。 3、技术原理及性能指标：（1）基于紧密堆积理论和星点效应优化法，研发出抗压强度达160MPa的超高强水泥基胶凝材料，并以此作为胶结基质，研制出抗压强度为54.5MPa、弯曲强度为8.6MPa、透水系数为5.4mm/s、抗冻等级达F300的高性能透水混凝土（HPPC）。采用微观结构分析方法，分析了HPPC胶凝基体水化产物、孔隙特征、微观形貌特征，揭示了HPPC的增强机理。（2）分析了HPPC轴压抗压破坏模式，应力-应变曲线的影响规律，建立了HPPC的轴心受压本构模型。采用CT测试系统，分析了HPPC的孔隙结构参数和分布特征。利用离散元PFC3D软件对HPPC的轴心受压破坏特性进行了数值仿真，利用三维全场应变测量系统和声发射技术，多尺度分析了内部裂缝被激活与扩展的演变规律。（3）基于孔隙结构特征分析了HPPC透水性能，建立了基于孔隙结构特征的HPPC透水性能非线性预测方程，修正了Kozeny–Carman模型。利用自制堵孔试验装置，研究了水平径流流速、渗流速度、堵塞颗粒、油脂和生物对HPPC堵塞的影响机制，基于离散元（DEM）和计算流体力学（CFD），分析了HPPC堵塞发展演变过程、堵塞发展速度以及堵塞稳定状态颗粒分布状态。对堵塞后的HPPC采用人工清扫、压力冲洗、真空抽吸及人工清扫和高压冲洗相结合的措施进行维护，以透水系数的恢复率作为指标评估了优劣性。 4、技术的创造性与先进性：（1）提出了HPPC 设计方法，研发出抗压强度大于50MPa、弯拉强度大于7.5MPa、透水系数大于5 mm/s、抗冻等级达F300 的HPPC，分别超过《CJJ/T135-2009》规程指标的1 倍、1 倍、9 倍、7个等级。（2）利用CT 测试表征HPPC细观结构特征。建立了HPPC单轴受压本构方程。（3）揭示了固体颗粒物、油污和生物多物质耦合作用下，HPPC 透水性能衰减机理，建立了表征HPPC 堵塞状态的透水性能衰减方程。（4）本项目研究形成了3 篇重要代表作成果。第1篇论文发表在中科院1区，Top期刊《Constructionand Building Materials》上。第2篇发表在EI 收录期刊，《材料导报》上。第3篇发表在SCI收录期刊，《Journal of Building Engineering》上。 5、推广应用情景与措施：（1）透水混凝土能够促进雨水渗透，减少地表积水，降低排水设施的负担，同时减少噪音和尘土，对城市环境友好。（2）透水混凝土路面由于其高孔隙率，能够防止雨天路面积水和夜间路面反光，冬季不会出现黑冰，从而提高车辆和行人的通行安全性与舒适性。（3）透水混凝土有利于地下水位的维持和生态平衡的保护。它通过促进雨水渗透，减少地表径流，有助于补充地下水资源，保护生态环境。透水混凝土不仅可以用于城市道路、广场、人行道等传统领域，还可以拓展到停车场、公园步道、屋顶花园等更多领域。因此，高性能透水混凝土推广前景广阔。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2025-06-27 |
| 研究起止时间: | 2022-01-01至2024-12-31 |
| 所属行业: | 建筑业 |
| 所属高新技术类别: | 新材料 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2025-01-23 |
