荷载—环境介质耦合作用下透水混凝土路面耐久性能劣化规律及力学机理研究

Due to the features of porous structure and utilization functions, the durability of pervious concrete is relatively low. Under the repeated and direct coupled actions of traffic loads and environment mediums, pervious concrete pavements are more vulnerable to abrasion, spalling and raveling, which is one of the major bottlenecks for utilizing pervious concrete on heavy traffic pavements. Based on this engineering background, this study attempts to better understand the deteriorating characteristics and mechanisms of the durability of pervious concrete pavements. The micro-properties of the porous structure of pervious concrete and the mechanism of strength formation will be investigated by means of microscopic analysis approaches, and with the macroscopic performances of the pervious concrete obtained through fundamental physic and performance tests, a structure-strength model will be established, which is able to explain the macro-performance of pervious concrete through its micro properties. Based on the similarity principle between laboratory experiments and the actual service environments and conditions of pervious concrete pavement, durability simulation tests will be carried out on to explore the actions and effects of actual traffic loads and environmental mediums on pervious concrete, and a series of experimental methods will be developed in terms of this principle to evaluate the durability of pervious concrete pavements. The damage patterns and formations of pervious concrete pavement will be explored and analyzed through the durability tests results. By employing the theories of damage mechanics and material science, therefore, the deterioration characteristics of pervious concrete pavement could be better acknowledged. . The expected achievements of this research will not only have practical guiding significance in developing more durable pervious concrete pavement and providing theoretical explanations and supports for the corresponding design approaches and techniques, but provide scientific basis and reliable design parameters for the establishment and modification of related criterions.

由于透水混凝土的孔隙结构及其使用功能特点，所以其耐久性能较差；在车辆荷载和环境介质的长期、直接作用下，透水混凝土路面极易产生磨光、破损、松散掉粒、甚至大面积剥落等病害。透水混凝土较差的耐久性能是将其应用于大交通量路面结构中的瓶颈所在。鉴于此，本课题拟运用微观和宏观相结合的方法，深入分析透水混凝土的孔隙结构特征及其强度形成机理，建立透水混凝土结构-强度模型；基于室内试验方法与实际服役环境之间的相似性原理，对透水混凝土进行典型服役环境条件下的耐久性模拟试验，建立针对透水混凝土路面耐久性能的测试方法和评价体系，揭示透水混凝土路面在车辆荷载和环境介质作用下的破坏特点和损伤机制，以探求透水混凝土路面耐久性能的劣化规律和力学机理。本课题的研究成果，不仅对开发高耐久性透水混凝土路面材料的设计方法与技术有重要价值，而且也将为相关标准的制定提供科学的技术基础和可靠的设计参数，对其工程实践具有重要指导作用。

透水混凝土路面的使用功能所带来的环境效益是其赖以生存之本。然而，由于长期、直接地暴露于车辆荷载和环境介质的作用下，透水混凝土路面极易产生破损、松散、断裂、甚至大面积剥落等病害，这不仅影响了其生态效益的发挥，还会大大降低其使用寿命。.基于此，本课题开展了以下研究工作：1）利用离散元法对透水混凝土材料在成型过程中的微─细观结构特性及相关的影响因素进行了模拟分析，数值试验结果为了解透水混凝土的孔隙结构特征及其强度形成机理提供了新的思路；2）针对透水混凝土的关键使用功能，提出了测试透水混凝土路面材料的透水性能和有效孔隙率的试验方法和评价指标，从而能快速、有效的测试和评价透水混凝土路面的功能状态和服务质量；3）进行了典型服役条件下透水混凝土快速冻融循环、抗冲击磨耗性能、抗车轮磨耗性能和剪切疲劳性能试验，通过室内和现场试验提出了透水混凝土耐久性能的相关测试方法和评价指标，并对其在典型服役条件下的破坏特征进行了详细的分析；试验结果表明，透水混凝土材料的损伤主要出现在骨料与胶凝材料包裹的界面处；即便具有较大的连通孔隙率，透水混凝土仍然会表现出明显的冻融破坏，而且破坏形式以骨料的松散与胶凝材料粘附破坏为主；在剪切应力作用下，透水混凝土的破坏形式与实际路面的破坏形式相似，表明实际服役条件下透水混凝土路面的局部损伤主要以剪切破坏为主，表现出明显的剪切破坏面并引起骨料与胶凝材料的粘结失效；4）通过室内和现场试验，对透水混凝土路面在荷载和环境作用下的使用功能退化机制进行了探讨，提出了透水混凝土路面养护与维修方法；并根据此部分内容拓展性的研发出了一种基于IPN（聚合物网络互穿技术）的聚合物基路面混凝土修补材料；5）针对透水混凝土赖以生存的生态功能，对其吸音降噪和缓解“热岛效应”性能进行了室内和室外模拟试验。结果表明，透水混凝土路面在车速较快的情况下具有较为明显吸音降噪效果；透水混凝土路面虽然在高温下（夏季）表面温度要高于普通混凝土路面，但其对环境温度的变化具有更好的适应性；在降雨条件下，通过蒸发和渗透作用能够更好的带走路面的热量，具有快速降温和减热的作用，且对周边的热辐射较小。.本课题的研究成果，不仅对透水混凝土路面的设计方法与铺筑技术有一定的参考价值，而且也能为透水混凝土路面服务质量的检测与控制、生态功能的维护、以及更好地发挥其环境效益提供技术支持。