暴雨作用下高性能自密实透水混凝土路面抗内涝机制与可靠性分析

It’s an effective way to eliminate urban heat island effect and rain island effect and to reduce the occurrence probability of waterlogging disaster under storm rainfall by paving pervious concrete pavement. The existing pervious concrete pavement, however, are facing with three main challenges including low strength, high likelihood for clogging and inconvenient maintenance. This project demonstrates a strategy to improve ordinary permeable concrete into high performance pervious concrete with sponge effect and ecological effect by introducing ulhigh performance self-compacting concrete as the matrix in addition to constructing accessible pores. The effects of the dominant factors such as clogging due to different rainstorm water action grade, fatigue loading, cycle of freezing and thawing and corrosion, on the properties of this new concrete is to be determined by studying their single and coupling actions. A design method based on anti- logging performance under storm rainfall of high performance self-compacting pervious concrete will be built up. The results of this project provide a new theoretical orientation for researching and designing of pervious concrete material with threatening of waterlogging, and build a theoretical foundation for future improvements of related technology standards.

铺装透水混凝土路面是缓解城市“热岛效应”与“雨岛效应”，降低城市暴雨内涝灾害发生概率的有效途径。在暴雨、荷载及环境因素耦合作用下，透水混凝土暴雨内涝失效机制与基于暴雨作用程度的性能设计方法研究，对有效降低城市暴雨内涝风险、提升城市环境生态效应具有重要的科研和社会价值，目前国内外相关研究缺乏。本项目以超高性能混凝土为基体制备自密实透水混凝土，研究在暴雨作用程度、疲劳荷载与冻融等环境因素耦合作用下，这种新型透水混凝土经时变化规律；探明在暴雨作用下，经受不同疲劳荷载、环境因素侵蚀的单独与耦合作用后，高性能自密实透水混凝土的抗暴雨堵塞内涝性能与失效机制；澄清在暴雨作用后的长期性能、耐久性能、生态性能及受力性能演化规律与微观机理，建立全寿命可靠性分析模型；进而提出高性能自密实透水混凝土基于抗暴雨内涝性能的设计方法，并为相关技术标准的修订提供实验数据和理论依据。

铺装透水混凝土路面是缓解城市“热岛效应”与“雨岛效应”，降低城市暴雨内涝灾害发生概率的有效途径。本项目以高性能自密实混凝土为基体制备一种直通孔式的高性能自密实透水混凝土，针对暴雨作用下，高性能自密实透水混凝土路面抗内涝机制与可靠性分析中的关键科学问题开展研究，探究了配合比、孔隙结构特征参数（孔隙率、孔隙尺寸与分布等）等因素对透水混凝土海绵性能（强度、透水性、抗冻性及抗磨损等耐久性）、生态性能（净水性能）的影响机制，揭示暴雨、环境因素及疲劳荷载单独及耦合作用下透水混凝土抗内涝性能及失效机理，提出高性能自密实透水混凝土抗暴雨内涝的设计方法。本研究所取得的具体研究成果有：（1）以高性能自密实混凝土为基体，研究了上下直通型高性能自密实透水混凝土的制备技术，研制出一种具有孔隙率可控制、堵塞易修复、适用于中等及以上交通流量路面的高性能透水混凝土，达到暴雨不内涝的设防目标。（2）探讨了高性能自密实透水混凝土孔隙结构特征参数（孔隙尺寸、孔隙分布）及其透水性能（透水系数）与暴雨作用等级（强度等级、重现期及次数、暴雨持续天数）之间的关系，得出各暴雨作用等级下的最佳孔隙率，澄清了高性能自密实透水混凝土路面消除或减弱暴雨内涝的机理。（3）研究了不同暴雨作用程度下高性能自密实透水混凝土路面快速堵塞过程，内涝形成机制以及失效机理，探明了暴雨作用对高性能自密实透水混凝土长期性能与耐久性能的影响规律，建立耐久性与承载力极限状态方程。（4）基于抗内涝性能展开了高性能自密实透水混凝土全寿命周期可靠性分析，依据可靠性分析结果，研究出暴雨与环境因素单独及耦合作用下，高性能自密实透水混凝土路面结构基于抗内涝性能的设计方法。.本项目研究已发表论文14篇，其中SCI论文3篇，EI论文2篇，录用待刊论文1篇；申请国家发明专利5项，授权1项。