透水混凝土路面堵塞及透水性能恢復(fù)試驗(yàn)研究

譚燕，易晨光，2，胡安迪，肖衡林

(1.湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢，430068；2.中建三局安裝工程有限公司，湖北武漢，430073)

為建設(shè)雨水“滲、滯、蓄、凈、用、排”的生態(tài)化循環(huán)，使水資源循環(huán)恢復(fù)自然生態(tài)屬性，海綿城市理念應(yīng)運(yùn)而生，但當(dāng)?shù)乇韽搅魍ㄟ^透水路面時(shí)，攜帶的各類顆粒極易造成孔徑堵塞，導(dǎo)致透水混凝土的服役壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)壽命[1]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)缺乏對(duì)透水路面的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與相應(yīng)的維護(hù)數(shù)據(jù)，透水混凝土相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺少長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)指標(biāo)[2]。

透水混凝土作為一種多孔隙混凝土，不同于發(fā)泡水泥，其成型機(jī)理為粗骨料表面包裹一層薄薄的水泥膠凝材料，構(gòu)成實(shí)體骨架，間隙之間形成連通孔隙?？紫堵室话憬橛?5%～35%之間[3-4]，力學(xué)性能較差，抗壓強(qiáng)度僅為3.5～28.0 MPa[5]，常用于輕交通與人行道，如城鎮(zhèn)街道、小區(qū)路面公園等。根據(jù)斷面結(jié)構(gòu)形式，透水試件分為直滲型、導(dǎo)向滲透型和雨水收集型3 種[6]，主要用于緩解我國(guó)海綿城市建設(shè)規(guī)劃導(dǎo)致的熱島效應(yīng)與城市內(nèi)澇問題等[7]。

透水混凝土的透水效果與服役環(huán)境、透水混凝土的材料特性和清潔維護(hù)方式有關(guān)[8]。服役環(huán)境主要包括當(dāng)?shù)氐慕涤炅?、地形差異與堵塞顆粒比例；透水混凝土的材料特性與骨料粒徑、水灰比、孔隙率等諸多因素有關(guān)[9-10]。宋慧等[11]研究表明，當(dāng)水灰比在0.25～0.31 范圍時(shí)，粒徑范圍為(2.5，6]，(6，10]和(10，16]mm的透水混凝土材料的抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變隨水灰比增大而增大。YU 等[12]研究表明，同一孔隙率不同骨料粒徑的透水試件，透水系數(shù)隨骨料粒徑增加而提升。骨料粒徑越大，孔隙連通率越高，滲流路徑越寬。唐靜等[13]在水泥膠凝材料中摻入8%的環(huán)氧樹脂，經(jīng)4 次堵塞循環(huán)后透水損失率，防堵塞性能良好；透水混凝土的清潔與維護(hù)是影響其使用壽命與使用效果的關(guān)鍵問題。BALADES等[14]發(fā)現(xiàn)，滯留于透水試件表層幾厘米以內(nèi)的細(xì)微顆粒是造成透水損失的主要原因，高壓水沖洗和真空抽吸清潔具有較好的清潔效果，能使損失的透水系數(shù)基本得到恢復(fù)。亓雪穎[15]研究表明，不同類型透水鋪裝清理維護(hù)效果存在差異，服役1年的透水磚、透水混凝土、透水瀝青鋪裝清潔后平均滲透率分別提升3 倍、1.3 倍和0.3倍，透水磚恢復(fù)效果最好。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于透水混凝土清潔維護(hù)方式的研究較多，但缺少長(zhǎng)期堵塞循環(huán)作用下對(duì)透水混凝土透水系數(shù)變化情況的監(jiān)測(cè)。為提高透水路面服役壽命，本文作者研究透水堵塞過程，首先通過二維平掃分析不同深度處2D孔隙率，然后篩取0.6 mm 粒徑石粉顆粒、水泥砂漿顆粒與土顆粒作為堵塞材料，分批次用于堵塞透水系數(shù)范圍10～15 mm/s的透水試件。待試件完全堵塞后設(shè)置清水沖洗、真空抽吸與高壓水槍恢復(fù)3種清潔方式，比較透水系數(shù)恢復(fù)情況，尋求長(zhǎng)期堵塞清洗循環(huán)過程中最高效的清潔方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用連續(xù)級(jí)配天然骨料，由武漢某采石場(chǎng)提供。初始骨料粒徑為10～20 mm，經(jīng)HPEF-100×60 環(huán)保型顎式破碎機(jī)破碎后機(jī)械篩分，篩分粒徑如圖1所示。當(dāng)透水混凝土骨料粒徑小于2.35 mm時(shí)，骨料間孔隙小，膠凝材料容易填堵孔隙；大于15 mm 粒徑時(shí)，骨料堆積會(huì)出現(xiàn)較大的空隙，不僅成型面凹凸不齊，力學(xué)性能也相對(duì)較差[6]。由此，骨料粒徑范圍設(shè)置為2.35～10 mm，其中(2.35，5]mm 粒徑范圍骨料占20%；(5，8]mm粒徑范圍骨料占50%；(8，10]mm 粒徑范圍骨料占30%。經(jīng)檢測(cè)，天然骨料吸水率為1.5%，堆積密度為2.78 g/cm3，含粉率為0.65%。水泥選用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，性能指標(biāo)見表1，攪拌用水為自來水。

表1 P·O 42.5普通硅酸鹽水泥性能Table 1 Properties of P·O 42.5 Portland cement

圖1 骨料粒徑Fig.1 Aggregate particle size

根據(jù)蔣佳等[16]研究，透水試件服役過程中，有機(jī)堵塞物質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅占1.5%～5.8%，造成孔隙堵塞的主要物質(zhì)是砂土和骨料粉塵等無機(jī)物。因此設(shè)置石粉顆粒、水泥砂漿顆粒(C30 標(biāo)準(zhǔn)水泥砂漿試件破碎)和土顆粒3 組堵塞材料對(duì)照，如圖2所示。謝西等[17]研究表明，0.3～0.6 mm粒徑范圍堵塞材料對(duì)試件透水能力影響最大。參考該試驗(yàn)結(jié)果，堵塞粒徑設(shè)置為0～0.6 mm，堵塞材料與骨料過篩率如圖3所示。從圖3可知：石粉顆粒中，小于0.1 mm的粉塵占9.7%；水泥砂漿顆粒中，小于0.1 mm的粉塵占5.8%；土顆粒中，小于0.1 mm 的粉塵占25.3%，其中土顆粒中粉塵質(zhì)量占比最高。

圖2 堵塞材料Fig.2 Clogging materials

圖3 堵塞材料與骨料過篩率Fig.3 Passing rate of clogging material and aggregate

1.2 配合比

譚燕等[18]研究表明，隨水灰比的不斷增大，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢(shì)，水灰比為0.33 時(shí)，試件強(qiáng)度達(dá)到峰值。為滿足基本力學(xué)性能要求，試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)為：硅酸鹽水泥376.67 kg，自來水124.33 kg，天然骨料1 516.63 kg，其中粒徑為(2.35，5]mm 骨料303.33 kg，粒徑為(5，8]mm骨料756.67 kg，粒徑為(8，10]mm骨料456.68 kg；設(shè)計(jì)孔隙率為15%，由于天然骨料吸水率較低，配合比中未設(shè)置附加用水。

1.3 試件及試驗(yàn)設(shè)備

將稱好的水與水泥置于HJW-30單臥軸攪拌機(jī)中預(yù)攪拌30 s，隨后加入不同粒徑的天然骨料，攪拌150 s，試件長(zhǎng)×寬×高為100 mm×100 mm×100 mm，拆模后于60 ℃和98%濕度的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)3 d。試驗(yàn)參照CJJ/T 135—2009“透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程”[2]，使用定水頭法測(cè)量透水系數(shù)，透水設(shè)備如圖4所示。

圖4 透水設(shè)備示意圖Fig.4 Schematic diagram of pervious monitor apparatus

試驗(yàn)設(shè)備水位高差為200 mm，即上方出水口到混凝土表面高差為200 mm，下方出水口標(biāo)高與混凝土面標(biāo)高齊平。透水設(shè)備上方出水口直徑越大，測(cè)得的透水系數(shù)越穩(wěn)定；下方出水口直徑越大，透水系數(shù)測(cè)量范圍越廣，所測(cè)透水系數(shù)上限為80 mm/s。當(dāng)試件透水能力超過該上限時(shí)，水缸中水位將高出混凝土面標(biāo)高，此時(shí)仍然能正常出水，但水流速度已經(jīng)超出設(shè)備承載能力，水位高差隨透水能力變化而變化，該情況下所測(cè)得的透水系數(shù)與實(shí)際值相比偏小。

一般透水設(shè)備需要在出水口處設(shè)置超聲波流速儀，但超聲波流速儀在低流速監(jiān)測(cè)時(shí)難以達(dá)到流體滿管要求，因此對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，通過重力傳感器連接電腦，合作開發(fā)軟件記錄傳感數(shù)據(jù)，最后通過出水量對(duì)時(shí)間求微分，以此表征透水能力變化情況，由達(dá)西定律推導(dǎo)得：

式中：K為透水系數(shù)，mm/s；Q為出水口水流量，mm3；L為試件高度，mm；A為試件過水截面面積，mm2；H為水位高差，mm；T為透水時(shí)間，s；Va為出水口流速，mm3/s。

由于透水試件在成型和脫模時(shí)容易出現(xiàn)缺損，無法與玻璃薄壁緊密貼合。當(dāng)水流具備一定水壓后會(huì)優(yōu)先從水阻力較小的側(cè)壁流出，產(chǎn)生較大的試驗(yàn)誤差，常用的止水措施是在試件側(cè)壁涂抹凡士林，但是側(cè)壁孔隙較大，該方法止水效果并不好。試驗(yàn)采用水泥砂漿對(duì)試件側(cè)壁孔隙封堵找平，包裹2層保鮮膜，將試件底部保鮮膜外翻緊貼薄壁外側(cè)，用止水膠帶密封，試件面層邊角處用止水膠泥填補(bǔ)，止水封堵措施如圖5所示。

圖5 止水封堵措施圖Fig.5 Map of sealing measures

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 2D截面孔隙率測(cè)定

對(duì)透水試件進(jìn)行等分切割，切片厚度為20 mm，方向平行于成型面。為區(qū)分固相與孔相，首先使用土顆粒對(duì)切片孔隙進(jìn)行填充，然后用平板掃描儀掃描成像，調(diào)整亮度、對(duì)比度以突出孔隙相與固相的差異，最后通過邊界拾取將土顆粒面積替換成黑色，導(dǎo)入matlab軟件中識(shí)別像素點(diǎn)，計(jì)算孔隙面積，生成2D截面孔隙率。

1.4.2 透水試驗(yàn)

透水試驗(yàn)選用同一配比成型的75 塊試件，脫模時(shí)有4 塊試件破損嚴(yán)重，剩余71 塊試件放入105 ℃烘箱中鼓風(fēng)干燥24 h后稱試件質(zhì)量，然后通過圖4所示設(shè)備測(cè)量透水系數(shù)。該設(shè)備所配置的計(jì)量軟件每間隔1 s 自動(dòng)讀取并記錄數(shù)據(jù)，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行微分得到相應(yīng)的透水系數(shù)。

1.4.3 堵塞恢復(fù)試驗(yàn)

選取透水系數(shù)為10～15 mm/s 范圍的透水試件模擬快速堵塞，待試件透水300～350 s 穩(wěn)定后，分批投入10 g 堵塞材料，每批間隔250 s，直至試件完全堵塞，記錄透水系數(shù)衰減情況。完成堵塞后置于28 ℃和40%濕度的普通環(huán)境箱中靜置48 h，然后對(duì)各組試件進(jìn)行清水沖洗、高壓水槍清洗、真空抽吸清潔。高壓水槍額定功率為2 000 W，峰值承載壓力為12 MPa；吸塵器功率為1 400 W，吸力為18～20 kPa。參考謝西等[17]試驗(yàn)，對(duì)各組透水試件循環(huán)清洗堵塞9次，比較不同清洗方法對(duì)周期性堵塞影響情況。

2 透水試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 2D孔隙結(jié)構(gòu)分析

截面圖像分析過程如圖6所示。二維平掃圖像為透水系數(shù)為35 mm/s透水混凝土20 mm深度處孔隙情況。由圖6可知：孔隙輪廓為復(fù)雜的多邊圖形，橢圓與針狀偏多?？紫兜姆植颊w比較均勻，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，截面共計(jì)孔隙122 個(gè)，面積為2～360 mm2不等。在透水試件二維截面建模時(shí)，常假設(shè)每個(gè)孔隙由3塊骨料環(huán)繞環(huán)組成[19]。但結(jié)果表明，實(shí)際可能由3～15 塊的骨料圍繞。從圖6可知：部分小粒徑骨料填充大粒徑骨料之間的間隙，這可以提高透水試件抗壓抗疲勞的能力。同時(shí)也能觀察到，孔隙與孔隙之間形成較多的連通孔隙，這有利于減緩?fù)杆氯?，提高自我清潔的能力。比較圖6(a)和(b)發(fā)現(xiàn)，填充砂料后孔隙會(huì)大于原始圖像上的孔隙。造成這種情況的原因有2方面：一方面是由于試件切割過程中，切割面與成型面之間有偏差角、切割不平整；另一方面是截面經(jīng)過2D 掃描后，部分連通孔隙邊緣深度淺、色差小，視覺效果上孔隙偏小。

圖6 截面圖像分析Fig.6 Cross section image analysis

不同深度孔隙率變化曲線如圖7所示。透水系數(shù)為15 mm/s 時(shí)，透水混凝土最小孔隙率為22.4%，最小孔隙率決定透水混凝土的透水能力。深度從20 mm到40 mm，孔隙率下降22.2%；深度從40 mm 到60 mm，孔隙率下降15.6%；深度從60 mm 到80 mm，孔隙率下降7.8%?？紫吨饕蟹植荚谕杆嚰?0 mm和40 mm處。橫向比較，35 mm/s 和25 mm/s 透水試件與15 mm/s 透水試件相比，孔隙率變化幅度更大，孔隙率離散情況更嚴(yán)重。與40，60 和80 mm 深度孔隙率相比，各透水系數(shù)透水試件在20 mm 處孔隙率最高。這主要是因?yàn)橥杆炷脸尚蜁r(shí)，受振搗方式與自重的雙重影響，氣泡不斷上升，骨料與膠凝材料下沉，形成如圖8所示的孔隙結(jié)構(gòu)。該情況在普通混凝土中也常有出現(xiàn)，但對(duì)結(jié)構(gòu)影響較小。由于透水混凝土擁有較大的孔隙率，孔隙在豎向截面的非均勻分布，會(huì)降低透水試件面層抵抗荷載、沖擊和磨損的能力，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)路面凹陷。

圖7 混凝土深度-孔隙率變化曲線Fig.7 Variation curve of concrete depth with porosity

圖8 透水試件縱向截面圖Fig.8 Longitudinal section of permeable specimen

2.2 透水試驗(yàn)結(jié)果分析

透水試件質(zhì)量的變化等同于堆積密度的變化，可以用來反映透水試件的密實(shí)情況。根據(jù)IBRAHIM等[20]的研究，堆積密度為1 650～1 875 kg/m3的透水試件孔隙率介于30%～40%，透水系數(shù)分布在15～30 mm/s 之間。與IBRAHIM 等[20]研究有所不同，本試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果是基于同種配合比下透水系數(shù)的離散情況，透水試件質(zhì)量與透水系數(shù)概率分布如圖9所示。從圖9可知：透水系數(shù)隨透水試件堆積密度提高而降低。分別用自然對(duì)數(shù)、線性函數(shù)和三項(xiàng)式函數(shù)對(duì)變化曲線進(jìn)行擬合，擬合度R2分別為0.554，0.499和0.546，3種擬合曲線匹配程度均較低，這與數(shù)據(jù)本身離散情況有關(guān)。當(dāng)透水混凝土孔隙率低于7%時(shí)將視為普通混凝土，其質(zhì)量范圍為2 350～2 450 g，結(jié)合3種擬合曲線，僅自然對(duì)數(shù)擬合能較好地反映透水試件質(zhì)量與透水系數(shù)之間的普遍性規(guī)律。

圖9 透水試件質(zhì)量與透水系數(shù)概率分布Fig.9 Relationship between mass of permeable specimen and permeability coefficient

本批透水試件的質(zhì)量分布見表2，服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，透水試件質(zhì)量范圍為1 740～2 153 g，其中76.05%的透水試件質(zhì)量分布于1 900～2 100 g；透水系數(shù)范圍為3.87～71 mm/s，其中42.25%的透水試件透水系數(shù)分布于10～20 mm/s。經(jīng)計(jì)算，透水系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差為18.07，遠(yuǎn)大于普通混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差3.8～7.5[21]，透水系數(shù)的離散情況更為嚴(yán)重，這是因?yàn)榭紫对谠嚰?nèi)部分布錯(cuò)綜復(fù)雜，孔徑與孔徑分布隨機(jī)性較大，連通孔隙的比例難以控制，且振動(dòng)成型時(shí)，高水灰比的膠凝材料流動(dòng)性較大，容易在試件底部堆積，硬化后堵塞透水通道。但通過質(zhì)量指標(biāo)對(duì)透水能力進(jìn)行初步篩選，仍有較好的指導(dǎo)效果。

表2 透水試件質(zhì)量范圍概率分布Table 2 Quality distribution of permeable specimens

3 透水堵塞試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 分批次堵塞透水系數(shù)變化情況

選取透水系數(shù)為11.56，9.46 和11.08 mm/s 的試件模擬快速堵塞，透水50 s后，透水系數(shù)基本達(dá)到穩(wěn)定，透水300 s 后，分批投入10 g 堵塞材料，每次間隔250 s，直至試件完全堵塞，記錄透水系數(shù)衰減情況。分批投料透水系數(shù)變化曲線如圖10所示。從圖10可知：每次堵塞過程耗時(shí)100～180 s。投料5 次后(合計(jì)50 g)，透水系數(shù)均小于1 mm/s。第一次堵塞，石粉組透水系數(shù)損失6.21 mm/s，水泥砂漿組透水系數(shù)損失5.27 mm/s，土顆粒組透水系數(shù)損失3.86 mm/s，各組第一次堵塞所造成的透水系數(shù)損失最為嚴(yán)重。石粉組與水泥砂漿組第一次堵塞相比剩余4次，透水損失率最高，分別為53.7%和55.7%。該結(jié)果表明，在石粉顆粒與水泥砂漿顆粒堵塞作用下，透水試件透水能力越強(qiáng)，其抵抗堵塞的能力越差。該類型透水試件在投入使用時(shí)，受環(huán)境中的砂土粉塵影響極大。每平方米透水區(qū)域僅須50 g 堵塞劑，透水能力將會(huì)折損過半。試驗(yàn)中明顯觀察到石粉與水泥砂漿組堵塞過程中，裝置底部少有顆粒隨水流流出，水底清澈透明，但土顆粒組，裝置底部土顆粒沉積明顯。這表明，用于堵塞的石粉與水泥砂漿顆?；緶粲谠嚰?nèi)部，全部填充孔隙。而土顆粒組，小部分直接隨水流流出。土顆粒與水溶液交融性好，穿透率高。

圖10 分批投料透水系數(shù)變化曲線Fig.10 Curve of water permeability coefficient of clogging in batch

投料次數(shù)與透水損失率如圖11所示。從圖11可知：透水損失率為本次投料后損失的透水系數(shù)與投料前透水系數(shù)的比值，第二次到第五次堵塞過程中，石粉組透水系數(shù)透水損失率呈下降趨勢(shì)，分別為53.7%，51.0%，38.5%，26.7%和35.6%。土顆粒組透水系數(shù)損失率呈上升趨勢(shì)，分別為34.8%，44.3%，39.5%，46.9%和55.0%。整體來看，透水損失率介于25%～55%。

圖11 投料次數(shù)與透水損失率Fig.11 Batch times and water loss rate

堵塞材料中粉塵率越低，首次透水損失率越高。相同的孔徑情況下，大顆粒堵塞材料更容易直接填充孔隙，縮小孔徑，增加孔徑曲折度。而小顆粒粉沉在堵塞試件時(shí)，穿透性高，堵塞材料的質(zhì)量損失大，且容易附著于孔徑內(nèi)壁，當(dāng)表層顆粒累計(jì)到一定程度后更容易被清潔，而位于試件內(nèi)部的微小顆粒累計(jì)到一定程度將形成慢性堵塞，難以被清潔。

3.2 不同堵塞材料作用下透水系數(shù)變化情況

選取15 種透水系數(shù)試件，分別用石粉、水泥砂漿和土顆粒進(jìn)行堵塞，不同堵塞材料作用下透水系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖12所示。當(dāng)緩慢投料時(shí)，堵塞材料沉降至試件表面需要2～4 s，這一過程造成了部分堵塞曲線在投料后出現(xiàn)一段緩沖式下降趨勢(shì)，如石粉組透水系數(shù)為13.82 mm/s 時(shí)堵塞曲線，土顆粒組透水系數(shù)為11.52 mm/s時(shí)堵塞曲線等；而快速投料則呈現(xiàn)陡然下降趨勢(shì)，如石粉組透水系數(shù)為10.92 mm/s 時(shí)堵塞曲線、土顆粒組透水系數(shù)為10.91 mm/s時(shí)堵塞曲線等。

由圖12可知：透水試件在同種堵塞材料作用下，堵塞過程呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，服從同一堵塞曲線，分別對(duì)石粉、水泥砂漿和土顆粒組的堵塞曲線進(jìn)行自然對(duì)數(shù)擬合，擬合結(jié)果見表3，擬合度R2分別1.000，0.950 和0.946，自然對(duì)數(shù)擬合度極高，具有很強(qiáng)的規(guī)律性。0～0.6 mm 粒徑范圍的堵塞材料難以將透水試件完全封堵，透水系數(shù)低于1 mm/s時(shí)基本趨于穩(wěn)定。自然對(duì)數(shù)函數(shù)y=A+B/{1+exp[(x-C)/D]}中，系數(shù)A為堵塞完成后趨于穩(wěn)定的透水系數(shù)；系數(shù)B為材料特性因子，受堵塞材料的黏性，粒徑，水溶性等諸多因素共同影響；系數(shù)C為平移修正系數(shù)，可用于轉(zhuǎn)換不同時(shí)間發(fā)生堵塞的函數(shù)關(guān)系；系數(shù)D為縮放因子，一般取(10，30)之間的一個(gè)常數(shù)。經(jīng)擬合后的堵塞曲線可用于預(yù)測(cè)同種情況下更高透水系數(shù)透水試件的堵塞時(shí)間，擬合趨勢(shì)同樣表明，透水系數(shù)越高的透水混凝土抵抗堵塞的能力越差。透水混凝土路面配合比設(shè)計(jì)時(shí)，透水系數(shù)范圍宜選取4～8 mm/s，相比高透水系數(shù)透水試件，該透水范圍不僅能提高透水路面抵抗荷載的能力，也足夠滿足路面的透水需求。

表3 堵塞過程中透水系數(shù)變化曲線擬合Table 3 Fitting Curve of permeability coefficient change during clogging process

圖12 不同堵塞材料作用下透水系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律Fig.12 Variation of permeability coefficient with time under the action of different clogging materials

比較3種透水系數(shù)變化曲線的尾部，石粉組與水泥砂漿組經(jīng)50 g 堵塞材料作用后透水系數(shù)均穩(wěn)定小于1 mm/s，堵塞曲線尾部收斂。而土顆粒組堵塞曲線尾部出現(xiàn)小范圍離散情況，初始透水系數(shù)為14.02，11.52 和4.85 mm/s 的透水變化曲線堵塞結(jié)束后分別穩(wěn)定于1.15，1.62和0.55 mm/s。結(jié)合土顆粒過篩率，土顆粒中的粉塵占比高，穿透性強(qiáng)，微小顆粒隨水流流出后，堵塞材料質(zhì)量減少，透水路徑曲折程度降低，這導(dǎo)致堵塞效果出現(xiàn)小范圍離散。試驗(yàn)結(jié)果說明透水變化曲線尾部離散程度能用于反映堵塞材料中微小顆粒的占比。

3.3 透水堵塞與恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果分析

不同堵塞材料作用下堵塞清洗循環(huán)次數(shù)與透水系數(shù)的關(guān)系如圖13所示，擬合趨勢(shì)見圖13右上角子圖。由于透水系數(shù)離散較大，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均為3組數(shù)據(jù)平均值。各堵塞組在經(jīng)過第一次堵塞恢復(fù)后，出現(xiàn)明顯的透水損失，而后隨堵塞次數(shù)增加，透水系數(shù)整體呈下降趨勢(shì)，部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)處有回升現(xiàn)象。這主要是因?yàn)橥杆嚰?nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清潔效果無法達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

石粉堵塞組，如圖13(a)所示，高壓水槍清洗后透水系數(shù)達(dá)到6.55～10.2 mm/s，平均透水系數(shù)為8.34 mm/s；真空抽吸清潔后透水系數(shù)為5.81～8.62 mm/s。平均透水系數(shù)為7.39 mm/s；清水清洗后透水系數(shù)為3.41～9.34 mm/s，平均透水系數(shù)6.56 mm/s。整體上，高壓水槍對(duì)石粉顆粒的清洗效果比真空抽吸與清水沖洗的優(yōu)，清水沖洗清洗效果最差。在石粉顆粒組，3種清洗方式清洗均出現(xiàn)透水系數(shù)先下降后回升的現(xiàn)象，清水組最為明顯。

水泥砂漿堵塞組，如圖13(b)所示。高壓水槍組恢復(fù)效果明顯比真空抽吸清潔的優(yōu)，清水沖洗效果最差。高壓水槍清洗、真空抽吸清潔與清水沖洗后，平均透水系數(shù)分別為7.29，5.35和4.74 mm/s。各組恢復(fù)效果比石粉組的低，水泥砂漿顆粒與石粉顆粒相比更不容易被清洗。

圖13 透水系數(shù)與堵塞清洗循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系Fig.13 Relationship between permeability coefficient and plugging cleaning cycles

土顆粒堵塞組，如圖13(c)所示。清水沖洗達(dá)到與高壓水槍清洗相同的恢復(fù)效果，平均透水系數(shù)均為7.83 mm/s。真空抽吸清潔土顆粒時(shí)，效果極差。這主要是因?yàn)橥令w粒具有很好的黏性，經(jīng)水溶液浸泡與加熱風(fēng)干處理后，土顆粒之間重新排列，凝結(jié)成塊，附著在試件表層。石粉顆粒與水泥砂漿顆粒風(fēng)干后成粉狀，黏性較差，更容易被清潔。

不同清洗方式作用下堵塞次數(shù)與透水系數(shù)的關(guān)系如圖13(d)，(e)和(f)所示?？梢?，清水沖洗、真空抽吸清潔和高壓水槍清洗條件下，3組透水系數(shù)平均方差為4.06%，0.825%和1.81%。真空抽吸清潔效果最穩(wěn)定，清水沖洗恢復(fù)效果離散最大。清水沖洗恢復(fù)效果，土顆粒效果比水泥砂漿與石粉顆粒的優(yōu)；真空抽吸處理時(shí)，石粉顆粒清潔效果比水泥砂漿顆粒的略好，土顆粒難以被清潔；高壓水槍清洗不同顆粒堵塞，均達(dá)到較好的清潔效果，平均透水恢復(fù)率為59%。

4 結(jié)論

1)透水混凝土內(nèi)部，孔隙主要集中分布在透水試件中部、上部區(qū)域。20 mm 深度與40，60 和80 mm深度相比，2D平面孔隙率高10%。

2)透水系數(shù)離散性較大，標(biāo)準(zhǔn)差為18.07。同批試件透水系數(shù)離散情況服從正態(tài)分布，隨試件透水試件質(zhì)量增加，透水系數(shù)呈下降趨勢(shì)，利用自然對(duì)數(shù)擬合該規(guī)律效果最好。

3)透水系數(shù)為10～15 mm/s 的透水試件，在石粉顆粒、水泥砂漿顆粒、土顆粒堵塞作用下，每10 g 堵塞劑將造成30%～50%的透水損失。首次堵塞透水系數(shù)損失最嚴(yán)重。

4)由石粉顆粒與水泥砂漿顆粒造成的堵塞，高壓水槍清洗效果優(yōu)于真空抽吸清潔效果，清水沖洗恢復(fù)效果最差。土顆粒造成的堵塞，不宜使用真空抽吸，僅用清水沖洗就能達(dá)到與高壓水槍相同的恢復(fù)效果。

5)對(duì)透水試件清潔時(shí)，真空抽吸清潔效果最穩(wěn)定，清水沖洗恢復(fù)效果變化幅度最大。