透水混凝土是海绵城市实现“渗、滞、蓄、用”功能的核心材料，但随海绵城市建设向寒冷地区推进，冬季反复冻融已成为制约其长期服役的关键瓶颈。近日，SIELab联合哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院、哈尔滨工业大学环境学院的科研团队在《Materials》期刊发表最新研究成果，系统揭示了透水混凝土在冻融循环作用下的性能退化规律与损伤机理。
研究团队制备了15%、20%、25%三种设计孔隙率的透水混凝土试件，开展了120次快速低温冻融循环试验，系统考察了孔隙率、质量损失、抗滑性能、透水性能与抗压强度的演化规律，并结合计算流体力学（CFD）数值模拟，分析了冻融过程中试件内部温度场与相变前沿的演化特征。结果表明，透水混凝土的冻融破坏是一个渐进过程：由水泥浆体剥落与微裂纹萌生，逐步发展为孔结构退化乃至局部骨架失效。经历120次冻融循环后，各组试件质量损失均低于1%，抗压强度下降5.5%～12.9%；但表面抗滑值（BPN）始终保持在70以上，透水功能基本完好，仍能满足寒冷地区道路的抗滑与排水要求。研究同时探索了孔隙率与强度损失、透水衰减与孔隙扩张之间的关系。数值模拟进一步表明，透水混凝土在冻结与融化过程中均呈现三阶段温度响应；孔隙率升高会降低材料有效导热系数、延长相变持续时间、放大内部温度梯度，从而加剧热-力耦合冻融损伤。研究指出，优化孔结构、适当降低设计孔隙率，是提升寒冷地区透水路面长期抗冻性与服役耐久性的核心措施。该成果为海绵城市透水路面的材料设计与耐久性评估提供了重要参考。
孙勇老师为该项成果的共同通讯作者。
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