黏土沉积物黏附主导的透水混凝土堵塞机制及渗透清洗下的恢复特性研究

针对透水混凝土因黏土沉积物黏附导致堵塞的关键问题，本研究通过5种浓度黏土悬浮液的黏附实验和静态压实试件堵塞实验，揭示了黏附率（单位面积质量黏附量）与浓度呈20倍正相关、干燥条件加剧残留黏附的规律，发现单次堵塞可使总孔隙率降低7%~28%，上部区域（0~60 mm）孔隙率减少超70%，而湿润条件下黏土易被渗透清洗清除。该研究为透水混凝土抗黏土堵塞设计及维护提供了定量依据。

　　

随着城市化进程加速，传统不透水路面引发的内涝和污染问题日益突出。透水混凝土（Pervious Concrete, PC）作为可持续雨水管理的关键材料，凭借15%~30%的高孔隙率和高达10 mm/s的渗透率，成为缓解城市水文问题的明星技术。然而，其"阿喀琉斯之踵"在于孔隙堵塞——尤其是黏土沉积物通过独特黏附机制引发的深层堵塞，这一现象与常规砂/粉砂基于颗粒-孔隙尺寸关系的堵塞机制截然不同。尽管前人研究已明确砂粒（>孔隙尺寸）造成表层堵塞、粉砂（0.6~0.8倍孔隙尺寸）引发内部堵塞的规律，但对黏土（<<>

针对上述空白，中国某研究团队在《Journal of Hydrology》发表的研究，创新性地采用本地贫黏土（Lean Clay）制备0.4~1.2 g/mL五梯度悬浮液，通过黏附率（Rate of Mass Adhered per Unit Area）量化评估、静态压实PC试件单次堵塞实验及15次渗透清洗循环（湿润/干燥交替），首次揭示了黏土黏附主导的堵塞三维空间分布规律及环境依赖性恢复特性。

关键技术方法包括：1）水置换法测定区域孔隙率（20.5%~34.6%垂直梯度）；2）变水头法测量渗透系数；3）设计黏附实验装置量化初始/残留黏附率；4）X射线断层扫描验证堵塞空间异质性；5）控制湿润（Wetting Set）与干燥（Drying Set）暴露条件模拟实际环境。

主要研究结果

1. 黏附特性
   最高浓度（1.2 g/mL）悬浮液初始黏附率达最低浓度（0.4 g/mL）的20倍。干燥暴露使残留黏附显著增强，干燥组残留黏附量比湿润组高3~5倍，揭示黏土"脱水固化"效应。

2. 堵塞空间分布
   黏附机制导致非均匀堵塞，上部0~60 mm区域孔隙率降幅超70%，而底部降幅不足30%。X射线显示黏土在孔隙颈部形成"桥接堵塞"，不同于砂粒的简单填充。

3. 渗透清洗效果
   湿润组黏土3次清洗即可清除90%以上，而干燥组仅能清除40%~60%。1.2 g/mL高浓度组干燥暴露后形成永久性堵塞，总孔隙率损失达28%。

结论与意义
该研究突破性地证明：黏土堵塞严重性不仅取决于浓度，更受环境暴露条件调控——干燥诱发"黏附强化效应"可导致不可逆堵塞，而湿润环境有利于维护性清洗。提出的黏附率指标为PC抗堵塞设计提供量化工具，上部60 mm"关键堵塞带"的发现指导了分层材料优化。研究结果对PC在干旱/半干旱地区的应用预警、暴雨多发区的维护周期制定具有直接工程价值，也为建立黏土-孔隙交互作用的多尺度理论模型奠定基础。