为研究直通孔孔径、积水深度和水平径流速度对新型自密实透水混凝土(NSPC)抗堵塞性能的影响规律, 测试了堵塞和高压水枪冲洗后NSPC的透水系数, 并基于堵塞物被直通孔道捕获的概率建立了NSPC堵塞模型。结果表明, NSPC堵塞循环后的透水系数随直通孔孔径增加而增大, 当直通孔孔径与堵塞物粒径之比大于5时, 堵塞物形成的颗粒流仍会造成NSPC堵塞。积水深度的升高会降低NSPC堵塞后的透水系数, 水平径流速度对NSPC的透水系数影响较小, 但会延迟透水系数降低的时间。高压水枪清洗后NSPC的透水系数恢复率最高可达到85%。建立的NSPC堵塞模型能够预测直通孔道内堵塞物质量和透水系数衰减率的变化规律。

透水混凝土具有显著的孔隙特征，可有效缓解城市内涝，涵养地下水系。针对透水混凝土由孔隙大导致的抗压强度低等问题，采用矿物掺合料替代部分水泥作胶凝材料，能够实现降低生产成本并提高抗压强度的目的。本文以粉煤灰、矿渣、偏高岭土等固体废弃物为掺合料，通过抗压强度、透水性能测试分析矿物掺合料单掺、复掺、三掺对透水混凝土性能的影响，并探究其水化机理。结果表明：复掺以及三掺体系的透水混凝土力学性能明显优于单掺体系；当三掺体系粉煤灰、矿渣、偏高岭土掺量分别为15%(质量分数，下同)、15%、10%时，透水混凝土性能最佳，抗压强度达22.1 MPa，孔隙率和透水系数分别为14.3%、3.27 mm/s，满足行业标准。

针对有机污染物和无机金属离子复合地下水污染源的阻截问题, 本文提出了一种以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为改性剂的地质聚合物阻截墙材料设计方法, 并研究了改性剂掺加量对地质聚合物渗透系数、兼容性能、吸附能力及抗压强度的影响。结果表明: 改性地质聚合物在保持良好渗透系数、兼容性能及抗压强度的前提下, 对苯酚-六价铬复合地下水污染源表现出较高的吸附能力, 可作为一种经济有效的阻截墙材料; 当水玻璃掺量为8%(质量分数)、水玻璃模数为1.0、水灰比为0.30、CTAB掺加量为2.0%(质量分数)时, 样品渗透系数为4.61×10-8 cm/s, 抗压强度为6.25 MPa, 对苯酚和Cr(VI)的去除率可分别达57.51%和28.18%。此外, 随CTAB掺加量增大, 改性地质聚合物渗透系数、吸附能力呈上升趋势, 抗压强度则呈下降趋势, 试块表观均未出现劣化现象。

透水混凝土在缓解城市内涝、噪音效应和热岛效应等方面具有广泛的应用前景, 但多孔导致的强度偏低限制了其进一步推广应用。本文采用再生粗骨料和聚丙烯纤维配制高性能透水再生混凝土, 设计五因素四水平正交试验, 采用极差法分析水胶比、目标孔隙率、再生粗骨料取代率、粉煤灰掺量和聚丙烯纤维掺量对透水再生混凝土抗压强度、有效孔隙率、透水系数的影响规律。结果表明: 透水再生混凝土抗压强度影响因素的主次顺序为目标孔隙率>再生粗骨料取代率>水胶比>聚丙烯纤维掺量>粉煤灰掺量; 透水再生混凝土抗压强度最大为48.26 MPa, 此时透水系数为1.96 mm/s; 随着目标孔隙率的提高抗压强度呈线性下降的趋势; 40%再生粗骨料等质量取代天然粗骨料后, 透水再生混凝土的抗压强度达到28.7 MPa, 提高119.08%, 透水系数增加9.44%; 掺入0.11%体积掺量的聚丙烯纤维后透水再生混凝土的抗压强度达到27.4 MPa, 提高幅度为10.48%, 而且透水性能不会降低。研究结果可以为高性能透水再生混凝土的制备提供依据。

利用固体废弃物制备透水材料是海绵城市发展新方向, 而力学性能差成为固废基透水材料应用的难点之一。为解决该问题, 设计了一类用铁尾矿砂作为骨料, 环氧树脂作为胶凝材料的聚合物透水材料, 研究了环氧树脂含量对透水材料力学性能和透水性能的影响, 并探讨了纳米SiO2、TiO2、Al2O3和硅烷偶联剂KH-560等有机-无机材料对透水材料力学性能的影响。结果表明: 当环氧树脂质量分数为6%时, 可以得到兼顾力学性能和透水性能的透水材料, 抗压、抗折强度和透水速率分别为17.5 MPa、5.3 MPa和1.12 mm/s; 同时, 当纳米SiO2、TiO2、Al2O3的添加量分别为环氧树脂的3%、4%、4%(质量分数)时, 对透水材料力学性能的提升分别为33.1%、30.5%、28.6%, 其原因是纳米粒子在透水材料受压过程中会吸收树脂基体中的部分能量, 抑制或消除树脂中微裂纹的扩散; 当硅烷偶联剂KH-560的添加量为环氧树脂的0.9%(质量分数)时, 透水材料的强度可提升36.5%。SEM和FTIR分析表明, 硅烷偶联剂KH-560对改善铁尾矿砂与环氧树脂界面具有显著作用。该研究对研发高性能的固废基透水材料具有重要意义。

为提高土-膨润土(SB)隔离屏障的渗透性及其对苯酚的吸附效果, 制备一种聚丙烯酰胺改良土-膨润土(PSB)。研究聚丙烯酰胺掺量、苯酚浓度、干湿作用、冻融作用对PSB隔离屏障渗透系数的影响及对苯酚的吸附效果, 并从微观层次揭示其作用机理。结果表明: 苯酚浓度对PSB隔离屏障渗透系数没有影响; 干湿作用下PSB隔离屏障渗透系数增加但仍保持在同一个数量级, 而冻融作用下隔离屏障渗透系数增大1~2个数量级; 聚丙烯酰胺可使干湿、冻融作用下隔离屏障的渗透系数有所降低,即可有效抑制干湿、冻融的破坏作用; 掺加0.7%(质量分数)聚丙烯酰胺的PSB隔离屏障对苯酚的吸附率可达69%以上, 相比SB隔离屏障吸附率约提高50%, 且随着苯酚污染液浓度增加, 吸附率逐渐提高。该研究可为苯酚污染的隔离与封闭提供理论依据与参数支持。

超高性能透水混凝土(UHPPC)是海绵城市建设过程中不可或缺的重载道路铺装材料, 但韧性不足是UHPPC重载铺装易于开裂的主要原因。本文通过引入碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维和聚乙烯(PE)纤维, 制备了新型混杂纤维增强UHPPC材料, 研究了其抗压强度、透水能力和弯曲性能。研究发现, 添加PVA纤维或PE纤维均能够提高UHPPC的抗压强度、抗弯强度和极限挠度, 且PVA纤维的提升效果优于PE纤维。与单掺PVA纤维或PE纤维相比, 混杂使用碳酸钙晶须则进一步地提高了UHPPC的抗压强度、抗弯强度和极限挠度, 与PE纤维与碳酸钙晶须混杂相比, PVA纤维混杂碳酸钙晶须对UHPPC抗压强度、抗弯强度、极限挠度和裂缝开展模式的改善效果最佳。但是, 添加PVA纤维或PE纤维均降低了UHPPC的透水系数, 而引入碳酸钙晶须则进一步加剧了透水系数的降低效果, 尤其是混杂使用PVA纤维和碳酸钙晶须, UHPPC透水系数的下降最为明显, 但依然达到了1.05 mm/s, 满足工程使用要求。

研究脉冲超声强度为0~0.8 W/cm²时的不同强度超声对在体的人皮肤中甘油溶液的渗透性和光穿透深度的影响。实验采用光学相干断层扫描（OCT）成像技术做定量连续的测量。研究结果表明，脉冲超声强度为0~0.8 W/cm²时，超声具有加速甘油溶液渗透、增强光穿透皮肤的能力，且皮肤的光透明效果随超声强度的增加而增大。以仅施加甘油溶液的样品为对照组，而施加超声作用及甘油溶液的样品为实验组。实验组和对照组的比较结果表明，在分别经超声强度为0.2，0.4，0.6，0.8 W/cm²的超声处理的人体皮肤中，15%甘油的平均渗透系数与仅施加15%甘油处理的人体皮肤相比分别增加了2.6%，9.5%，14.7%，19.8%。脉冲超声处理的30%甘油在人体皮肤中的渗透系数分别高于仅施加30%甘油处理的对照组3.7%，12%，16.7%，22.2%。结论表明，应用强度为0.2~0.8 W/cm²的超声，甘油的平均渗透系数随超声强度的增加而增加。

为提高多孔质材料渗透系数的理论计算精度, 本文基于分形理论建立了渗透系数求解模型, 并基于图像处理优化了分形维数的求解方法。首先, 利用扫描电子显微镜拍取4种多孔材料表面图像后, 使用盒维法求解分形维数并研究多孔材料图像大小和放大倍数对分形维数求解准确性的影响。其次, 基于气体Darcy定律、分形理论及修正的Hagen-Poiseulle气体方程建立了无修正系数的渗透系数求解方程, 从而完善了多孔材料分形理论计算公式。最后搭建渗透系数测量平台, 基于流动状态的判定结果, 验证了理论推导的正确性。结果表明: 图像越大、放大倍数越低, 分形维数越趋近于真实值; 通过建立材料的最大孔径、最小孔径、迂曲度及分形维数与渗透系数间的无经验参数的理论关系, 可使渗透系数理论计算值更加准确。通过对比渗透系数理论计算值及实验值可知, 误差值为5%～8%, 满足材料渗透系数测量的误差要求。本文研究为材料渗透系数的准确获取提供了新的途径。

为了能通过识别沥青路面在雨天饱水后的表面温度差异性对其透水性进行评价，首先 对路表温度场与透水性的相关性进行分析，然后基于高速红外调制探头等硬件以及红外路表测温、信号转换和 色谱绘制等软件系统，开发了一种该领域内首台连续测速达到100 km/h的沥青路面透水性红外差热检测仪。研究结果表明， 通过用红外测温技术检测的路面温度差异度对沥青路面透水性进行评价是可行的。与传统的定点式渗水仪相比， 红外透水性检测仪的检测效率提高了50倍，相关系数达到0.8985。该仪器与智能型雾封层洒布车共享路面透水性数据信息，形 成了成套的沥青路面透水性处治技术。此外，配套的高速公路沥青路面透水性评价标准(2008/04007)足以满足中国不 同区域和各种等级公路的检测要求。