微生物强化再生透水混凝土渗透及径流净化性能试验研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0165

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (8): 2944-2955.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0165

微生物强化再生透水混凝土渗透及径流净化性能试验研究

陈民利¹(), 覃潇²(), 辛向裕², 张浩林², 林永康³

^1.佛山市城市规划设计研究院有限公司，佛山 528000
^2.佛山大学土木与交通学院，佛山 528225
^3.佛交科天诺（广东）材料有限公司，佛山 528225

收稿日期:2026-02-20 修订日期:2026-04-06 出版日期:2026-08-15 发布日期:2026-09-01
通信作者: 覃潇，博士，副教授。E-mail：qinnao@fosu.edu.cn
作者简介:陈民利（1978—），女，高级工程师。主要从事给排水设计与海绵城市的研究。E-mail：417838968@qq.com
基金资助:
广东省基础与应用基础研究基金青年提升项目(2024A1515030113);佛山市自筹经费类科技创新项目(2520001003028);广东省普通高校自然科学类重点领域项目(2025ZDZX4057);国家自然科学基金青年项目(51908130)

Experimental Study on Permeability and Runoff Purification Performance of Microbial Enhanced Recycled Pervious Concrete

CHEN Minli¹(), QIN Xiao²(), XIN Xiangyu², ZHANG Haolin², LIN Yongkang³

^1.Foshan Urban Planning and Design Research Institute Co. ，Ltd. ，Foshan 528000，China
^2.School of Civil Engineering and Transportation，Foshan University，Foshan 528225，China
^3.Fojiaoke Tiannuo （Guangdong） Materials Co. ，Ltd. ，Foshan 528225，China

Received:2026-02-20 Revised:2026-04-06 Published:2026-08-15 Online:2026-09-01

摘要/Abstract

摘要：

采用微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术修复再生骨料用于透水混凝土路面，可有效避免物理或化学修复造成的骨料损伤、环境污染等问题。本文研究了再生骨料掺量和设计孔隙率对再生透水混凝土透水性能及孔隙特性的影响规律；通过径流污染物动态吸附试验，深入探索了骨料修复前、后透水混凝土对径流重金属污染物净化效能的周期性演变特征；借助扫描电子显微镜联合能量色散谱（SEM-EDS）进一步分析了混凝土孔壁表面残留元素的分布特征与相对含量，并从微观层面揭示了净化机理，进而实现了有效工程应用。结果表明：随着再生骨料掺量的增大，强化后混凝土的透水系数和连通孔隙率与强化前的差值均增加，当掺量为50%（体积分数）时，透水系数和连通孔隙率相比强化前分别降低了31.51%和15.15%，归因于生物CaCO₃对骨料缺陷的填充作用；生物CaCO₃将透水混凝土对Zn²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺的初始净化率提升至35%~80%，对Zn²⁺的吸附效果最佳，其次是Cr³⁺和Pb²⁺；骨料表面的生物CaCO₃能够与径流中的重金属离子发生离子交换和表面化学络合，显著提升重金属元素在混凝土孔壁表面的残留量，并呈现局部富集特征，具备优良的净化效能。

关键词: 微生物矿化, 再生透水混凝土, 透水性能, 径流污染, 重金属离子, 净化机理

Abstract:

Using microbial-induced carbonate precipitation （MICP） technology to repair recycled aggregate for pervious concrete pavement can effectively avoid aggregate damage and environmental pollution caused by physical or chemical repair. In this paper， the influences of recycled aggregate content and design porosity on the permeability and pore characteristics of recycled pervious concrete were studied. Through the dynamic adsorption test of runoff pollutants， the periodic evolution characteristics of the purification efficiency of pervious concrete on heavy metal pollutants in runoff before and after aggregate repair were deeply explored. With the help of scanning electron microscopy combined with energy dispersive spectroscopy （SEM-EDS）， the distribution characteristics and relative content of residual elements on the surface of concrete pore wall were further analyzed， and the purification mechanism was revealed from the micro level， so as to realize effective engineering application. The results show that with the increase of recycled aggregate content， the permeability coefficient and connected porosity difference between concrete after strengthening and before strengthening increases. When the content is 50% （volume fraction）， the permeability coefficient and the connected porosity are reduced by 31.51% and 15.15% respectively compared with those before strengthening， which is attributed to the filling effect of biological CaCO₃ on aggregate defects. The initial purification rate of Zn²⁺， Cr³⁺ and Pb²⁺ by pervious concrete is increased to 35% to 80% by biological CaCO₃， and the adsorption effect of Zn²⁺ is the best， followed by Cr³⁺ and Pb²⁺. The biological CaCO₃ on the aggregate surface can undergo ion exchange and surface chemical complexation with heavy metal ions in the runoff， significantly increasing the residual amount of heavy metal elements on the surface of the concrete pore wall， and showing local enrichment characteristics， with excellent purification efficiency.

Key words: microbial mineralization, recycled pervious concrete, water permeability, runoff pollution, heavy metal ion, purification mechanism

中图分类号:

U414

陈民利, 覃潇, 辛向裕, 张浩林, 林永康. 微生物强化再生透水混凝土渗透及径流净化性能试验研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(8): 2944-2955.

CHEN Minli, QIN Xiao, XIN Xiangyu, ZHANG Haolin, LIN Yongkang. Experimental Study on Permeability and Runoff Purification Performance of Microbial Enhanced Recycled Pervious Concrete[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(8): 2944-2955.

图/表 15

表1 液体培养基组成

Table 1 Composition of liquid medium

Material	Casein peptone	Soy peptone	NaCl	Deionized water	Agar	Urea
Concentration/（g·L^-1）	15	5	5	1 000	20	20

表2 再生骨料和天然骨料性能指标

Table 2 Performance indexes of recycled aggregate and natural aggregate

Type	Water absorption/%	Apparent density/（kg·m^-3）	Crush value/%	Needle flake aggregate content/%	Soil content/%
Recycled aggregate	12.81	2 335	28.23	9.8	1.8
Natural aggregate	1.08	2 749	19.75	9.5	0.8

图1 菌液培育过程

Fig.1 Cultivation process of bacteria solution

图2 再生骨料浸泡修复过程

Fig.2 Immersion repair process of recycled aggregate

表3 再生透水混凝土试验配合比 (kg·m-3)

Table 3 Test mix proportion of recycled pervious concrete

Sample No.	Aggregate		Cement	Silica fume	Water	Water reducing agent	Thickening agent
Sample No.	Recycled aggregate	Natural aggregate	Cement	Silica fume	Water	Water reducing agent	Thickening agent
（M）RA-D20%	1 261.46	255.98	414.58	26.46	110.26	4.41	4.41
（M）RA-D30%	1 103.77	383.96	419.61	26.78	111.60	4.46	4.46
（M）RA-D40%	946.09	511.95	424.63	27.10	112.93	4.52	4.52
（M）RA-D50%	788.41	639.94	429.66	27.43	114.27	4.57	4.57
（M）RA-V15%	1 103.77	383.96	468.86	29.93	124.70	4.99	4.99
（M）RA-V18%	1 103.77	383.96	419.61	26.78	111.60	4.46	4.46
（M）RA-V21%	1 103.77	383.96	370.36	23.64	98.50	3.94	3.94
（M）RA-V24%	1 103.77	383.96	321.11	20.50	85.40	3.42	3.42

表4 再生透水混凝土28 d力学性能

Table 4 Mechanical properties of recycled pervious concrete on 28 d

Sample No.	Flexural tensile strength/MPa	Split tensile strength/MPa	Compressive strength/MPa
（M）RA-D20%	（1.71）1.68	（1.96）1.81	（16.84）15.75
（M）RA-D30%	（1.74）1.57	（1.93）1.72	（16.61）14.25
（M）RA-D40%	（1.65）1.30	（1.66）1.27	（15.11）12.33
（M）RA-D50%	（1.34）1.06	（1.24）0.87	（11.37）8.65
（M）RA-V15%	（1.91）1.70	（2.14）1.88	（18.56）16.05
（M）RA-V18%	（1.74）1.57	（1.93）1.72	（16.61）14.25
（M）RA-V21%	（1.32）1.13	（1.63）1.36	（13.73）11.24
（M）RA-V24%	（0.88）0.74	（1.15）0.93	（8.23）6.58

表5 佛山市某区域重金属污染元素特征数据

Table 5 Characteristic data of heavy metal pollution elements in a certain area of Foshan

Pollution element	Suspended solids （SS）	Total phosphorus （TP）	Total nitrogen （TN）	Pb²⁺	Zn²⁺	Cr³⁺
Concentration/（mg·L^-1）	500	0.341	2.619	1.235	4.715	0.985

图3 透水混凝土径流污染性能测试设备

Fig.3 Test equipment for runoff pollution performance of pervious concrete

图4 再生骨料掺量对透水系数及连通孔隙率的影响

Fig.4 Effect of recycled aggregate content on permeability coefficient and connected porosity

图5 设计孔隙率对透水系数及连通孔隙率的影响

Fig.5 Effect of design porosity on permeability coefficient and connected porosity

图6 不同降雨循环周期下再生透水混凝土对重金属离子的净化率

Fig.6 Purification rate of heavy metal ions by recycled pervious concrete under different rainfall cycles

图7 矿化CaCO3对Zn2+、Cr3+、Pb2+的吸附效率

Fig.7 Adsorption efficiency of mineralized CaCO3 for Zn2+， Cr3+ and Pb2+

图8 净化前、后再生透水混凝土孔壁残留元素分布特征

Fig.8 Distribution characteristics of residual elements in pore wall of recycled pervious concrete before and after purification

图9 透水路面蓄水模块和水采集点

Fig.9 Water storage module and water collection point of pervious pavement

表6 水质实测数据

Table 6 Water quality data

Measuring point	Concentration of heavy metal ion/（mg·L^-1）
Measuring point	Pb²⁺	Zn²⁺	Cr³⁺
Road surface runoff water	0.37	3.82	0.125
Water stored in storage module	0.02	0.41	Non be detected

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微生物强化再生透水混凝土渗透及径流净化性能试验研究

Experimental Study on Permeability and Runoff Purification Performance of Microbial Enhanced Recycled Pervious Concrete

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