在寒冷地區(qū)，透水磚的使用壽命深受凍融循環(huán)的考驗。水在低溫下結(jié)冰體積膨脹，會對透水磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)大壓力，造成開裂、剝落等問題。當(dāng)春天冰雪融化，水分再次滲入磚體孔隙，到了冬季又重復(fù)凍結(jié)過程，如此周而復(fù)始的凍融循環(huán)，極大地縮減了透水磚的正常使用年限，嚴(yán)重影響城市道路、廣場等基礎(chǔ)設(shè)施的美觀與安全 。為突破這一困境，材料改性成為關(guān)鍵路徑。
從材料配方角度來看，在水泥中添加引氣劑是較為常見且有效的方法。引氣劑能夠在水泥漿體中引入微小、均勻分布的氣泡，這些氣泡如同一個個緩沖墊。當(dāng)水分結(jié)冰膨脹時，冰的膨脹空間得以在氣泡內(nèi)實現(xiàn)，從而有效減少對透水磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。研究表明，當(dāng)引氣劑摻量為水泥質(zhì)量的3% - 5%時，透水磚的抗凍性能可顯著提升，能夠承受更多次凍融循環(huán)而不出現(xiàn)明顯損壞。
在透水磚材料中加入纖維材料，比如聚丙烯纖維，也能顯著增強(qiáng)其抗凍性能。聚丙烯纖維可以提高透水磚的韌性，當(dāng)內(nèi)部因冰的膨脹產(chǎn)生應(yīng)力時，纖維能分散應(yīng)力，阻止裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展。同時，它還能抑制水分在磚內(nèi)遷移，降低結(jié)冰可能性。
除了外加劑，骨料的選擇與改良也至關(guān)重要。采用表面經(jīng)過特殊處理的骨料，如對骨料進(jìn)行憎水處理，能降低水分在骨料表面的附著和滲入，減少因骨料吸水導(dǎo)致的凍脹破壞。此外，利用廢棄陶瓷顆粒部分替代傳統(tǒng)骨料是一種創(chuàng)新思路。當(dāng)廢陶瓷顆粒摻加量控制在透水磚總質(zhì)量的60%時，不僅能改善透水磚的彈性模量，使其抗壓、抗折強(qiáng)度升高，抗凍性能也明顯優(yōu)于未摻加的水泥透水磚，還實現(xiàn)了資源的回收利用，符合環(huán)保理念。
在材料改性的實踐中，碳納米管增強(qiáng)水泥基透水磚是一個成功案例。通過十六烷基三甲基溴化銨對碳納米管進(jìn)行改性，再與硫酸鈉、三乙醇胺復(fù)配形成懸浮液添加到混凝土中。碳納米管在混凝土中發(fā)揮橋聯(lián)和拔出效應(yīng)，能有效延緩和阻止水泥基透水磚受到外界破壞，協(xié)同硫酸鈉進(jìn)一步提高抗壓抗折強(qiáng)度與抗凍性能 ，成功解決了水泥基透水磚強(qiáng)度不高、在嚴(yán)寒地區(qū)抗凍性差的難題，為寒區(qū)透水磚應(yīng)用提供了新方向。
