透水路面鋪裝的應(yīng)用研究

 

隨著城市內(nèi)澇的凸顯，海綿城市建設(shè)進(jìn)程不斷被加快推進(jìn)。據(jù)有關(guān)研究表明，采用透水鋪裝的路面或廣場，雨水的滲透率可由20%以下提升到70%以上，因而在海綿城市建設(shè)過程中，城市道路廣場往往通過透水鋪裝來增加雨水的滲透率，同時(shí)滲透過程中還能有效降低雨水徑流中的污染物，補(bǔ)充地下水源，實(shí)現(xiàn)水資源的有效利用。

 

透水鋪裝是實(shí)現(xiàn)雨水自然滲透地下的重要手段之一，同時(shí)也是海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。通過鋪設(shè)透水磚、透水混凝土、砂基等透水材料，大大增加了雨水的滲透率，減少雨水徑流的匯集和積存，有效緩解城市內(nèi)澇，解決了由于城市化硬質(zhì)路面帶來的各種問題，破解城市“不會呼吸的痛。”

 

一、常見的3種透水鋪裝

 

建設(shè)海綿城市，必不可少的是利用透水性材料。透水性材料能充分發(fā)揮自身的優(yōu)點(diǎn)，使雨水能更好的進(jìn)行存儲、滲透，并能對徑流雨水中不同種類的污染物有一定程度的凈化作用，滿足海綿城市對材料的要求。因此，透水性材料被廣泛研究。透水性材料主要包括三種：透水瀝青混凝土(a)、透水混凝土(b)和透水磚(c)，如圖1所示。



透水瀝青混凝土，選配具有一定級配組成的骨料與一定比例的路用瀝青材料混合，然后利用瀝青攤鋪機(jī)、壓路機(jī)完成。其孔隙率比透水磚大些，壓實(shí)后的透水瀝青混凝土路面孔隙率可達(dá)20%，透水系數(shù)＞0.5mm/s。比較完整性，無裂紋。但由于其孔隙率高，在使用過程中，其空隙很容易被堵塞，故需要定期維護(hù)，維護(hù)成本也較高。

 

透水混凝土，以水泥、骨料為主要原料，輔加一些外加劑（如減水劑、增強(qiáng)劑等）在水的拌制而形成的多孔混凝土。其依靠骨料間的孔隙而實(shí)現(xiàn)透水，透水系數(shù)＞0.5mm/s。通常可以在其中可以加入一些顏料，使其達(dá)到色彩斑斕的效果。其完整性較好，結(jié)構(gòu)簡單。但也容易堵塞。另外，遇空氣或者土壤中的水汽，硅酸根離子會發(fā)生水解，生產(chǎn)的氫氧根會與金屬離子形成溶解度較小的氫氧化物，當(dāng)遇到氣溫升高，水蒸氣蒸發(fā)，氫氧化物會析出，日積月累，透水混凝土表面會發(fā)生泛白、甚至起皮或脫落，也就是所稱的泛堿現(xiàn)象。另外由于強(qiáng)度有限，透水混凝土只適合輕載運(yùn)輸。

 

普通水泥基透水磚，以無機(jī)非金屬為主要原料，通過成型等工藝處理后制成，具有較大滲透性能的鋪地磚。其透水系數(shù)＞0.1mm/s。優(yōu)點(diǎn)是低成本，維護(hù)簡單。但是其透水性差，完整性差，僅適合輕載運(yùn)輸。

 

二、砂基透水鋪裝解析

 

砂基透水磚，作為透水磚中的一種，因其綜合性能好備受青睞。根據(jù)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《砂基透水磚》（JGT376-2012），是以硅砂為主要骨料或面層骨料，以有機(jī)粘結(jié)劑為主要粘結(jié)材料，經(jīng)免燒結(jié)成型工藝后制成，具有透水功能的路面磚。此外，還包括一些主要性能：透水速率≥1.5 mL/(min·cm2)，透水時(shí)效≥10次，濾水率≥90%，防滑性BPN≥70，保水率≥0.06 g/cm3，磨坑深度≤35mm，以及較好的耐候性（外觀無破壞，色差≥3級）。砂基透水磚的使用一方面可以在礦石資源日益缺乏的情況下，將沙漠砂作為廉價(jià)的建筑材料，另一方面對我國大面積沙漠治理，沙漠變廢為寶非常有利。砂基透水路面可以使用砂基透水磚鋪裝而成，或是由砂基透水材料現(xiàn)澆而成，其應(yīng)用非常廣泛。



砂基透水路面是一種經(jīng)合金化的高分子粘結(jié)劑與精致石英砂混合壓實(shí)的路面，具有高強(qiáng)度和高耐久性、表面多孔且細(xì)密，透水率高。被廣泛應(yīng)用在各大商場、公園等。如圖2和3。在東原湖山樾，中航小鎮(zhèn)、悅來會展城、成都上都陽光和龍湖時(shí)代天街等公園、商場、馬路都鋪裝有砂基透水材料。其廣泛的應(yīng)用，不僅美化了城市，為人們帶來便利，還有助于建設(shè)海綿城市，構(gòu)建和諧可持續(xù)發(fā)展社會。



透水時(shí)效性長

 

傳統(tǒng)透水混凝土依靠重力式透水，必然需要大量貫通孔徑存在才能保證透水率，因此塵埃極易深入孔洞并堵塞全截面而造成無法清洗恢復(fù)；而砂基透水路面因其并不依靠重力式透水，內(nèi)部孔徑<1μm，塵埃無法進(jìn)入透水結(jié)構(gòu)內(nèi)部，有效的解決了上述問題，如圖2是砂基透水路面使用情況，一年后，雖然表面很臟，對其進(jìn)行簡單清洗，依然能煥然如新，保持良好的透水性能。



結(jié)構(gòu)決定性能，性能決定用途，所以從砂基透水材料的結(jié)構(gòu)和組成來看。砂基透水路面是利用高分子樹脂（如圖5(a)）作為粘合劑，均勻的包裹在沙粒的表面，利用樹脂膠自身的特性，通過其自身的化學(xué)反應(yīng)生成大量三維網(wǎng)狀的親水性基團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)破壞水的表面張力，賦予其極強(qiáng)的排水、濾水功能。



實(shí)踐是用來檢驗(yàn)真理，對砂基透水材料進(jìn)行透水性測試，按照混凝土磚的檢測方法，如圖5(b)。自排濾水地面系統(tǒng)透水系數(shù)可達(dá)到5mm/s，是國家標(biāo)準(zhǔn)的10倍。而真實(shí)降雨的情況下，其透水效率會更高，因?yàn)槠浔旧聿⒉灰揽靠紫锻杆?，核心性能在于能夠破壞水的表面張力，?shí)現(xiàn)以分子膜鋪展?jié)B透基體。

 

濾水性能強(qiáng) 接近凈水器標(biāo)準(zhǔn)

 

為了檢測砂基透水材料對污水的凈化作用及過濾孔徑大小。通過對不同固含量，不同物質(zhì)、不同粒徑粉體過濾前后的粒度分布測量，判定材料過濾孔徑的大小。如圖6，試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)1.0 μm以內(nèi)的過濾，接近于凈水器的標(biāo)準(zhǔn)。



良好的裝飾性

 

凝膠材料以其獨(dú)特的性能，可以通過加各種顏料，按一定的比例配制出各種鮮艷色彩的砂基透水材料，完全達(dá)到彩色漆的水平，如圖7，表明其具有較好的裝飾性。



抗折抗壓 耐磨防滑

 

對砂基透水材料還進(jìn)行關(guān)鍵物理性能測試，包括抗壓、抗折和耐磨性能測試。如圖8。通過測試，其結(jié)果都能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，表明具有良好的物理性能，可用于路面的鋪裝。



后期易維護(hù)

 

砂基濾水路面由于其表面較致密，絕大部分泥塵無法進(jìn)入其內(nèi)部孔隙。泥塵會板結(jié)于表面之上，可以利用高壓水槍沖洗產(chǎn)生的反涌作用能方便的清洗。


砂基透水路面區(qū)別于普通水泥路面和瀝青路面， 砂基本身具有耐酸、耐堿、耐溶劑的特性，因此對于不同的污染物可以采取不同的措施，以獲得最佳的清理效果。

 

由于底層透水混凝土是堿性的，因此不宜采用酸性過強(qiáng)的清洗劑，宜采用中性或堿性的清洗劑。對表面因水泥等堿性硬化物造成污染的，也可以采用鹽酸清洗， 但清洗后需盡快沖洗表面干凈，減少酸性在底層混凝土上的停留時(shí)間。

 

由于整個(gè)路面是透水結(jié)構(gòu)，普通的水溶液清潔劑易透過表面直接流走，容易造成清浩劑浪費(fèi)，因此宜購買市場上增稠過的清潔劑，或在水溶液、有機(jī)溶劑中加入增稠劑即可，這樣可以將更多的清潔劑作用在受污染區(qū)域， 提高清潔效果和節(jié)省清潔材料。

 

目前常見的清理方法如下：



三、砂基透水路面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 

對于透水路面的設(shè)計(jì)，必須滿足以下要求：1，必須具備高透水性；2，必須具備優(yōu)良的抗凍性；3，必須有藝術(shù)裝飾效果；3，能降低噪音；5，整體穩(wěn)定性好；6，安全性能好；7，能調(diào)節(jié)空氣溫濕度，緩解熱島效應(yīng)。為此，預(yù)設(shè)的透水鋪裝路面，基本包括三層。如圖9，包括土基、透水混凝土和透水面層。在雨天時(shí)，雨水能從透水面層和基層滲透進(jìn)入土層中，積累起來。而到了晴天熱天，太陽出來時(shí)，水分可以從土層穿過透水基層和面層，蒸發(fā)到空氣中，并帶走部分熱量，緩解部分熱島效應(yīng)。



根據(jù)實(shí)際的需求，透水鋪裝路面往往復(fù)雜得多。根據(jù)不同的需求，對透水路面的鋪裝結(jié)構(gòu)可分為三類，第一類是人行路面——全透水結(jié)構(gòu)路面，它由路床（素土夯實(shí)）、15 cm級配碎石層、10 cm C20透水混凝土和0.5～1cm高強(qiáng)飾面濾水層組成，此結(jié)構(gòu)適用于人行道、非機(jī)動車道、景觀硬地等；而濕陷性黃土、鹽漬土、砂性土不應(yīng)使用本結(jié)構(gòu)。第二類是輕型荷載路面——半透水結(jié)構(gòu)路面，是由路基（素土夯實(shí)，壓實(shí)度>90%）、15 cm C15混凝土層、8 cm C20透水混凝土和0.5～1cm高強(qiáng)飾面濾水層組成，此結(jié)構(gòu)適用于輕型荷載（不小于軸載4噸）的路面、停車場、廣場等；且濕陷黃土、鹽漬土、砂性土不應(yīng)使用本結(jié)構(gòu)。第三類是中型荷載路面——半透水結(jié)構(gòu)路面，是由路基（素土夯實(shí)，壓實(shí)度>90%）、15 cm水泥穩(wěn)定碎石層、12 cm C20透水混凝土基層、8 cm C20透水混凝土和0.5～1cm高強(qiáng)飾面濾水層組成，此結(jié)構(gòu)適用于軸載6噸以下城鎮(zhèn)道路、停車場、廣場、小區(qū)道路；且使用基層不透水結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)設(shè)置排水措施。此三種設(shè)計(jì)鋪裝結(jié)構(gòu)組合均應(yīng)符合CJJ/T135-2009規(guī)范要求。



圖10三種常見透水路面鋪裝結(jié)構(gòu)：(a)人行路面——全透水結(jié)構(gòu)路面；(b)輕型荷載路面——半透水結(jié)構(gòu)路面；(c)中型荷載路面——半透水結(jié)構(gòu)路面

 

隨著海綿城市建設(shè)工程的快速推進(jìn)，砂基透水路面鋪裝因其透水性好透水時(shí)效長、抗折耐壓、防滑耐磨、抗凍融耐老化、易清洗維護(hù)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型市政工程項(xiàng)目。先后被用于武漢長江右岸大道、武漢軍運(yùn)會體育中心開閉幕式場館、保利軍運(yùn)會運(yùn)動員村、北京世界園藝博覽會等項(xiàng)目。未來將會在城市地面鋪裝得到越來越廣泛的應(yīng)用！