海绵城市建设透水铺装材料研究运用

2022-09-21 16:43:48 来源:写作指导

海绵城市建设透水铺装材料研究运用

【摘要】海绵城市是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的"弹性",也可称之为“水弹性城市”,是新一代城市雨洪管理概念。其中透水铺装是使硬化土壤实现海绵功能的重要手段。文章针对目前市面上常用的透水材料的性能等方面展开研究、分析,为以后透水材料的研究、应用提供方向。

【关键词】海绵城市;透水材料;透水混凝土;透水砖

1透水材料研究、发展的背景背景:

现代城市可持续发展———海绵城市建设。海绵城市是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”,也可称之为“水弹性城市”,是新一代城市雨洪管理概念。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。2013年中央城镇化工作会议,提出海绵城市十二字方针:自然积存、自然渗透、自然净化。2015年10月,国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》,提出了“到2030年城市建成区80%以上的面积达到将70%的降雨就地消纳和利用”的目标要求。四川省政府办公厅2016年2月印发了《关于推进海绵城市建设的实施意见》,根据《实施意见》,我省将统筹推进6类重点项目建设:努力推进海绵型建筑与住宅小区建设,抓好海绵型城市道路和广场建设工作,强化海绵型公园绿地建设,扎实开展公共服务设施海绵体建设,加强城市排水防涝设施建设,抓好城市水系的保护和修复工作。海绵城市建设六字方针“渗、蓄、滞、净、用、排”。构建海绵城市的第一步就是“渗”。可以避免地表径流,减少从水泥地面、路面汇集到管网里,同时涵养地下水,补充地下水的不足,还能通过土壤净化水质,改善城市微气候。而渗透雨水的方法多样,主要是改变各种路面、地面铺装材料,采用透水铺装。因此,改进路面材料,推广透水材料路面材料是海绵城市建设主要抓手。

2透水材料的定义

透水性材料一般是指能够使雨水通过,直接渗入路基的材料,具有使水还原于地下的性能,共同特点是降水可以通过其本身与基层相通的渗水路径渗入下部土壤。

3透水路面相比传统路面的优势

3.1传统路面主要存在的不足

现代城市化的重要特征之一,即原有的天然植被不断被建筑物和非透水性硬化地面取代,从而改变自然土壤及下垫层的天然可渗透性,打破了大自然中水与气的平衡,由此产生了许多负面影响。主要体现在:(1)硬化地面使雨水从地面流失或蒸发掉,阻碍了降水直接补给地下水的途径,造成城市地下水位下降,也影响地表植物生长。(2)硬化地面难以与空气进行热交流、水分交换,对空气的湿度、温度调节都不足。加上高反射率,在大量吸收、储存太阳辐射热之后,又将其释放出来,形成我们常说的“热岛效应”。(3)硬化地面严重破坏城市地表土壤的动植物生存环境,改变大自然原有生态平衡。(4)暴雨季节,雨量过度造成硬化地面积水、内涝,影响人车出行,甚至造成交通隐患。而我国城市基础设施发展滞后,使得暴雨时节城市排水设施无法有效满足排水及防洪需求。雨水即使顺利通过地下水设施流入河流,也将路面污染物随之注入河流,造成二次污染。(5)硬化路面车辆行驶时噪音较大,雨天易形成积水飞溅,平时容易形成扬尘,对人的危害很大。

3.2透水路面的优点

(1)使雨水迅速渗透地下,还原成地下水,保持土壤湿度。(2)有效调节城市空间的温度和湿度,改善城市热循环、反向蒸腾、有效降温3~5℃,缓解城市热岛效应。(3)有效解决汛期的城市内涝,河流泛滥和水体污染,减轻城市排水设施的负担。(4)防止路面积水、夜间不反光,增加道路安全性和通行舒适性,雨天路面无积水避免轮胎与路面的水膜形成,缩短刹车距离提高行车安全性。(5)色彩丰富,可铺设出格调高雅的城市景观道路。

4主要透水材料

分析根据近年来的不断研究,现有的透水材料主要可以分为:普通透水材料、透水沥青混合料、透水混凝土、透水砖、透水塑胶等。其中工程项目中运用最广泛的材料为:透水沥青、透水混凝土和透水砖。

4.1普通透水材料

普通透水材料为普通碎石经专业机械压制而成的多孔混凝土,通常造价较低,属于较为早期的一般化透水材料,用于一般区域的人行广场、步道及园路等。

4.2透水沥青

透水沥青是指脱色沥青与其他颜色涂料、添加剂、石料等材料在一定的温度下混合搅拌而成,最后制作而成的不同颜色的沥青混合料,然后进行摊铺和碾压,形成具有一定强度和路用性能的彩色沥青混凝土路面。他是一种典型的骨架-空隙结构,粗集料所占比重较大,约占集料总质量80%~85%的运用,通常要求透水沥青路面的孔隙率为15%~25%,具有抗滑、排水、降噪等功能。透水沥青也满足车行道路要求,所以适用于行车道、公交车专用道、路口、高速公路服务区等重载交通路面。

4.2.1主要优点

(1)透水性:透水速率:不小于0.1ml/min•cm3。(2)抗压强度较高,经国家检测机关鉴定,透水混凝土的承载力能够达到C20~C25混凝土的承载标准。(3)防滑性能好。防滑性BPN=50~60。(4)耐磨性能好,磨坑长度不大于35mm。(5)色彩丰富,可定制。

4.2.2主要缺点

(1)耐高温性差,夏天爆晒下易软化,会挥发难闻气味。(2)耐久性较差。颜色容易掉色,一般是使用5年以后颜色就会逐渐淡化。(3)透水沥青由于要求长期的透水,其结构面积材料需要大面积接触雨水,因此透水沥青面层混合料对沥青胶黏剂的要求很高,否则长期的雨水浸泡容易出现脱胶的现象。

4.3透水混凝土

透水混凝土又称多孔混凝土,无砂混凝土。是由骨料、水泥、增强剂、和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土,他不含细骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构,故具有透气、透水和重量轻的特点。透水水泥混凝土分为面层和基层。面层采用细骨料,厚度在3~5cm,添加环氧树脂胶黏固,完成面刷深层渗透反应型耐磨强固剂,可添加不同调色剂;基层采用粗骨料,厚度在7~10cm,粗骨料基层可形成较大的透水空隙,满足主要渗入功能。

4.3.1主要优点

(1)透水性:透水速率:0.5~0.86ml/min•cm3。(2)抗压强度较高,经国家检测机关鉴定,透水混凝土的承载力能够达到C20~C25混凝土的承载标准。(3)防滑性能好。防滑性BPN=50~60。(4)耐磨性能好,磨坑长度不大于35mm。(5)抗冻融性能好。夏热冬冷地区冻融循环25次,强度损失率不大于20%。(6)装饰效果:透水混凝土拥有色彩优化配比方案,能够配合设计师独特创意,实现不同环境和个性所要求的装饰风格。(7)高散热性:材料的密度本身较低(15%~25%的空隙)降低了热储存的能力,独特的孔隙结构使得较低的地下温度传入地面从而降低整个铺装地面的温度,这些特点使透水铺装系统在吸热和储热功能方面接近于自然植被所覆的地面。

4.3.2主要缺点

(1)初期造价比普通混凝土高2~4倍,但是经过长期的发展和研究,价格也在降低,预计比普通混凝土贵20~50元/m2。(2)耐久性较差。颜色容易掉色,一般是使用5年以后颜色就会逐渐淡化。(3)使用过程中空隙容易被堵塞,从而对其透水性造成一定影响,需要用高压水枪冲洗。(4)由于采用开级配混合料,抗疲劳强度较低。

4.4透水砖

工程中应用较多的透水砖主要有2种:硅砂透水砖及陶瓷型透水砖。两者存在较大区别。硅砂透水砖采用粒径相近的砂、石用胶凝材料胶结,压制成砖坯,表面细腻均匀;陶瓷型透水砖将相近粒径的陶瓷碎片颗粒压制后,通过高温高压烧结形成砖体,抗压强度高。

4.4.1陶瓷透水砖

采用矿渣废料和陶瓷废料为原料,经二次布料,一次成型,烧成温度1200℃以上,烧成时间8~12h。主要优点(1)透水性:透水速率:不小于1.0ml/min•cm3。(2)保水率:不小于0.02g/cm3。(3)抗压强度较高,通常不小于35MPa。抗折强度不小于3.5MPa。(4)防滑性能好。防滑性BPN=60~85。(5)耐磨性能好,磨坑长度不小于35mm。(6)抗冻融性能好。夏热冬冷地区冻融循环25次,单块质量损失率不大于5%,强度损失率不大于20%。(7)良好的生态环保性能。可采用陶瓷废料、下水道污泥颗粒、废耐材、过火矸等工业废料生产,而且可重复利用。破碎后可再次烧制成砖。(8)可改善城市微气候、阻滞城市洪水的形成。陶瓷透水砖的孔隙率在20%~30%,本身有良好的蓄水能力,在夏天,雨后水吸满渗透入地,滋养地气、涵养水源、对树木和花草提供水分;在阳光强烈时,水分蒸发可降低地表温度,改善微气候。(9)色彩丰富,可定制。

4.4.2沙基透水砖

是以硅砂为主要骨料或面层骨料,以有机粘结剂为主要粘结材料,经免烧结成型工艺后制成,具有透水功能的路面砖。目前透水砂基砖的现行行业标准为JG/T376-2012《砂基透水砖》。

4.4.2.1主要优点

(1)传统透水砖靠内部大空隙透水,使用时间长后容易堵塞。砂基透水砖内部为微空隙结构,不容易堵塞。透水依靠改变沙子表面特性,同时也改变水的表面张力,达到快速透水。(2)透水性:透水速率:不小于1.5ml/min•cm3。(3)保水率:不小于0.06g/cm3。(4)抗压强度较高,通常不小于30MPa。抗折强度不小于3.5MPa。(5)防滑性能好。防滑性BPN不小于70。(6)耐磨性能好,磨坑长度不大于35mm。(7)抗冻融性能好。冻融循环25次后,强度损失率不大于20%。

4.4.2.2主要缺点

(1)表面容易泛碱:当透水地坪继续硬化干燥时,结构内部含氢氧化钙浓度较高的游离水就会逐渐沿透水砖毛细孔或微裂缝向表面渗出,带出的氢氧化钙迅速地吸收空气中的二氧化碳,发生化学反应生成不易溶解于水的白色碳酸钙,水分蒸发后残留在透水地坪表面形成碱白。(2)透水时效因砖而异,空隙容易储存脏污,当脏污累积到一定程度时会堵塞表面,严重降低透水性。

4.5透水塑胶

塑胶常用于运动场地,表面材料本均有良好的透水性,基层材料常采用不透水材料,导致面层塑胶材料在降雨后将长时间浸泡雨水中,不但场地无法快速干燥,同时面层材料也容易浸泡后损坏。因此透水塑胶主要是对普通塑胶场地的基层材料进行改良。透水塑胶主要用于慢行骑车道或儿童活动场地,面层材料往往选用本具有良好透水性的EPDF颗粒,厚度10~15mm,基层采用粗料透水混凝土,厚度根据不同地区地质条件而定。透水塑胶的应用,可使塑胶场地快速干燥并得以使用,同时也大大增加了场地的耐久性。

5透水材料目前存在的问题

目前透水材料的种类繁多,各种质量参差不齐,总体上来讲目前透水铺装还存在一些亟待解决的问题,归纳为5点:(1)造价普遍比传统材料高,此因素造成了目前透水材料产品质量参差不齐和推广困难。(2)彩色透水材料耐久性差。一般使用5年以后颜色就会逐渐淡化。(3)透水材料一般是靠内部孔隙进行透水,所以透水材料表面呈颗粒状,不够平滑,容易储存脏污,当脏污累积到一定程度时会堵塞表面,从而对其透水性造成巨大的影响,需要定期用高压水枪冲洗。但是目前国内的透水铺装的维护保养几乎全无,导致孔隙堵塞问题无法解决,大大减少了透水铺装的使用年限。(4)透水铺装垫层的透水性、水稳性和无污染问题;透水铺装垫层下面土壤的透水性问题。目前,大多数城市都增设了透水铺装,特别是城市道路边人行道的透水铺装随处可见,但铺装垫层及垫层下面土壤的透水性如何并不清楚,很多铺装垫层用水泥硬化,跟做透水铺装的目的相背离。(5)国内目前透水性铺装的施工质量不容乐观,很多名为透水性铺装实际并不透水或透水性很差。究其原因,一方面是施工单位对于透水性铺装的特殊要求缺乏足够的了解;另一方面是我国目前还没有制定出相关的透水性铺装施工验收规范,现行的地面铺装施工验收规范中很多内容不适合透水性铺装的特殊要求。

6结论

透水铺装是使硬化土壤实现海绵功能的重要手段。所有道路平台的铺装理想状态应该是透水透气、不污染土壤,可以截留雨水并且不影响植物根系的呼吸,还可以为地面降温。随着我国海绵城市建设的进程,国家节能减排政策的进一步推进,透水材料在未来10~20年内具有广阔的前景。通过本文前述对各种透水材料的分析,可以得出结论:(1)不透水路面已经无法满足目前城市建设的发展理念,不利于解决城市内涝和热岛效应等问题。而透水路面则可以弥补前者的不足之处,符合国家生态文明指导下的工程建设理念。(2)目前我国对透水铺装的材料、施工、养护、验收等方面的经验和规范均还存在较大的不足和空白,可通过创新、引进吸收再创造的方式,并结合我国的实际情况,形成一套适合我国的透水铺装的理论和体系。

作者:梁义婕 任霞 李莉 单位:四川省建筑设计研究院有限公司 四川省建筑工业化工程技术研究中心