高慶強

（福建省建筑科學(xué)研究院，福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室，福建 福州 350025）

0 引言

為緩解城市內(nèi)澇、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境，近年來國家正積極推進海綿城市建設(shè)。透水鋪裝材料具有良好的透水功能，可使雨水較快地滲入地表，能有效減小徑流總量，減弱城市熱島效應(yīng)，是海綿城市建設(shè)中良好的“海綿體”[1]。常見透水鋪裝材料主要有透水水泥混凝土路面、透水瀝青路面、透水磚路面、透水膠粘石路面[2]。透水膠粘石是以高分子樹脂為膠結(jié)材料，靠樹脂聚合固化將骨料膠結(jié)成的多孔混凝土。透水膠粘石主要以天然石骨料為主，具有色彩多樣、自然美觀等優(yōu)點，被越來越廣泛鋪裝于景觀道路、公園廣場、城市樹池、休閑小道等[3]。但目前常見透水膠粘石路面存在抗滑性不足，耐候性不佳，夜間裝飾性和照明功能不足，且發(fā)光型透水膠粘石路面比較少見。

本文選用無色透明的單組份聚氨酯膠粘劑為膠結(jié)料，研究了不同膠骨比、骨料類型、制備工藝等對發(fā)光透水膠粘石的抗壓強度、透水系數(shù)及發(fā)光效果的影響，制備出具有夜間裝飾功能的新型透水鋪裝材料。

1 試驗

1.1 原材料

（1）膠粘劑：采用樹脂膠粘劑為膠結(jié)料，其性能應(yīng)滿足無毒環(huán)保、粘結(jié)力高、耐候性好、稠度適宜、色澤較淺等要求。目前，膠粘劑主要采用環(huán)氧樹脂和聚氨酯兩大類。經(jīng)對不同廠家的兩類樹脂膠粘劑對比分析，本文最終選用陶氏公司產(chǎn)的VORRAMR MR1045K型單組份濕氣固化聚氨酯膠粘劑。該膠粘劑無色透明，黏度為2000～4000 mPa·s，固化時間為4～6 h（15℃，相對濕度 70%）。

（2）骨料：采用泉州清源文化石有限公司生產(chǎn)的天然卵石作為骨料，粒徑分別為2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm，顏色選用黑色、灰色、米黃、紅色等4種，性能符合GB/T 14685—2011《建設(shè)用砂石卵石》的相關(guān)要求。

（3）發(fā)光材料：采用發(fā)光時間長、發(fā)光亮度高的光致發(fā)光材料，性能符合GB/T 24980—2010《稀土長余輝熒光粉》的相關(guān)要求。經(jīng)對比分析不同發(fā)光材料的發(fā)光亮度和余暉時間，最終選用廣州珠江光電新材料有限公司生產(chǎn)的A和B型黃綠色發(fā)光材料，細度分別為20目、100目，其中A材料10 min和60 min發(fā)光相對亮度分別為80%、68%，B材料10 min和60 min發(fā)光相對亮度分別為85%、72%。

1.2 制備工藝

1.2.1 噴涂制備工藝

（1）按一定比例稱取膠粘劑和天然石，混合均勻攪拌2～3 min；（2）攤平，靜壓成型，厚度為 3 cm；（3）自然養(yǎng)護 3 d；（4）按一定比例稱取發(fā)光材料和膠粘劑，混合均勻后，裝入W77型下壺式噴槍，進行噴涂；（5）自然養(yǎng)護3 d，待試。

1.2.2 披刮制備工藝

（1）按一定比例稱取膠粘劑和天然石，并混合均勻攪拌2～3 min；（2）底層攤平，厚度為 2 cm；（3）按一定比例稱取發(fā)光材料、膠粘劑和天然石，混合均勻攪拌2～3 min；（4）面層攤平，厚度為1 cm，靜壓成型；（5）自然養(yǎng)護3 d，待試。

1.3 性能測試方法

（1）抗壓強度：參照GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行測試，其中自然養(yǎng)護齡期為7 d，試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，測試3塊試樣，結(jié)果取其平均值。

（2）透水系數(shù)：參照CJJ/T 135—2009《水泥透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》附錄A進行測試。

（3）發(fā)光亮度：采用DT306-SM208數(shù)字亮度計進行測試。先將樣品放置在太陽光下照射3 h，后放入暗室靜置1 h，最后將亮度計光探頭對準(zhǔn)試件表面進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠骨比對發(fā)光透水膠粘石性能的影響

膠骨比即膠粘劑與骨料的質(zhì)量比，直接影響著透水膠粘石的抗壓強度和透水系數(shù)。試驗分別采用2種米黃色天然石為骨料，成型壓力為5 MPa，研究不同膠骨比對未涂覆發(fā)光材料的透水膠粘石抗壓強度和透水性能的影響，結(jié)果如圖1、圖2所示。

從圖1和圖2可見，隨著膠骨比的減小，透水膠粘石抗壓強度呈現(xiàn)下降趨勢，而透水系數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，且骨料粒徑不同的透水膠粘石性能變化規(guī)律相近。透水膠粘石是通過膠粘劑固化作用將骨料粘結(jié)在一起，因此其抗壓強度主要取決于膠粘劑的粘結(jié)性能和骨料表面裹附的膠粘厚度，透水膠粘石內(nèi)部平面構(gòu)造如圖3所示。

圖1 不同膠骨比對發(fā)光透水膠粘石抗壓強度的影響

圖2 不同膠骨比對發(fā)光透水膠粘石透水系數(shù)的影響

圖3 發(fā)光透水膠粘石內(nèi)部平面構(gòu)造示意

從圖3可見，當(dāng)膠粘劑用量不變且骨料級配相同時，骨料用量越大，骨料表面裹附的膠粘劑厚度就越小，會降低骨料間的粘結(jié)力，增多骨料間空隙，因而透水膠粘石抗壓強度會降低且透水系數(shù)會增大[4-6]。綜合圖1和圖2可知，當(dāng)膠骨比為1∶25時，膠粘石的抗壓和透水綜合性能最佳。

2.2 骨料級配對發(fā)光透水膠粘石性能的影響

骨料級配會直接影響骨料比表面積，進而影響骨料堆積密實度和骨料表面膠粘劑的接觸面積，最終影響發(fā)光透水膠粘石的力學(xué)性能和透水性能。

從圖1可知，當(dāng)膠骨比≥1∶22.5左右時，膠骨比相同的透水膠粘石，其抗壓強度會隨著骨料粒徑增大而降低；當(dāng)膠骨比≤1∶22.5左右時，其抗壓強度會隨著骨料粒徑增大而增大。當(dāng)膠骨比≥1∶22.5時，膠粘劑用量大，可均勻裹附所有骨料，此時由于骨料粒徑越小，其比表面積越大，骨料間接觸面積越大，且骨料表面裹附的膠粘劑面積越大，骨料間粘結(jié)強度越大，因而相同膠骨比時，2.36～4.75 mm骨料的透水膠粘石抗壓強度會高于4.75～9.5 mm骨料的透水膠粘石[7-8]。當(dāng)膠骨比≤1∶22.5時，膠粘劑量不足以均勻裹附所有顆粒表面，且骨料粒徑越小，未能均勻裹附膠粘劑的顆粒越多，骨料間粘結(jié)強度越小，因而相同膠骨比時，2.36～4.75 mm骨料的透水膠粘石抗壓強度會低于4.75～9.5 mm骨料的透水膠粘石。

從圖2可知，膠骨比相同的透水膠粘石透水系數(shù)會隨著骨料粒徑增大而增大。透水系數(shù)主要取決于空隙率和空隙大小。骨料粒徑越小，骨料堆積密度就越大，空隙率越低，且空隙越小，因而2.36～4.75 mm骨料的透水膠粘石透水系數(shù)會低于4.75～9.5 mm骨料的透水膠粘石。發(fā)光透水膠粘石骨料粒徑的選用宜綜合考慮抗壓強度和透水性能等性能要求。

2.3 骨料顏色對發(fā)光透水膠粘石發(fā)光性能的影響

因不同顏色對光的吸收能力不同，因此本文研究了不同顏色天然石對發(fā)光透水膠粘石發(fā)光性能的影響，試驗的骨料顏色有灰色、米黃色、紅色和黑色（見圖4）。試驗中，B型發(fā)光材料按膠粘劑質(zhì)量的5%加入膠粘劑中并均勻混合，然后噴涂于不同顏色膠粘石表面，太陽光照射3 h后放入暗室，并用亮度計測試1 h后的發(fā)光亮度，試驗結(jié)果見圖5。

圖4 不同顏色的天然石

圖5 不同顏色天然石對發(fā)光透水膠黏石發(fā)光亮度的影響

從圖5可知，噴涂于灰色和米黃色天然石上的發(fā)光材料的發(fā)光亮度會強于噴涂于紅色和黑色天然石上的發(fā)光材料，且噴涂于米黃色天然石的發(fā)光材料的發(fā)光亮度最高。這主要是由于不同顏色的天然石對光的吸收能力也不同，吸收能力大小為：黑色>紅色>灰色>米黃色。米黃色對光的吸收能力最弱，發(fā)光材料的發(fā)光亮度最高；黑色對光的吸收能力最強，發(fā)光材料的發(fā)光亮度最低。因而，為確保發(fā)光透水膠粘石的發(fā)光亮度，應(yīng)選用米黃色天然石為骨料。

2.4 發(fā)光層制備工藝對發(fā)光透水膠粘石發(fā)光性能的影響

粒度是發(fā)光材料性能的重要參數(shù)，直接影響其發(fā)光亮度和使用性能。一般來說，對于同一種發(fā)光材料，粒度越大，發(fā)光亮度越好[8]?；诓牧闲阅芎统杀荆疚倪x用100目和20目2種粒度的發(fā)光材料，并分別采用噴涂工藝和披刮工藝進行成型（見圖6），不同工藝制備的發(fā)光透水膠粘石的發(fā)光效果見圖7。

圖6 采用不同工藝制備的發(fā)光透水膠粘石

圖7 采用不同工藝制備的發(fā)光透水膠粘石的發(fā)光效果

噴涂工藝是將發(fā)光材料和膠粘劑的混合物采用噴涂方式覆于膠粘石表面，試驗中發(fā)現(xiàn)該工藝會消耗大量發(fā)光材料和膠粘劑，表面發(fā)光材料分布較不均勻。披刮工藝是在透水膠粘石底層制備完后，將發(fā)光材料、骨料、膠粘劑等材料均勻拌合后采用披刮方式制備透水膠粘石面層，試驗中發(fā)現(xiàn)該工藝施工速度快，發(fā)光材料分布均勻且與骨料粘結(jié)力強，能節(jié)約材料和人工成本；但試驗結(jié)果表明，粒度100目的發(fā)光材料不宜采用披刮工藝工藝。由于發(fā)光材料粒度較小，發(fā)光亮度較低且吸膠量較大，因而為達到良好的發(fā)光效果，需要大量添加發(fā)光材料，并同時增加膠粘劑用量[9-11]。

3 結(jié)論

（1）相同骨料級配下，隨著膠骨比增大，發(fā)光透水膠粘石的抗壓強度呈下降趨勢，透水系數(shù)呈增大趨勢。當(dāng)膠骨比為1∶25時，發(fā)光透水膠粘石的抗壓強度和透水性能的綜合性能最佳。

（2）相同膠骨比下，隨著骨料粒徑增大，當(dāng)膠骨比≤1∶22.5時，發(fā)光透水膠粘石抗壓強度呈現(xiàn)下降趨勢；當(dāng)膠骨比≥1∶22.5時，發(fā)光透水膠粘石抗壓強度呈現(xiàn)上升趨勢；發(fā)光透水膠粘石透水系數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。

（3）采用不同顏色天然石骨料制備的發(fā)光透水膠粘石發(fā)光亮度不同，以米黃色天然石制備的發(fā)光透水膠粘石發(fā)光亮度最大。

（4）采用披刮工藝制備的發(fā)光透水膠粘石發(fā)光材料分布更為均勻，相同發(fā)光亮度下發(fā)光材料用量更少，施工速度更快。

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