□文/劉 超 畢 宇 楊 旭

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，越來越多的自然地表被建筑和硬化地表所代替，綠化面積的大幅減少和不透水區(qū)域面積的激增使得降水無法回滲到土壤，誘發(fā)了水體污染、城市內(nèi)澇、熱島效應(yīng)等一系列的城市環(huán)境問題；理論上可采用工程性（如滯留池、滲透設(shè)施、人工濕地、生物過濾和停留系統(tǒng)等）并輔之以非工程性（如土地使用規(guī)劃、垃圾管理、街道清掃等）的措施來緩解因城市化進(jìn)程帶來的環(huán)境問題。20 世紀(jì)90 年代末美國(guó)提出一種新的雨水管控理念——低影響開發(fā)（Low Impact Development）進(jìn)行暴雨管理，其強(qiáng)調(diào)源頭處理的模式，以將城市的水文環(huán)境還原到未開發(fā)的狀態(tài)為目標(biāo)。基于此，近年來我國(guó)提出了“海綿城市”的城市雨洪管理概念并在全國(guó)多個(gè)城市建立試點(diǎn)，實(shí)踐成果顯著[1～2]。

“滲、滯、蓄、凈、用、排”是實(shí)現(xiàn)低影響開發(fā)的主要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵因素，“滲”作為整個(gè)體系的第一個(gè)環(huán)節(jié)起著至關(guān)重要的作用，目前采用的方法是透水鋪裝，常見的透水鋪裝材料有透水瀝青混凝土、透水水泥混凝土、透水磚[3～4]。

不同透水鋪裝材料在實(shí)際應(yīng)用時(shí)又存在著各自的問題：透水瀝青混凝土在施工時(shí)需要高溫加熱拌和，能耗高且有刺激性氣味；透水水泥混凝土在施工時(shí)有揚(yáng)塵；這都與現(xiàn)階段綠色施工要求不符，應(yīng)用受到限制。透水磚施工時(shí)基礎(chǔ)采用河砂找平，使用期間由于雨水的滲透、沖刷作用，找平層會(huì)被破壞，導(dǎo)致路面不平或者磚塊滑脫，影響正常使用。聚氨酯膠水為無溶劑型雙組分聚氨酯材料，以其為膠黏劑制備透水路面鋪裝材料，在施工時(shí)不會(huì)有揚(yáng)塵和刺激性氣味且由于施工采用整體鋪裝，保證了施工效果的功能性和美觀性。

1 樣品制備及檢測(cè)結(jié)果

1.1 原材料

1）巴斯夫聚氨酯膠水，A、B組分各一桶。

2）石子，粒徑3～5 mm。

1.2 制備方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過查詢文獻(xiàn)及咨詢聚氨酯樹脂生產(chǎn)廠家，初步確定聚氨酯膠水摻量范圍為3%～4%[5]。采用單一變量法，石子用量不變，聚氨酯膠水摻量試驗(yàn)梯度為0.1%，共10個(gè)對(duì)照組，依據(jù)GB/T 25993—2010《透水路面磚和透水路面板》指標(biāo)要求，試塊尺寸為200 mm×100 mm×60 mm，劈裂抗拉強(qiáng)度、透水系數(shù)及耐磨性，每項(xiàng)指標(biāo)制備3 塊，檢測(cè)結(jié)果取算數(shù)平均值，因此，共需制備試塊90塊。

1.2.2 樣塊制備

準(zhǔn)備小型攪拌機(jī)、電子稱、抹子、插搗棒、稱料容器、模具等試驗(yàn)設(shè)備并按以下工藝制備試塊：

1）將膠水A∶B=100∶85混合，攪拌1 min待用；

沙溝內(nèi)地形陡峻，分布中志留系統(tǒng)韓家店組頁巖，巖性軟弱、風(fēng)化強(qiáng)烈，為區(qū)域易滑地層，溝內(nèi)滑坡、崩塌、坍塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象十分發(fā)育(圖2)，為泥石流的形成提供了豐富的松散固體物質(zhì)來源。經(jīng)野外勘查，溝內(nèi)共有滑坡2個(gè)，崩滑體10個(gè)，崩滑堆積物源總量8.31×104 m3；溝內(nèi)還堆積了豐富的溝道沖洪積體，體積2×104 m3，坡面強(qiáng)風(fēng)化頁巖體積11×104m3。物源總量為21.31×104 m3，其中可參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為10.2×104 m3(表2)。

2）按試驗(yàn)分組依次稱取石子10 kg，分別摻入聚氨酯膠水 0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40 kg；

3）將石子與膠水混合攪拌3～5 min；

4）將混合料倒入模具，分層插搗成型，表面用抹子按壓抹平；

5）24 h后拆模。

1.3 檢測(cè)方法

按照GB/T 25993—2010 規(guī)定的檢測(cè)方法，對(duì)樣塊的裂抗拉強(qiáng)度、透水系數(shù)及耐磨性進(jìn)行檢測(cè)。

1.4 檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 樣塊檢測(cè)結(jié)果

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

依據(jù)表1，使用origin軟件繪制聚氨酯膠水用量與劈裂抗拉強(qiáng)度、透水系數(shù)的關(guān)系，見圖1。

圖1 聚氨酯膠水用量對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度、透水系數(shù)的影響

2.1 聚氨酯膠水用量對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

隨著聚氨酯膠水用量的增加，試塊的劈裂抗拉強(qiáng)度增加。

區(qū)別于傳統(tǒng)透水混凝土的強(qiáng)度增加方式，本試驗(yàn)樣塊的強(qiáng)度主要是依靠聚氨酯膠水的熟化程度。骨料之間的連接方式是點(diǎn)連接，隨著聚氨酯樹脂用量的增加，骨料間點(diǎn)與點(diǎn)之間的連接得到加強(qiáng)，甚至?xí)霈F(xiàn)面連接的情況，從而增加了試塊的劈裂抗拉強(qiáng)度。

2.2 聚氨酯膠水用量對(duì)透水系數(shù)的影響

隨著聚氨酯膠水用量的增加，試塊的透水系數(shù)呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)且在3.6%～3.8%之間出現(xiàn)急劇減小的情況。

造成這種現(xiàn)象的原因有兩個(gè)：一是由于聚氨酯膠水用量的增加，試塊結(jié)構(gòu)內(nèi)連通孔隙的數(shù)量有所減少；二是聚氨酯膠水用量超過某一限值時(shí)出現(xiàn)流掛、結(jié)皮現(xiàn)象。

2.3 聚氨酯膠水用量對(duì)耐磨性的影響

聚氨酯膠水用量的增加在3%～4%范圍內(nèi)對(duì)樣塊的耐磨性的影響不大，其主要因素來自骨料自身的強(qiáng)度指標(biāo)。

2.4 聚氨酯膠水合理摻量的選擇

通過分析圖1，綜合考慮聚氨酯膠水用量增加對(duì)試塊劈裂抗拉強(qiáng)度與透水系數(shù)的影響，確定合理的摻加范圍介于3.6%～3.8%之間。重新制備樣塊，綜合考慮現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求及成本因素，最終確定聚氨酯膠水的摻量為3.7%。

3 應(yīng)用分析

3.1 氣候條件

3.1.1 降水量

我國(guó)年平均降水量總的分布趨勢(shì)是由東南向西北逐漸減少。就干旱地區(qū)而言需從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度綜合制定透水路面的設(shè)計(jì)與實(shí)施方案并充分評(píng)估其可行性。本文制備的透水路面材料，透水系數(shù)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值，可應(yīng)用于我國(guó)大部分區(qū)域，尤其是年平均降水量較高的地區(qū)。在設(shè)計(jì)方案時(shí)可以采取增加厚度的方式增加滲透路徑，可短時(shí)間蓄水。保證雨水順利下滲、路面不致出現(xiàn)積水和徑流現(xiàn)象[6～8]。

3.1.2 溫度

我國(guó)建筑氣候分區(qū)眾多，大致可分為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)和溫和地區(qū)。因此，環(huán)境溫度對(duì)透水鋪裝材性能的影響需引起重視，尤其是抗凍性能。通過抗凍性能測(cè)試，本文制備的透水鋪裝材料在35 次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失為0，強(qiáng)度損失17%，具有較高的抗凍性能[9]。

3.2 地質(zhì)條件

考慮到透水鋪裝材料為多孔材料，作為路面使用時(shí)，其基礎(chǔ)最好為砂性土地基，粉土和飽和度較高的黏性土不適宜，施工前需進(jìn)行必要的加固處理。根據(jù)地質(zhì)條件的不同，本文制備的透水鋪裝材料在實(shí)際應(yīng)用中可以通過全透水結(jié)構(gòu)和半透水結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。全透水結(jié)構(gòu)是在砂性土地基上直接鋪設(shè)，半透水結(jié)構(gòu)是指在非砂性土地基加固后進(jìn)行鋪設(shè)施工[10～12]。

3.3 場(chǎng)址屬性

城市按區(qū)域功能的不同可分為工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、住宅區(qū)、觀光區(qū)等。重工業(yè)區(qū)空氣懸浮物多，重載車輛使用率高，不適宜修建透水路面。透水路面最宜建在空氣質(zhì)量與環(huán)境衛(wèi)生較好及車輛使用率低的文教區(qū)、住宅區(qū)和觀光區(qū)。透水鋪裝在“雨水花園”中的應(yīng)用極具推廣價(jià)值，作為一種雨水處理設(shè)施，雨水花園是在低洼區(qū)域種植特定種類植物，通過土壤與植物的過濾作用凈化雨水并最終將雨水暫時(shí)滯留滲入地下或利用溢流裝置排出以減少地表徑流[13]。

4 結(jié)論

1）本文制備的透水路面鋪裝材料的聚氨酯膠水的最佳摻量為3.7%，透水系數(shù)可達(dá)25.3×10-2cm/s，劈裂抗拉強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度等指標(biāo)通過國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，具備推廣價(jià)值，后續(xù)將針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝進(jìn)行編制及優(yōu)化。

2）結(jié)合材料性質(zhì)以及透水鋪裝選址所需的氣候、地址、場(chǎng)址性質(zhì)等因素綜合考慮，本文制備的透水鋪裝材料適合用在城區(qū)的商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、住宅區(qū)、觀光區(qū)等并結(jié)合低影響開發(fā)的其他技術(shù)手段，最大限度發(fā)揮其作用。