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        海綿城市建設(shè)

        2022-06-19 12:16:00梁義婕任霞李莉
        四川建筑 2022年2期
        關(guān)鍵詞:透水性海綿骨料

        梁義婕 任霞 李莉

        摘要:海綿城市是指城市能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水帶來(lái)的自然災(zāi)害等方面具有良好的"彈性",也可稱(chēng)之為“水彈性城市”,是新一代城市雨洪管理概念。其中透水鋪裝是使硬化土壤實(shí)現(xiàn)海綿功能的重要手段。文章針對(duì)目前市面上常用的透水材料的性能等方面展開(kāi)研究、分析,為以后透水材料的研究、應(yīng)用提供方向。

        [基金項(xiàng)目]四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司院內(nèi)科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):KYYN202011)

        [作者簡(jiǎn)介]梁義婕(1983—),女,本科,高級(jí)工程師,一級(jí)注冊(cè)建筑師,研究方向?yàn)榻ㄖこ萄芯亢驮O(shè)計(jì)。

        1 透水材料研究、發(fā)展的背景

        背景:現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展——海綿城市建設(shè)。

        海綿城市是指城市能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水帶來(lái)的自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”,也可稱(chēng)之為“水彈性城市”,是新一代城市雨洪管理概念。下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用。

        2013年中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議,習(xí)總書(shū)記提出海綿城市十二字方針 :自然積存、 自然滲透 、自然凈化 。2015年10月,國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》,提出了“到2030年城市建成區(qū)80 %以上的面積達(dá)到將70 %的降雨就地消納和利用”的目標(biāo)要求。

        四川省政府辦公廳2016年2月印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》,根據(jù)《實(shí)施意見(jiàn)》,我省將統(tǒng)籌推進(jìn)6類(lèi)重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè):努力推進(jìn)海綿型建筑與住宅小區(qū)建設(shè),抓好海綿型城市道路和廣場(chǎng)建設(shè)工作,強(qiáng)化海綿型公園綠地建設(shè),扎實(shí)開(kāi)展公共服務(wù)設(shè)施海綿體建設(shè),加強(qiáng)城市排水防澇設(shè)施建設(shè),抓好城市水系的保護(hù)和修復(fù)工作。

        海綿城市建設(shè)六字方針“滲、蓄、滯、凈、用、排”。構(gòu)建海綿城市的第一步就是“滲”??梢员苊獾乇韽搅?,減少?gòu)乃嗟孛?、路面匯集到管網(wǎng)里,同時(shí)涵養(yǎng)地下水,補(bǔ)充地下水的不足,還能通過(guò)土壤凈化水質(zhì),改善城市微氣候。而滲透雨水的方法多樣,主要是改變各種路面、地面鋪裝材料,采用透水鋪裝。因此,改進(jìn)路面材料,推廣透水材料路面材料是海綿城市建設(shè)主要抓手。

        2 透水材料的定義

        透水性材料一般是指能夠使雨水通過(guò),直接滲入路基的材料,具有使水還原于地下的性能,共同特點(diǎn)是降水可以通過(guò)其本身與基層相通的滲水路徑滲入下部土壤。

        3 透水路面相比傳統(tǒng)路面的優(yōu)勢(shì)

        3.1 傳統(tǒng)路面主要存在的不足

        現(xiàn)代城市化的重要特征之一,即原有的天然植被不斷被建筑物和非透水性硬化地面取代,從而改變自然土壤及下墊層的天然可滲透性,打破了大自然中水與氣的平衡,由此產(chǎn)生了許多負(fù)面影響。主要體現(xiàn)在:

        (1)硬化地面使雨水從地面流失或蒸發(fā)掉,阻礙了降水直接補(bǔ)給地下水的途徑,造成城市地下水位下降,也影響地表植物生長(zhǎng)。

        (2)硬化地面難以與空氣進(jìn)行熱交流、水分交換,對(duì)空氣的濕度、溫度調(diào)節(jié)都不足。加上高反射率,在大量吸收、儲(chǔ)存太陽(yáng)輻射熱之后,又將其釋放出來(lái),形成我們常說(shuō)的“熱島效應(yīng)”。

        (3)硬化地面嚴(yán)重破壞城市地表土壤的動(dòng)植物生存環(huán)境,改變大自然原有生態(tài)平衡。

        (4)暴雨季節(jié),雨量過(guò)度造成硬化地面積水、內(nèi)澇,影響人車(chē)出行,甚至造成交通隱患。而我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后,使得暴雨時(shí)節(jié)城市排水設(shè)施無(wú)法有效滿(mǎn)足排水及防洪需求。雨水即使順利通過(guò)地下水設(shè)施流入河流,也將路面污染物隨之注入河流,造成二次污染。

        (5)硬化路面車(chē)輛行駛時(shí)噪音較大,雨天易形成積水飛濺,平時(shí)容易形成揚(yáng)塵,對(duì)人的危害很大。

        3.2 透水路面的優(yōu)點(diǎn)

        (1)使雨水迅速滲透地下,還原成地下水,保持土壤濕度。

        (2)有效調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度,改善城市熱循環(huán)、反向蒸騰、有效降溫3~5 ℃,緩解城市熱島效應(yīng)。

        (3)有效解決汛期的城市內(nèi)澇,河流泛濫和水體污染,減輕城市排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)。

        (4)防止路面積水、夜間不反光,增加道路安全性和通行舒適性,雨天路面無(wú)積水避免輪胎與路面的水膜形成,縮短剎車(chē)距離提高行車(chē)安全性。

        (5)色彩豐富,可鋪設(shè)出格調(diào)高雅的城市景觀道路。

        4 主要透水材料分析

        根據(jù)近年來(lái)的不斷研究,現(xiàn)有的透水材料主要可以分為:普通透水材料、透水瀝青混合料、透水混凝土、透水磚、透水塑膠等。其中工程項(xiàng)目中運(yùn)用最廣泛的材料為:透水瀝青、透水混凝土和透水磚。

        4.1 普通透水材料

        普通透水材料為普通碎石經(jīng)專(zhuān)業(yè)機(jī)械壓制而成的多孔混凝土,通常造價(jià)較低,屬于較為早期的一般化透水材料,用于一般區(qū)域的人行廣場(chǎng)、步道及園路等。

        4.2 透水瀝青

        透水瀝青是指脫色瀝青與其他顏色涂料、添加劑、石料等材料在一定的溫度下混合攪拌而成,最后制作而成的不同顏色的瀝青混合料,然后進(jìn)行攤鋪和碾壓,形成具有一定強(qiáng)度和路用性能的彩色瀝青混凝土路面。他是一種典型的骨架-空隙結(jié)構(gòu),粗集料所占比重較大,約占集料總質(zhì)量80 %~85 %的運(yùn)用,通常要求透水瀝青路面的孔隙率為15 %~25 %,具有抗滑、排水、降噪等功能。透水瀝青也滿(mǎn)足車(chē)行道路要求,所以適用于行車(chē)道、公交車(chē)專(zhuān)用道、路口、高速公路服務(wù)區(qū)等重載交通路面。

        4.2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

        (1)透水性:透水速率:不小于0.1 ml/min·cm3。

        (2)抗壓強(qiáng)度較高,經(jīng)國(guó)家檢測(cè)機(jī)關(guān)鑒定,透水混凝土的承載力能夠達(dá)到C20~C25混凝土的承載標(biāo)準(zhǔn)。

        (3)防滑性能好。防滑性BPN=50~60。

        (4)耐磨性能好,磨坑長(zhǎng)度不大于35 mm。

        (5)色彩豐富,可定制。

        4.2.2 主要缺點(diǎn)

        (1)耐高溫性差,夏天爆曬下易軟化,會(huì)揮發(fā)難聞氣味。

        (2)耐久性較差。顏色容易掉色,一般是使用5年以后顏色就會(huì)逐漸淡化。

        (3)透水瀝青由于要求長(zhǎng)期的透水,其結(jié)構(gòu)面積材料需要大面積接觸雨水,因此透水瀝青面層混合料對(duì)瀝青膠黏劑的要求很高,否則長(zhǎng)期的雨水浸泡容易出現(xiàn)脫膠的現(xiàn)象。

        4.3 透水混凝土

        透水混凝土又稱(chēng)多孔混凝土,無(wú)砂混凝土。是由骨料、水泥、增強(qiáng)劑、和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土,他不含細(xì)骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu), 故具有透氣、透水和重量輕的特點(diǎn)。透水水泥混凝土分為面層和基層。面層采用細(xì)骨料,厚度在3~5 cm,添加環(huán)氧樹(shù)脂膠黏固,完成面刷深層滲透反應(yīng)型耐磨強(qiáng)固劑,可添加不同調(diào)色劑;基層采用粗骨料,厚度在7~10 cm,粗骨料基層可形成較大的透水空隙,滿(mǎn)足主要滲入功能。

        4.3.1 主要優(yōu)點(diǎn)

        (1)透水性:透水速率:0.5~0.86 ml/min·cm3。

        (2)抗壓強(qiáng)度較高,經(jīng)國(guó)家檢測(cè)機(jī)關(guān)鑒定,透水混凝土的承載力能夠達(dá)到C20~C25混凝土的承載標(biāo)準(zhǔn)。

        (3)防滑性能好。防滑性BPN=50~60。

        (4)耐磨性能好,磨坑長(zhǎng)度不大于35mm。

        (5)抗凍融性能好。夏熱冬冷地區(qū)凍融循環(huán)25次,強(qiáng)度損失率不大于20 %。

        (6)裝飾效果:透水混凝土擁有色彩優(yōu)化配比方案,能夠配合設(shè)計(jì)師獨(dú)特創(chuàng)意,實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境和個(gè)性所要求的裝飾風(fēng)格。

        (7)高散熱性:材料的密度本身較低(15 %~25 %的空隙)降低了熱儲(chǔ)存的能力,獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)使得較低的地下溫度傳入地面從而降低整個(gè)鋪裝地面的溫度,這些特點(diǎn)使透水鋪裝系統(tǒng)在吸熱和儲(chǔ)熱功能方面接近于自然植被所覆的地面。

        4.3.2 主要缺點(diǎn)

        (1)初期造價(jià)比普通混凝土高2~4倍,但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展和研究,價(jià)格也在降低,預(yù)計(jì)比普通混凝土貴20~50元/m2。

        (2)耐久性較差。顏色容易掉色,一般是使用5年以后顏色就會(huì)逐漸淡化。

        (3)使用過(guò)程中空隙容易被堵塞,從而對(duì)其透水性造成一定影響,需要用高壓水槍沖洗。

        (4)由于采用開(kāi)級(jí)配混合料,抗疲勞強(qiáng)度較低。

        4.4 透水磚

        工程中應(yīng)用較多的透水磚主要有2種:硅砂透水磚及陶瓷型透水磚。兩者存在較大區(qū)別。硅砂透水磚采用粒徑相近的砂、石用膠凝材料膠結(jié),壓制成磚坯,表面細(xì)膩均勻;陶瓷型透水磚將相近粒徑的陶瓷碎片顆粒壓制后,通過(guò)高溫高壓燒結(jié)形成磚體,抗壓強(qiáng)度高。

        4.4.1 陶瓷透水磚

        采用礦渣廢料和陶瓷廢料為原料,經(jīng)二次布料,一次成型,燒成溫度1 200 ℃以上,燒成時(shí)間8~12 h。

        主要優(yōu)點(diǎn)

        (1)透水性:透水速率:不小于1.0 ml/min·cm3。

        (2)保水率:不小于0.02 g/cm3。

        (3)抗壓強(qiáng)度較高,通常不小于35 MPa??拐蹚?qiáng)度不小于3.5 MPa。

        (4)防滑性能好。防滑性BPN=60~85。

        (5)耐磨性能好,磨坑長(zhǎng)度不小于35 mm。

        (6)抗凍融性能好。夏熱冬冷地區(qū)凍融循環(huán)25次,單塊質(zhì)量損失率不大于5 %,強(qiáng)度損失率不大于20 %。

        (7)良好的生態(tài)環(huán)保性能。可采用陶瓷廢料、下水道污泥顆粒、廢耐材、過(guò)火矸等工業(yè)廢料生產(chǎn),而且可重復(fù)利用。破碎后可再次燒制成磚。

        (8)可改善城市微氣候、阻滯城市洪水的形成。陶瓷透水磚的孔隙率在20 %~30 %,本身有良好的蓄水能力,在夏天,雨后水吸滿(mǎn)滲透入地,滋養(yǎng)地氣、涵養(yǎng)水源、對(duì)樹(shù)木和花草提供水分;在陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí),水分蒸發(fā)可降低地表溫度,改善微氣候。

        (9)色彩豐富,可定制。

        4.4.2 沙基透水磚

        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。目前透水砂基磚的現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為JG/T376-2012《砂基透水磚》。

        4.4.2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

        (1)傳統(tǒng)透水磚靠?jī)?nèi)部大空隙透水,使用時(shí)間長(zhǎng)后容易堵塞。砂基透水磚內(nèi)部為微空隙結(jié)構(gòu),不容易堵塞。透水依靠改變沙子表面特性,同時(shí)也改變水的表面張力,達(dá)到快速透水。

        (2)透水性:透水速率:不小于1.5 ml/min·cm3。

        (3)保水率:不小于0.06 g/cm3。

        (4)抗壓強(qiáng)度較高,通常不小于30 MPa??拐蹚?qiáng)度不小于3.5 MPa。

        (5)防滑性能好。防滑性BPN不小于70。

        (6)耐磨性能好,磨坑長(zhǎng)度不大于35 mm。

        (7)抗凍融性能好。凍融循環(huán)25次后,強(qiáng)度損失率不大于20 %。

        4.4.2.2 主要缺點(diǎn)

        (1)表面容易泛堿:當(dāng)透水地坪繼續(xù)硬化干燥時(shí),結(jié)構(gòu)內(nèi)部含氫氧化鈣濃度較高的游離水就會(huì)逐漸沿透水磚毛細(xì)孔或微裂縫向表面滲出,帶出的氫氧化鈣迅速地吸收空氣中的二氧化碳,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不易溶解于水的白色碳酸鈣,水分蒸發(fā)后殘留在透水地坪表面形成堿白。

        (2)透水時(shí)效因磚而異,空隙容易儲(chǔ)存臟污,當(dāng)臟污累積到一定程度時(shí)會(huì)堵塞表面,嚴(yán)重降低透水性。

        4.5 透水塑膠

        塑膠常用于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地,表面材料本均有良好的透水性,基層材料常采用不透水材料,導(dǎo)致面層塑膠材料在降雨后將長(zhǎng)時(shí)間浸泡雨水中,不但場(chǎng)地?zé)o法快速干燥,同時(shí)面層材料也容易浸泡后損壞。因此透水塑膠主要是對(duì)普通塑膠場(chǎng)地的基層材料進(jìn)行改良。透水塑膠主要用于慢行騎車(chē)道或兒童活動(dòng)場(chǎng)地,面層材料往往選用本具有良好透水性的EPDF顆粒,厚度10~15 mm,基層采用粗料透水混凝土,厚度根據(jù)不同地區(qū)地質(zhì)條件而定。透水塑膠的應(yīng)用,可使塑膠場(chǎng)地快速干燥并得以使用,同時(shí)也大大增加了場(chǎng)地的耐久性。

        5 透水材料目前存在的問(wèn)題

        目前透水材料的種類(lèi)繁多,各種質(zhì)量參差不齊,總體上來(lái)講目前透水鋪裝還存在一些亟待解決的問(wèn)題,歸納為5點(diǎn):

        (1)造價(jià)普遍比傳統(tǒng)材料高,此因素造成了目前透水材料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊和推廣困難。

        (2)彩色透水材料耐久性差。一般使用5年以后顏色就會(huì)逐漸淡化。

        (3)透水材料一般是靠?jī)?nèi)部孔隙進(jìn)行透水,所以透水材料表面呈顆粒狀,不夠平滑,容易儲(chǔ)存臟污,當(dāng)臟污累積到一定程度時(shí)會(huì)堵塞表面,從而對(duì)其透水性造成巨大的影響,需要定期用高壓水槍沖洗。但是目前國(guó)內(nèi)的透水鋪裝的維護(hù)保養(yǎng)幾乎全無(wú),導(dǎo)致孔隙堵塞問(wèn)題無(wú)法解決,大大減少了透水鋪裝的使用年限。

        (4)透水鋪裝墊層的透水性、水穩(wěn)性和無(wú)污染問(wèn)題;透水鋪裝墊層下面土壤的透水性問(wèn)題。目前,大多數(shù)城市都增設(shè)了透水鋪裝,特別是城市道路邊人行道的透水鋪裝隨處可見(jiàn),但鋪裝墊層及墊層下面土壤的透水性如何并不清楚,很多鋪裝墊層用水泥硬化,跟做透水鋪裝的目的相背離。

        (5)國(guó)內(nèi)目前透水性鋪裝的施工質(zhì)量不容樂(lè)觀,很多名為透水性鋪裝實(shí)際并不透水或透水性很差。究其原因,一方面是施工單位對(duì)于透水性鋪裝的特殊要求缺乏足夠的了解;另一方面是我國(guó)目前還沒(méi)有制定出相關(guān)的透水性鋪裝施工驗(yàn)收規(guī)范,現(xiàn)行的地面鋪裝施工驗(yàn)收規(guī)范中很多內(nèi)容不適合透水性鋪裝的特殊要求。

        6 結(jié)論

        透水鋪裝是使硬化土壤實(shí)現(xiàn)海綿功能的重要手段。所有道路平臺(tái)的鋪裝理想狀態(tài)應(yīng)該是透水透氣、不污染土壤,可以截留雨水并且不影響植物根系的呼吸,還可以為地面降溫。隨著我國(guó)海綿城市建設(shè)的進(jìn)程,國(guó)家節(jié)能減排政策的進(jìn)一步推進(jìn),透水材料在未來(lái)10~20年內(nèi)具有廣闊的前景。通過(guò)本文前述對(duì)各種透水材料的分析,可以得出結(jié)論:

        (1)不透水路面已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足目前城市建設(shè)的發(fā)展理念,不利于解決城市內(nèi)澇和熱島效應(yīng)等問(wèn)題。而透水路面則可以彌補(bǔ)前者的不足之處,符合國(guó)家生態(tài)文明指導(dǎo)下的工程建設(shè)理念。

        (2)目前我國(guó)對(duì)透水鋪裝的材料、施工、養(yǎng)護(hù)、驗(yàn)收等方面的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范均還存在較大的不足和空白,可通過(guò)創(chuàng)新、引進(jìn)吸收再創(chuàng)造的方式,并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況,形成一套適合我國(guó)的透水鋪裝的理論和體系。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn):國(guó)辦發(fā)〔2015〕75號(hào)[S].

        [2] 四川省人民政府辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)。川辦發(fā)〔2016〕6號(hào)[S].

        [3] 胡燦偉。彩色透水整體路面對(duì)海綿城市建設(shè)的必要性[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì),2015(7): 10-13.

        [4] 張棟,齊敏.透水磚的優(yōu)勢(shì)及市場(chǎng)前景分析[J].磚瓦,2014(1): 38-40.

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