梁義婕 任霞 李莉

摘要：海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的"彈性"，也可稱之為“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現(xiàn)海綿功能的重要手段。文章針對目前市面上常用的透水材料的性能等方面展開研究、分析，為以后透水材料的研究、應用提供方向。

[基金項目]四川省建筑設計研究院有限公司院內科研項目（項目編號：KYYN202011）

[作者簡介]梁義婕（1983—），女，本科，高級工程師，一級注冊建筑師，研究方向為建筑工程研究和設計。

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。

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

2013年中央城鎮(zhèn)化工作會議，習總書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，國務院辦公廳印發(fā)《關于推進海綿城市建設的指導意見》，提出了“到2030年城市建成區(qū)80 %以上的面積達到將70 %的降雨就地消納和利用”的目標要求。

四川省政府辦公廳2016年2月印發(fā)了《關于推進海綿城市建設的實施意見》，根據(jù)《實施意見》，我省將統(tǒng)籌推進6類重點項目建設：努力推進海綿型建筑與住宅小區(qū)建設，抓好海綿型城市道路和廣場建設工作，強化海綿型公園綠地建設，扎實開展公共服務設施海綿體建設，加強城市排水防澇設施建設，抓好城市水系的保護和修復工作。

海綿城市建設六字方針“滲、蓄、滯、凈、用、排”。構建海綿城市的第一步就是“滲”。可以避免地表徑流，減少從水泥地面、路面匯集到管網(wǎng)里，同時涵養(yǎng)地下水，補充地下水的不足，還能通過土壤凈化水質，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，改進路面材料，推廣透水材料路面材料是海綿城市建設主要抓手。

2 透水材料的定義

透水性材料一般是指能夠使雨水通過，直接滲入路基的材料，具有使水還原于地下的性能，共同特點是降水可以通過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

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，由此產生了許多負面影響。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。

（2）硬化地面難以與空氣進行熱交流、水分交換，對空氣的濕度、溫度調節(jié)都不足。加上高反射率，在大量吸收、儲存太陽輻射熱之后，又將其釋放出來，形成我們常說的“熱島效應”。

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

（4）暴雨季節(jié)，雨量過度造成硬化地面積水、內澇，影響人車出行，甚至造成交通隱患。而我國城市基礎設施發(fā)展滯后，使得暴雨時節(jié)城市排水設施無法有效滿足排水及防洪需求。雨水即使順利通過地下水設施流入河流，也將路面污染物隨之注入河流，造成二次污染。

（5）硬化路面車輛行駛時噪音較大，雨天易形成積水飛濺，平時容易形成揚塵，對人的危害很大。

3.2 透水路面的優(yōu)點

（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。

（3）有效解決汛期的城市內澇，河流泛濫和水體污染，減輕城市排水設施的負擔。

（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，雨天路面無積水避免輪胎與路面的水膜形成，縮短剎車距離提高行車安全性。

（5）色彩豐富，可鋪設出格調高雅的城市景觀道路。

4 主要透水材料分析

根據(jù)近年來的不斷研究，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。其中工程項目中運用最廣泛的材料為：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專業(yè)機械壓制而成的多孔混凝土，通常造價較低，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、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，然后進行攤鋪和碾壓，形成具有一定強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-空隙結構，粗集料所占比重較大，約占集料總質量80 %～85 %的運用，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。透水瀝青也滿足車行道路要求，所以適用于行車道、公交車專用道、路口、高速公路服務區(qū)等重載交通路面。

4.2.1 主要優(yōu)點

（1）透水性：透水速率：不小于0.1 ml/min·cm3。

（2）抗壓強度較高，經國家檢測機關鑒定，透水混凝土的承載力能夠達到C20～C25混凝土的承載標準。

（3）防滑性能好。防滑性BPN=50～60。

（4）耐磨性能好，磨坑長度不大于35 mm。

（5）色彩豐富，可定制。

4.2.2 主要缺點

（1）耐高溫性差，夏天爆曬下易軟化，會揮發(fā)難聞氣味。

（2）耐久性較差。顏色容易掉色，一般是使用5年以后顏色就會逐漸淡化。

（3）透水瀝青由于要求長期的透水，其結構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瀝青膠黏劑的要求很高，否則長期的雨水浸泡容易出現(xiàn)脫膠的現(xiàn)象。

4.3 透水混凝土

透水混凝土又稱多孔混凝土，無砂混凝土。是由骨料、水泥、增強劑、和水拌制而成的一種多孔輕質混凝土，他不含細骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構， 故具有透氣、透水和重量輕的特點。透水水泥混凝土分為面層和基層。面層采用細骨料，厚度在3～5 cm，添加環(huán)氧樹脂膠黏固，完成面刷深層滲透反應型耐磨強固劑，可添加不同調色劑;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，滿足主要滲入功能。

4.3.1 主要優(yōu)點

（1）透水性：透水速率：0.5～0.86 ml/min·cm3。

（2）抗壓強度較高，經國家檢測機關鑒定，透水混凝土的承載力能夠達到C20～C25混凝土的承載標準。

（3）防滑性能好。防滑性BPN=50～60。

（4）耐磨性能好，磨坑長度不大于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，能夠配合設計師獨特創(chuàng)意，實現(xiàn)不同環(huán)境和個性所要求的裝飾風格。

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

4.3.2 主要缺點

（1）初期造價比普通混凝土高2～4倍，但是經過長期的發(fā)展和研究，價格也在降低，預計比普通混凝土貴20～50元/m2。

（2）耐久性較差。顏色容易掉色，一般是使用5年以后顏色就會逐漸淡化。

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

（4）由于采用開級配混合料，抗疲勞強度較低。

4.4 透水磚

工程中應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，壓制成磚坯，表面細膩均勻;陶瓷型透水磚將相近粒徑的陶瓷碎片顆粒壓制后，通過高溫高壓燒結形成磚體，抗壓強度高。

4.4.1 陶瓷透水磚

采用礦渣廢料和陶瓷廢料為原料，經二次布料，一次成型，燒成溫度1 200 ℃以上，燒成時間8～12 h。

主要優(yōu)點

（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）抗壓強度較高，通常不小于35 MPa。抗折強度不小于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，單塊質量損失率不大于5 %，強度損失率不大于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、過火矸等工業(yè)廢料生產，而且可重復利用。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，雨后水吸滿滲透入地，滋養(yǎng)地氣、涵養(yǎng)水源、對樹木和花草提供水分;在陽光強烈時，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，以有機粘結劑為主要粘結材料，經免燒結成型工藝后制成，具有透水功能的路面磚。目前透水砂基磚的現(xiàn)行行業(yè)標準為JG/T376-2012《砂基透水磚》。

4.4.2.1 主要優(yōu)點

（1）傳統(tǒng)透水磚靠內部大空隙透水，使用時間長后容易堵塞。砂基透水磚內部為微空隙結構，不容易堵塞。透水依靠改變沙子表面特性，同時也改變水的表面張力，達到快速透水。

（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）抗壓強度較高，通常不小于30 MPa?？拐蹚姸炔恍∮?.5 MPa。

（5）防滑性能好。防滑性BPN不小于70。

（6）耐磨性能好，磨坑長度不大于35 mm。

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

4.4.2.2 主要缺點

（1）表面容易泛堿：當透水地坪繼續(xù)硬化干燥時，結構內部含氫氧化鈣濃度較高的游離水就會逐漸沿透水磚毛細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)生化學反應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）透水時效因磚而異，空隙容易儲存臟污，當臟污累積到一定程度時會堵塞表面，嚴重降低透水性。

4.5 透水塑膠

塑膠常用于運動場地，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，導致面層塑膠材料在降雨后將長時間浸泡雨水中，不但場地無法快速干燥，同時面層材料也容易浸泡后損壞。因此透水塑膠主要是對普通塑膠場地的基層材料進行改良。透水塑膠主要用于慢行騎車道或兒童活動場地，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)地質條件而定。透水塑膠的應用，可使塑膠場地快速干燥并得以使用，同時也大大增加了場地的耐久性。

5 透水材料目前存在的問題

目前透水材料的種類繁多，各種質量參差不齊，總體上來講目前透水鋪裝還存在一些亟待解決的問題，歸納為5點：

（1）造價普遍比傳統(tǒng)材料高，此因素造成了目前透水材料產品質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年以后顏色就會逐漸淡化。

（3）透水材料一般是靠內部孔隙進行透水，所以透水材料表面呈顆粒狀，不夠平滑，容易儲存臟污，當臟污累積到一定程度時會堵塞表面，從而對其透水性造成巨大的影響，需要定期用高壓水槍沖洗。但是目前國內的透水鋪裝的維護保養(yǎng)幾乎全無，導致孔隙堵塞問題無法解決，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)性和無污染問題;透水鋪裝墊層下面土壤的透水性問題。目前，大多數(shù)城市都增設了透水鋪裝，特別是城市道路邊人行道的透水鋪裝隨處可見，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）國內目前透水性鋪裝的施工質量不容樂觀，很多名為透水性鋪裝實際并不透水或透水性很差。究其原因，一方面是施工單位對于透水性鋪裝的特殊要求缺乏足夠的了解;另一方面是我國目前還沒有制定出相關的透水性鋪裝施工驗收規(guī)范，現(xiàn)行的地面鋪裝施工驗收規(guī)范中很多內容不適合透水性鋪裝的特殊要求。

6 結論

透水鋪裝是使硬化土壤實現(xiàn)海綿功能的重要手段。所有道路平臺的鋪裝理想狀態(tài)應該是透水透氣、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。隨著我國海綿城市建設的進程，國家節(jié)能減排政策的進一步推進，透水材料在未來10～20年內具有廣闊的前景。通過本文前述對各種透水材料的分析，可以得出結論：

（1）不透水路面已經無法滿足目前城市建設的發(fā)展理念，不利于解決城市內澇和熱島效應等問題。而透水路面則可以彌補前者的不足之處，符合國家生態(tài)文明指導下的工程建設理念。

（2）目前我國對透水鋪裝的材料、施工、養(yǎng)護、驗收等方面的經驗和規(guī)范均還存在較大的不足和空白，可通過創(chuàng)新、引進吸收再創(chuàng)造的方式，并結合我國的實際情況，形成一套適合我國的透水鋪裝的理論和體系。

參考文獻

[1] 國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見：國辦發(fā)〔2015〕75號[S].

[2] 四川省人民政府辦公廳關于推進海綿城市建設的實施意見。川辦發(fā)〔2016〕6號[S].

[3] 胡燦偉。彩色透水整體路面對海綿城市建設的必要性[J]. 生態(tài)經濟，2015（7）： 10-13.

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