透水混凝土在道路排水設計中的應用

周海玲 劉永勝

(1.安徽建筑大學 城市建設學院 ，安徽 合肥 238076；2.合肥市新慶申新型建材有限公司，安徽 合肥 231200)

隨著城市化進程的不斷加快，道路的發展逐漸在我國城市化的發展中起重要作用。且我國的交通事業正處在不斷發展時期，交通科學技術也得到了迅猛的發展，但在道路設計中也涌現出了各種各樣的問題。其中最重要的是道路的排水設計功能不通暢的問題，在城市中經常會出現排水不及時造成內澇的場景，因此，人們在道路建設時也越來越重視公路的排水設計。自新中國成立以來，我國的公路排水工程設計經歷了漫長的發展，已小有規模，特別是透水混凝土的研究發明，將會對我國道路排水設計有著良好的影響。由于這種混凝土中往往不含或只含少量的細骨料，在混合之后就是一層很薄的水泥漿，把粗骨料包裹形成骨架，因此，這種材料具有透氣的性能。把這一性能應用到道路設計中能有效地解決道路排水問題。

1 道路排水設計的重要性

道路進行排水設計，不僅是要選取合適的路面結構材料，同時，也要結合該地區的降雨情況及道路修建當地的氣候等種種因素來設計道路的排水系統。這是因為在我國各個地區，在夏季進行降雨時，雨水只能夠通過道路中的排水系統再排向其他地方。因此，在對道路進行排水設計時，除要先設計好獨特的排水管道，也應該選取合適的道路鋪設材料，如混凝土的種類選取[1]。目前，傳統混凝土在一定程度上并不利于道路排水，這是因為傳統混凝土中含的骨料大部分都是細骨料，并沒有特別大的縫隙給水流經過，這就導致在下暴雨時道路積水緩解不通暢，不利于排水，因此，道路的排水設計應選取合適的混凝土。

目前，在道路排水設計中，最為方便和可靠的就是透水混凝土。透水混凝土有著非常好的透水性能，因此，把透水混凝土應用在道路中能方便雨水的下滲，使雨水不積在道路中，從而方便交通行車安全。由于城市道路的修建改變了區域的自然分布，也使雨水只能透過道路來進行分散，因此，應該加快對道路的排水設計和應用。

2 透水混凝土

2.1 透水混凝土的結構特點

透水混凝土從成分組成上來說，是由粗骨料和其他材料按一定的比例混合而成的。相比傳統混凝土來說，透水混凝土由于不含細骨料或僅有一點細骨料，因此，在結構中間有很多縫隙。除此之外，透水混凝土相比傳統混凝土來說結構還比較輕，并不沉重，這也是由于透水混凝土中含粗骨料縫隙多而造成的。很多城市路面采用的混凝土都是傳統混凝土，雖然能夠使道路更加結實，但有一個致命的特點，就是排水功能不通暢。因此，如果把透水混凝土做成路面，雨水可通過透水混凝土中的縫隙來加速路面的排水狀況，這一特點可以幫助我國很多在夏季容易下特大暴雨的城市解決道路積水的局面。

2.2 我國對于透水混凝土的研究

透水混凝土的最早提出是在國外。最早由英國施工隊偶然之間做了出來，當時英國施工隊在進行混凝土的混合時，恰巧由于細骨料沒有了，而當時的道路建設也十分緊急，并沒有時間再進行骨料的籌集。因此就在水凝土中加入了粗骨料，沒想到這一偶然的添加反而出現了透水混凝土，并且發現這種新型的透水混凝土能夠方便道路的排水。我國對于透水混凝土的研究和應用都比較晚，最早是由中國建筑材料科學研究院首先研制出的。而在透水混凝土的應用方面，則是在2005年北京市某項道路工程中率先使用。此后，人們開始意識到透水混凝土在道路排水系統的特殊作用，能有效地緩解城市中的道路積水等問題，在這之后人們開始廣泛應用透水混凝土[2]。透水混凝土在北京奧林匹克森林公園和上海世博會園區都得到了成功的應用。而我國應用透水混凝土面積最大的則是2009年西安的國家遺址公園中的應用。

2.3 透水混凝土路面與傳統混凝土路面的比較

傳統混凝土路面的特點就是堅固耐用，但這也在一方面反映出傳統混凝土的透水性能非常差。因此，傳統混凝土構成的路面只能夠依靠有限的地下污水管道來進行道路排水功能。這給城市排水系統增加了很多負擔，很容易造成道路排水不及時，從而影響公共交通的狀況。由于傳統混凝土中的雨水下滲直接流入到地下水中，導致目前我國地下水位的不斷下降，因此繼續采用傳統混凝土路面有可能會導致路面發生下陷的情況。除此之外，傳統混凝土路面中的積水與城市中的污染物混合也會嚴重影響城市衛生，給城市綠化帶來很大負擔。但對于透水混凝土路面來說，由于透水混凝土中間幾乎不含有細骨料，雨水可以通過透水混凝土中粗骨料的縫隙來加速排水。因此，相比于傳統混凝土來說，透水混凝土能大大加速道路的排水功能。

3 透水混凝土在道路排水設計中的應用

由于透水混凝土材料的特殊，內部的空隙比較大而且空氣數量也多，所以，采用透水混凝土作為路面結構，能夠使路面具有良好的排水功能。在透水混凝土對道路排水設計應用時，來自清華大學的韓建國教授針對美國某大學的透水水泥混凝土停車場進行了分析和考察，發現這個停車場的混凝土是由透水混凝土和普通混凝土兩者互相建造而成的，并且這兩種混凝土的組成成分都是各自一半。韓建國教授對這個停車場的效應觀察之后發現，晴天透水混凝土路面的性能比較差，較傳統混凝土來說，并沒有較強的抗彎變形性能，在晴天時，透水混凝土經過一定時間的使用，會在表面形成微小的裂縫，因此，透水混凝土并沒有普通混凝土那樣的強度和抗壓能力[3]。相反，在雨天時由于透水混凝土的透氣透水效果非常好，所以路面上幾乎沒有積水。相反觀普通水凝土，由于路面有積水，會給人造成眩光的現象。因此，從這里可以發現在排水性能方面，透水混凝土具有明顯的優勢。但在應用中同樣也發現透水混凝土的優點就是承載力很低，而且表面容易發生出現裂縫的現象。面對這種情況時，在水灰比一定的情況下，應增加水泥的用量，這樣能夠顯著地提高透水混凝土的抗壓能力。下面簡要分析透水混凝土在道路排水設計中的因素和缺點。

3.1 采用透水混凝土對路面進行排水設計的考慮因素

目前，由于我國對透水混凝土的應用并不廣泛，而透水混凝土具備一個顯著的缺點那就是承載能力差，抗壓能力弱，因此，目前我國的透水混凝土并沒有應用在道路的主要干道或是承載道路中，只用于能夠進行景觀的路面。正是因為景觀路面如果有積水，那么將對景觀造成破壞，而把透水混凝土應用到景觀路面中，可利用其滲水性強的特點加速路面排水。目前，市面上把透水混凝土列為一種綠色生態型的混凝土，就是由于透水混凝土有著對城市的強烈生態效果，有利于城市具有良好的生態環境效益，同時，也有利于保護城市中的水資源。

3.2 透水混凝土中對道路排水設計的滲透性和存儲能力

透水混凝土在道路排水設計中應用時，保證滲透性和存儲能力。至少應該保證由于透水混凝土中出現滲透性能力差或是存儲能力不足而導致地下水位徑流過量的問題。所以在對漏水混凝土應用到路面排水設計中時，滲透率必須要滿足該地區道路中所有降水都能滲入到透水混凝土的表面。如假如該透水混凝土的路面滲透率是140L/ (m2.min)，那么在這種滲透率狀況下，在達到所設計的透水混凝土路面的滲透極限之前，最低要容納0.24cm/s的降水。并且為了保證降雨不從透水混凝土的路面蒸發或者消失，也必須要保證雨水能夠在透水混凝土的內部得到一定程度的存儲，并能向路基土進行滲透，一定要選擇透水混凝土滲透率好的土壤來做墊層[4]。

3.3 透水混凝土在道路排水設計應用中的缺點

經過上述的討論，透水混凝土雖然能方便道路排水功能的實現，但相比傳統混凝土構成的道路來說，透水混凝土所構成的道路在一定程度上沒有足夠強的抗壓能力。透水混凝土由于結構特點在力學性能上比傳統混凝土相距甚遠。因此，在透水混凝土道路排水設計應用時，也存在著抗壓能力弱的缺點。如何保證透水混凝土的透水性能，同時又能夠增加透水混凝土的抗壓力度，針對這個問題的應用，目前，我國已有不少研究學者研究透水混凝土各成分的比例混合，想要探討出合適的透水混凝土各成份組成比例，既能使路面透水，同時又能夠提高路面的抗壓能力。除此之外，由透水混凝土構成的路面在道路排水設計應用中，也要注意施工和養護的合理性，出現這種情況也是由于透水混凝土的特殊結構所導致的。因此，目前透水混凝土并沒有被廣泛地應用到承載力比較重的道路上，而往往應用于景區的景觀路面。

在透水混凝土道路排水設計應用中還出現了一個問題，那就是隨著使用時間的不斷增加，透水混凝土的透水性能會有一定程度的下降。這首先是因為透水混凝土的表面由于受到一定程度的磨損，所以磨損后的部分水泥成分會發生掉落和雨水一起發生混合并流入到透水混凝土中，進而堵塞到透水混凝土中的縫隙[5]。眾所周知，透水混凝土主要透水功能的實現就是由于其中粗骨料的縫隙，一旦縫隙堵上，那么就會大大影響透水混凝土的透水功能。除由于透水混凝土本身容易被雨水溶解，進而影響透水功能之外，由于透水混凝土的路面是直接與外界接觸的，因此，外界中的部分污染物也會影響透水混凝土中的縫隙，進而降低透水混凝土的透水功能，所以，為進一步方便偷水混凝土在道路排水設計中的應用，應該研發相應的能夠清理透水混凝土的通孔堵塞的設備。

透水混凝土同時還具有另外的缺點。我國不同氣候條件的地區對道路的要求也不同。我國北方到冬季時氣溫急劇降低，所以，需要道路的材質具有良好的抗凍性能。但透水混凝土的抗凍性能不好，雖然透水混凝土能夠在一定程度上增加道路的排水設計功能，但其他方面也不應該落后太多。

4 結語

綜上所述，通過分析透水性混凝土的結構特點及其應用，可以得出，雖然透水性混凝土能夠對道路有著良好的排水功能，但透水混凝土也有著缺點，即由于透水混凝土構成的道路路面抗壓能力差，這也在一定程度上限制了透水混凝土的路面必須是重載負荷力低的路面。我國對于透水混凝土的應用也并不廣泛，因此，透水混凝土的應用在我國還具有廣泛的前景。而目前我國只有特大城市在道路建設排水設計時應用了透水混凝土，而其他二三線城市并沒有開展對透水混凝土的應用。因此應加大對透水混凝土的相關研究，早日研制出抗壓能力強又能夠方便道路排水的透水混凝土的材質混合比例。