海綿城市中透水材料綜述

楊志胡

(廣東省建筑材料研究院有限公司)

1 國內外水資源利用情況

20 世紀末，西歐就已經開始重視對于降雨的利用水平，得益于其的氣候特點與環境條件，降雨比較干凈，他們在既有建筑的基礎上，利用管道將降水引入蓄水池，待需要使用的時候，再將所收集的降水通過水泵泵送到房屋各處。

美國、日本、澳大利亞、以及部分北歐國家對水資源的利用起步較早，對我國有很大的啟示作用，不過，城市與城市之間人文氣候的差距大，在借鑒其他國家成果的時候切忌生搬硬套，應當結合我國各地區不同的氣候特點和環境條件進行建設或是升級改造工程。我國國土遼闊，這也是我國在海綿城市的升級和建設面臨的一大難題之一，城市與城市之間氣候條件差距大，可能存在一個成功的施工案例再另外一座城市無法發揮100%的作用的情況，另外一大難題是建設工程需要大量的資金，而短期內經濟收益較低。

自開始提出2012 年“海綿城市”這一概念以來，材料及建設技術研究逐漸深入，伺候，我國先后分兩次公布共計30 個試點城市，目的是解決城建過程中的水的環境、生態以及可能出現內澇災害。據統計，目前試點的城市中，有六成以上曾發生內澇，這其中不乏多個經濟發達的直轄市及省會城市，對雨水的治理水平與經濟發展水平不完全匹配。不過，我國對于海綿城市的建設仍處于初級階段，仍需要建設或升級改造的建設面積約45 平方公里。

2 應用在海綿城市道路建設中的建筑材料

2.1 透水混凝土

透水混凝土是由石或陶粒等粗集料、水泥、添加劑以及摻和料加水均勻攪拌而制成的一種具有多孔隙結構的剛性材料，由膠凝材料將粗骨料表面包覆、粘結而形成一種具孔疏松結構的輕質混凝土材料，具有良好的水、氣通過性。

2.2 透水磚

2.2.1 普通透水磚

將基料混合攪拌、壓制成型、高溫燒制而成，一般用于人行步道及廣場路面鋪設。

2.2.2 高分子纖維混凝土透水磚

花崗巖作為骨料，加入水泥、外加劑及高分子纖維攪拌壓制成型，一般用于市政道路、重點工程、人行道、廣場、停車場等場地鋪設，強度高于普通透水磚。

2.2.3 環氧樹脂透水磚

改性環氧樹脂作為粘結材料摻以骨料、摻和料等經特定加料順序及攪拌工序制成，此產品可作為預制品提前澆筑到現場直接使用，也可以現場澆筑。具有基面平整、色彩多樣的優點。由于造價較高，主要用于城市景觀和高檔住宅步道的鋪設。

2.2.4 砂基透水磚

利用破壞水的表面張力的透水原理，不管是成型方式還是水滲透模型都為國內首創。相比傳統混凝土材料的一些弊端，砂基透水磚可以更好地解決其內部孔隙易被小顆粒阻塞、多孔隙造成的強度偏低以及透水性強時保水性差的技術難題。該材料是以沙漠中常見的風積沙為原材料常溫壓制而成的環保材料，目前已成功運用于多項國家級重點工程。

2.2.5 陶瓷透水磚

采用煤渣、廢瓷粒等工業廢料作為粗骨料，用石、高嶺土、石英、瓷石粉等混合料，通過高溫形成粘結作用而制備成的陶瓷透水磚，具有強度高，透水性好的特點。

2.3 透水瀝青

作表層混合料的瀝青具有大孔隙結構，具有良好的水通過性，可以使積水透過表面的瀝青透水路面到達下一層的功能層，將所透過的雨水貯存備用或者排走。透水瀝青材料經過壓實后空隙率在20%左右，通過這些連通孔隙結構，其實質為單一粒徑碎石按照嵌擠機理形成骨架-空隙結構的開級配瀝青混合料，能夠在瀝青混合料內部形成通道。

3 透水材料的現狀

3.1 透水混凝土的研究與發展

3.1.1 透水混凝土的透水機理

透水混凝土與傳統混凝土不同，拌和過程中不摻入人工砂、天然砂等其他細集料，內部存在大量孔隙存在，不具有傳統混凝土的抗滲性能，降水可通過內部孔隙通過混凝土滲入下層土體或導流系統。

3.1.2 透水混凝土的破壞機理

混凝土石與石之間的通過膠凝材料在其界面之間產生粘結作用，可以對抗較小應力，普通透水混凝土抗壓強度約為30MPa，由于透水混凝土與傳統混凝土內部結構的差異——是否有細集料摻和，粗骨料之間的縫隙沒有砂漿等細集料填充，而是通過界面膠結，導致應力難以在混凝土結構內部發生均勻的傳導，而導致應力基中在粗骨料的粘結面之間，當應力不斷增加時，粘接面之間開始出現裂縫，當應力產生粘結面內部裂縫不斷發展并于透水混凝土本來的空隙聯通后，最終導致透水混凝土的破壞。

3.1.3 透水混凝土的強度及透水性能的影響因素

⑴水膠比

不管是傳統混凝土還是透水混凝土，水膠比都是一個重要的影響因素。

增大透水混凝土的水膠比，其強度為先趨于增強后減小，其孔隙率表現為逐漸趨于減小。水灰比較小時，水泥漿不能夠均勻地包裹骨料，導致骨料與骨料之間的粘結面較薄且不均勻導致強度降低；當逐漸增大水灰比后，漿體流動性增強，可以更均勻地包裹骨料，在骨料與骨料之間形成適中且均勻的界面，可以更好的抵抗外加應力，當水灰比過大，水泥漿流動性過強，附著在骨料上的漿體流失，透水混凝土容易產生離析現象，水泥漿體隨孔隙流淌至透水混凝土底部，導致漿體在底部聚集而上部缺少足夠漿體的情況，造成混凝土整體強度不均勻，從而受力無法在混凝土內部均勻傳遞，最終造成強度降低。

⑵骨料級配

普通混凝土采用的粗骨料一般為粒徑范圍在5～25mm 碎石及II 區中砂配制而成，密實度較好，具有一定的抗滲性能，透水混凝土一般只采用碎石作為粗骨料，粒徑范圍為5～10mm 或5～16mm。由于孔隙的存在，骨料和骨料之間的粘結面較小，如果骨料粒徑過大，一方面，會導致骨料與骨料之間的粘結面過少，無法提供足夠的粘結力，導致在施加外力的時，這些有限的粘結面被破壞之后，就會造成透水混凝土整體破壞；另一方面，粒徑較大的骨料在成型養護過程中，容易使水泥漿順著大孔隙流淌至模具底部，造成混凝土上部缺少膠凝材料，而導致混凝土整體強度不均，不滿足透水混凝土道路的應用要求。所以，在配置透水混凝土時，一般不采用傳統混凝土采用的5～25mm 粒徑碎石，傾向于采用5～10mm、5～16mm 的碎石配置。

⑶膠凝材料

膠凝材料的性質會影響粗骨料與漿液體之間界面的膠結程度。一旦水泥強度等級達不到要求，骨料與骨料膠合的界面在受到內外應力時容易失去膠凝材料的支撐保護，更容易被破壞，骨料與骨料之間失去粘結的介質，進而混凝土整體被破壞，必要時候，可加入膠粘劑增強骨料之間的粘結性能，進而增強混凝土整體的強度。

⑷孔隙率

實驗表明，當孔隙率增大，透水混凝土的透水性能增強，骨料與骨料之間的粘結面減少，抗壓強度減小。

3.2 透水瀝青路面

3.2.1 透水瀝青路面的透水機理

透水瀝青路面存在大量空隙，水可以在連通的空隙中流動，以達到透水效果。按照連通形式可分為：連續空隙、閉空隙和半連續空隙。連續空隙的空隙之間是相互連通的，水可以在空隙之間有效流動，閉空隙是不與其他空隙連通的，孤立的空隙，水無法進入空隙之間有效流動，半連續空隙有一端與其他空隙相連，另一端封閉，在水運動時，無法進行有效流動，但水可以排出，具有一定排水效果，透水性能隨孔隙率的增大而增大。

3.2.2 透水瀝青材料性能的影響因素

⑴瀝青

瀝青應滿足：①與集料有較好的粘附性；②針入點較小，軟化點較高；③具有較好的抗裂性和低溫性能。瀝青的摻量對透水瀝青路面材料起到了重要作用，瀝青用量過大，容易導致析漏；瀝青用量太小，容易出現耐久性能的問題。

⑵骨料

研究表明，2.50～5.00mm 粒徑的骨料多少對空隙率影響較大，該粒徑的骨料用量過多，空隙率減小，骨料與骨料之間難以形成均勻的骨架結構，影響其透水及力學性能；用量過少，空隙率過大，粗骨料之間沒有得到較好的漿體包裹，同樣會影響力學性能。為提高集料與瀝青的粘附性，可加入外加劑和纖維進行增強。

4 總結

海綿城市雨水綜合利用將會是我國可持續性發展的重要一環，城市道路作為其中的最重要的環節，其材料選用及原材料的選擇都是決定透水材料最終應用性能的因素。本文對透水混凝土及透水瀝青中原材料對其性能影響的進行綜述。