砂基在透水路面鋪裝的應用研究
2023-11-14 18:56:03
在中國快速地城市化進程之中，農(nóng)村城市化、城市現(xiàn)代化帶來了硬質(zhì)路面的不斷增加，導致城市內(nèi)澇等一系列問題凸顯，不斷涌現(xiàn)出“到某某城市看海”“城市必備的交通工具還需一條船”等幽默又無奈的段子。
隨著城市內(nèi)澇的凸顯，海綿城市建設進程不斷被加快推進。據(jù)有關研究表明，采用透水鋪裝的路面或廣場，雨水的滲透率可由20%以下提升到70%以上，因而在海綿城市建設過程中，城市道路廣場往往通過透水鋪裝來增加雨水的滲透率，同時滲透過程中還能有效降低雨水徑流中的污染物，補充地下水源，實現(xiàn)水資源的有效利用。
透水鋪裝是實現(xiàn)雨水自然滲透地下的重要手段之一，同時也是海綿城市建設的關鍵技術。通過鋪設透水磚、透水混凝土、砂基等透水材料，大大增加了雨水的滲透率，減少雨水徑流的匯集和積存，有效緩解城市內(nèi)澇，解決了由于城市化硬質(zhì)路面帶來的各種問題，破解城市“不會呼吸的痛。”
一、常見的3種透水鋪裝
建設海綿城市，必不可少的是利用透水性材料。透水性材料能充分發(fā)揮自身的優(yōu)點，使雨水能更好的進行存儲、滲透，并能對徑流雨水中不同種類的污染物有一定程度的凈化作用，滿足海綿城市對材料的要求。因此，透水性材料被廣泛研究。透水性材料主要包括三種：透水瀝青混凝土(a)、透水混凝土(b)和透水磚(c)，如圖1所示。
透水瀝青混凝土，選配具有一定級配組成的骨料與一定比例的路用瀝青材料混合，然后利用瀝青攤鋪機、壓路機完成。其孔隙率比透水磚大些，壓實后的透水瀝青混凝土路面孔隙率可達20%，透水系數(shù)＞0.5mm/s。比較完整性，無裂紋。但由于其孔隙率高，在使用過程中，其空隙很容易被堵塞，故需要定期維護，維護成本也較高。
透水混凝土，以水泥、骨料為主要原料，輔加一些外加劑（如減水劑、增強劑等）在水的拌制而形成的多孔混凝土。其依靠骨料間的孔隙而實現(xiàn)透水，透水系數(shù)＞0.5mm/s。通常可以在其中可以加入一些顏料，使其達到色彩斑斕的效果。其完整性較好，結構簡單。但也容易堵塞。另外，遇空氣或者土壤中的水汽，硅酸根離子會發(fā)生水解，生產(chǎn)的氫氧根會與金屬離子形成溶解度較小的氫氧化物，當遇到氣溫升高，水蒸氣蒸發(fā)，氫氧化物會析出，日積月累，透水混凝土表面會發(fā)生泛白、甚至起皮或脫落，也就是所稱的泛堿現(xiàn)象。另外由于強度有限，透水混凝土只適合輕載運輸。
普通水泥基透水磚，以無機非金屬為主要原料，通過成型等工藝處理后制成，具有較大滲透性能的鋪地磚。其透水系數(shù)＞0.1mm/s。優(yōu)點是低成本，維護簡單。但是其透水性差，完整性差，僅適合輕載運輸。
二、砂基透水鋪裝解析
砂基透水磚，作為透水磚中的一種，因其綜合性能好備受青睞。根據(jù)建筑工業(yè)行業(yè)標準《砂基透水磚》（JGT376-2012），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(jīng)免燒結成型工藝后制成，具有透水功能的路面磚。此外，還包括一些主要性能：透水速率≥1.5 mL/(min·cm2)，透水時效≥10次，濾水率≥90%，防滑性BPN≥70，保水率≥0.06 g/cm3，磨坑深度≤35mm，以及較好的耐候性（外觀無破壞，色差≥3級）。
砂基透水磚將天然高硅砂作為材料，砂基透水路面可以使用砂基透水磚鋪裝而成，或是由砂基透水材料現(xiàn)澆而成，其應用非常廣泛。
砂基透水路面是一種經(jīng)合金化的高分子粘結劑與精致石英砂混合壓實的路面，具有高強度和高耐久性、表面多孔且細密，透水率高。被廣泛應用在各大商場、公園等。如圖2和3。在東原湖山樾，中航小鎮(zhèn)、悅來會展城、成都上都陽光和龍湖時代天街等公園、商場、馬路都鋪裝有砂基透水材料。其廣泛的應用，不僅美化了城市，為人們帶來便利，還有助于建設海綿城市，構建和諧可持續(xù)發(fā)展社會。
透水時效性長
傳統(tǒng)透水混凝土依靠重力式透水，必然需要大量貫通孔徑存在才能保證透水率，因此塵埃極易深入孔洞并堵塞全截面而造成無法清洗恢復；而砂基透水路面因其并不依靠重力式透水，內(nèi)部孔徑<1μm，塵埃無法進入透水結構內(nèi)部，有效的解決了上述問題，如圖2是砂基透水路面使用情況，一年后，雖然表面很臟，對其進行簡單清洗，依然能煥然如新，保持良好的透水性能。
結構決定性能，性能決定用途，所以從砂基透水材料的結構和組成來看。砂基透水路面是利用高分子樹脂（如圖5(a)）作為粘合劑，均勻的包裹在沙粒的表面，利用樹脂膠自身的特性，通過其自身的化學反應生成大量三維網(wǎng)狀的親水性基團，從而實現(xiàn)破壞水的表面張力，賦予其極強的排水、濾水功能。
實踐是用來檢驗真理，對砂基透水材料進行透水性測試，按照混凝土磚的檢測方法，如圖5(b)。自排濾水地面系統(tǒng)透水系數(shù)可達到5mm/s，是國家標準的10倍。而真實降雨的情況下，其透水效率會更高，因為其本身并不依靠孔隙透水，核心性能在于能夠破壞水的表面張力，實現(xiàn)以分子膜鋪展?jié)B透基體。
濾水性能強 接近凈水器標準
為了檢測砂基透水材料對污水的凈化作用及過濾孔徑大小。通過對不同固含量，不同物質(zhì)、不同粒徑粉體過濾前后的粒度分布測量，判定材料過濾孔徑的大小。如圖6，試驗中實現(xiàn)1.0 μm以內(nèi)的過濾，接近于凈水器的標準。
良好的裝飾性
凝膠材料以其獨特的性能，可以通過加各種顏料，按一定的比例配制出各種鮮艷色彩的砂基透水材料，完全達到彩色漆的水平，如圖7，表明其具有較好的裝飾性。
抗折抗壓 耐磨防滑
對砂基透水材料還進行關鍵物理性能測試，包括抗壓、抗折和耐磨性能測試。如圖8。通過測試，其結果都能優(yōu)于標準，表明具有良好的物理性能，可用于路面的鋪裝。
后期易維護
砂基濾水路面由于其表面較致密，絕大部分泥塵無法進入其內(nèi)部孔隙。泥塵會板結于表面之上，可以利用高壓水槍沖洗產(chǎn)生的反涌作用能方便的清洗。
砂基透水路面區(qū)別于普通水泥路面和瀝青路面， 砂基本身具有耐酸、耐堿、耐溶劑的特性，因此對于不同的污染物可以采取不同的措施，以獲得最佳的清理效果。
由于底層透水混凝土是堿性的，因此不宜采用酸性過強的清洗劑，宜采用中性或堿性的清洗劑。對表面因水泥等堿性硬化物造成污染的，也可以采用鹽酸清洗， 但清洗后需盡快沖洗表面干凈，減少酸性在底層混凝土上的停留時間。
由于整個路面是透水結構，普通的水溶液清潔劑易透過表面直接流走，容易造成清浩劑浪費，因此宜購買市場上增稠過的清潔劑，或在水溶液、有機溶劑中加入增稠劑即可，這樣可以將更多的清潔劑作用在受污染區(qū)域， 提高清潔效果和節(jié)省清潔材料。