大孔隙沥青混凝土在海绵城市中的应用

2019-03-19刘浩印

产业与科技论坛 2019年16期

□刘浩印

一、海绵城市

(一)海绵城市出现的背景。近几十年来，我国城市化进程不断推进，现如今，随着城市人口增长，人们对于城市建设的要求也不断提高。目前城市发展过程中存在许多严重的问题，特别是城市的干旱或者内涝问题十分突出。由于现在的城市路面硬化，到处都是不透水的材料铺装，一遇降水，不能及时将水渗透到地下，导致出现地表径流，同时又不能补充地下水，地下水位会越来越低，这就改变了区域原来的水文特性，破坏了原有的生态平衡，非常不利于城市的可持续发展。在此情况下，能够在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水并且必要时可以放水的海绵城市便应运而生了。

(二)海绵城市概述。海绵城市，又名“水弹性城市”，是指城市可以像海绵一样，在环境变化时可以表现出优良的“弹性”，在雨天储水，缺水时“释放”水并加以利用，逐步改善甚至恢复城市的自然生态平衡，它是一种新的城市建设概念。

二、大孔隙沥青混凝土

(一)大孔隙沥青混凝土的简介。与水泥混凝土路面相比，沥青混凝土路面具有较大的优势，例如其具有更良好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、耐疲劳性和行车舒适性等优点。而当沥青混凝土的孔隙率较大、透水性较好时，就称之为大孔隙沥青混凝土。

大孔隙沥青混凝土路面的研究最早开始于20世纪80年代的德国等欧洲国家，欧洲国家主要看重了大孔隙沥青混凝土的排水、抗滑与降噪功能，美国研究的OGFC则是看重其抗裂、抗车辙能力，此外日本还考虑了涵养水源与改善生态等功能。

(二)大孔隙沥青混凝土的特点。

1.大孔隙沥青混凝土的主要特点是有很强的透水性能。由于此类沥青混凝土的孔隙率比较大，水可沿着混合料中连通的孔隙流走，因此这类路面对雨水有良好的渗透效果，从而可以提高雨天的抗滑性和雨天车辆的行驶速度。此外，大孔隙沥青混凝土路面减少了雨天路表积水，因而减少了雨天行车时引起的溅起水雾，提高了雨天行车时的能见度，使得司机在雨天行车更安全。

2.车辙试验表明，大孔隙沥青混凝土还具有更好的高温稳定性。沥青路面高温稳定性是混合料在荷载下抵抗永久变形能力。孔隙率较大的沥青混合料容易产生压密变形,可通过增加其密实度来增加矿料颗粒间的接触压力,从而提高其抗车辙能力。

3.大孔隙沥青混凝土要求有良好的水稳定性。大孔隙沥青混凝土主要用于雨天排水，因此材料的水稳定性是其重要性能之一。选用沥青时多用粘度高的沥青，并掺入适量的抗剥落剂，此外，选用集料时要求采用憎水亲油的碱性集料。

4.由于孔隙率比较大，这种沥青混凝土路面具有较好的透气性。在天气干燥时可以将路基、路面中的水蒸发到空气中，增加了城市空气的湿度。

5.大孔隙沥青混凝土路面有优良的抗滑性能。大孔隙沥青混凝土属于骨架空隙结构，粗集料紧密相连，石料互相嵌挤形成骨架，在路表有较深的构造深度，路表面摩擦因数增大，抗滑性能因此较好。

6.大孔隙沥青混凝土路面还可在一定程度上降低噪声。噪声污染是环境污染的一个很重要的方面，尤其在车多人多的城市中，噪声污染十分严重。而有研究表明，大孔隙沥青混凝土路面可以显著降低汽车行驶时产生的噪声，吸声系数可达0.427，因此这一特性也受到广泛关注。

三、大孔隙沥青混凝土在海绵城市中的应用实例与研究现状

(一)国外。

1.应用实例。从20世纪80年代开始，英国开始在国内铺筑大孔隙沥青混凝土试验路，来研究此类路面的降噪效果以及耐久性。出于环境保护的需要，奥地利在许多经过城镇的道路上铺筑了大孔隙沥青混凝土路面，10多年前就已有650万m2之多，并且要将此路面应用于城市道路。荷兰每年铺设大孔隙沥青混凝土路面250m2，有15.4%的汽车专用道铺设了此类路面。

2.研究现状。国外专家Benedetto A等通过应用格子Boltzmann方法成功模拟水在大孔隙沥青混合料内的流动，进而研究了大孔隙沥青路面的渗透特性。Randall J等人通过建立排水沥青路面的排水模型，对排水沥青路面的排水性能与降雨强度、路面坡度、排水路径长度等因素的关系进行了数学分析。

(二)国内。

1.应用实例。2008年修筑的宁杭高速公路二期工程，全长20.9公里，采用的就是排水的大孔隙沥青路面，该路面为双向六车道，全部铺装面积约30.3万平方米，是我国最大的大孔隙沥青混凝土路面工程。2012年建成的合肥新桥国际机场高速公路，全长17.6公里，其中K1+500—K15+200段为全封闭、全立交双向六车道高速公路，采用大孔隙沥青混凝土的透水路面，是安徽省第一次大规模使用排水性路面这种新型的路面结构形式。

2.研究现状。2013年，李荣基于多孔介质理论分析路面的渗流特性，通过Abaqus模拟出了路面在雨水渗透过程中内部结构的变化。2015年，王玉峰等分析了排水沥青路面的排水过程，得到了排水沥青路面的排水设计方法，这种设计方法考虑了路表水膜厚度、退水时间、排水设施泄水能力这三个指标。

四、大孔隙沥青混凝土在海绵城市中的作用与意义

大孔隙沥青混凝土路面作为一种结构形式，与海绵城市建设理念十分契合。使用大孔隙沥青混凝土来铺设城市街道，可以在雨天减少地面积水，降低城市道路产生的噪声，补给地下水，扩大了城市的透水、透气面积，同时降低了地表温度，极大地改善了城市的“热岛现象”。在雨天收集来的雨水还可用于居民冲厕、小区绿化以及喷泉等，有效地利用了雨水资源，缓解城市水资源压力。此外，大孔隙沥青混凝土路面的应用可以显著改善城市地区的水文生态，保护水生动植物的栖息环境，减少水污染，雨水不再是污水的一种，经土壤净化后可形成地下水。