海绵城市中透水材料综述

杨志胡

(广东省建筑材料研究院有限公司)

1 国内外水资源利用情况

20 世纪末，西欧就已经开始重视对于降雨的利用水平，得益于其的气候特点与环境条件，降雨比较干净，他们在既有建筑的基础上，利用管道将降水引入蓄水池，待需要使用的时候，再将所收集的降水通过水泵泵送到房屋各处。

美国、日本、澳大利亚、以及部分北欧国家对水资源的利用起步较早，对我国有很大的启示作用，不过，城市与城市之间人文气候的差距大，在借鉴其他国家成果的时候切忌生搬硬套，应当结合我国各地区不同的气候特点和环境条件进行建设或是升级改造工程。我国国土辽阔，这也是我国在海绵城市的升级和建设面临的一大难题之一，城市与城市之间气候条件差距大，可能存在一个成功的施工案例再另外一座城市无法发挥100%的作用的情况，另外一大难题是建设工程需要大量的资金，而短期内经济收益较低。

自开始提出2012 年“海绵城市”这一概念以来，材料及建设技术研究逐渐深入，伺候，我国先后分两次公布共计30 个试点城市，目的是解决城建过程中的水的环境、生态以及可能出现内涝灾害。据统计，目前试点的城市中，有六成以上曾发生内涝，这其中不乏多个经济发达的直辖市及省会城市，对雨水的治理水平与经济发展水平不完全匹配。不过，我国对于海绵城市的建设仍处于初级阶段，仍需要建设或升级改造的建设面积约45 平方公里。

2 应用在海绵城市道路建设中的建筑材料

2.1 透水混凝土

透水混凝土是由石或陶粒等粗集料、水泥、添加剂以及掺和料加水均匀搅拌而制成的一种具有多孔隙结构的刚性材料，由胶凝材料将粗骨料表面包覆、粘结而形成一种具孔疏松结构的轻质混凝土材料，具有良好的水、气通过性。

2.2 透水砖

2.2.1 普通透水砖

将基料混合搅拌、压制成型、高温烧制而成，一般用于人行步道及广场路面铺设。

2.2.2 高分子纤维混凝土透水砖

花岗岩作为骨料，加入水泥、外加剂及高分子纤维搅拌压制成型，一般用于市政道路、重点工程、人行道、广场、停车场等场地铺设，强度高于普通透水砖。

2.2.3 环氧树脂透水砖

改性环氧树脂作为粘结材料掺以骨料、掺和料等经特定加料顺序及搅拌工序制成，此产品可作为预制品提前浇筑到现场直接使用，也可以现场浇筑。具有基面平整、色彩多样的优点。由于造价较高，主要用于城市景观和高档住宅步道的铺设。

2.2.4 砂基透水砖

利用破坏水的表面张力的透水原理，不管是成型方式还是水渗透模型都为国内首创。相比传统混凝土材料的一些弊端，砂基透水砖可以更好地解决其内部孔隙易被小颗粒阻塞、多孔隙造成的强度偏低以及透水性强时保水性差的技术难题。该材料是以沙漠中常见的风积沙为原材料常温压制而成的环保材料，目前已成功运用于多项国家级重点工程。

2.2.5 陶瓷透水砖

采用煤渣、废瓷粒等工业废料作为粗骨料，用石、高岭土、石英、瓷石粉等混合料，通过高温形成粘结作用而制备成的陶瓷透水砖，具有强度高，透水性好的特点。

2.3 透水沥青

作表层混合料的沥青具有大孔隙结构，具有良好的水通过性，可以使积水透过表面的沥青透水路面到达下一层的功能层，将所透过的雨水贮存备用或者排走。透水沥青材料经过压实后空隙率在20%左右，通过这些连通孔隙结构，其实质为单一粒径碎石按照嵌挤机理形成骨架-空隙结构的开级配沥青混合料，能够在沥青混合料内部形成通道。

3 透水材料的现状

3.1 透水混凝土的研究与发展

3.1.1 透水混凝土的透水机理

透水混凝土与传统混凝土不同，拌和过程中不掺入人工砂、天然砂等其他细集料，内部存在大量孔隙存在，不具有传统混凝土的抗渗性能，降水可通过内部孔隙通过混凝土渗入下层土体或导流系统。

3.1.2 透水混凝土的破坏机理

混凝土石与石之间的通过胶凝材料在其界面之间产生粘结作用，可以对抗较小应力，普通透水混凝土抗压强度约为30MPa，由于透水混凝土与传统混凝土内部结构的差异——是否有细集料掺和，粗骨料之间的缝隙没有砂浆等细集料填充，而是通过界面胶结，导致应力难以在混凝土结构内部发生均匀的传导，而导致应力基中在粗骨料的粘结面之间，当应力不断增加时，粘接面之间开始出现裂缝，当应力产生粘结面内部裂缝不断发展并于透水混凝土本来的空隙联通后，最终导致透水混凝土的破坏。

3.1.3 透水混凝土的强度及透水性能的影响因素

⑴水胶比

不管是传统混凝土还是透水混凝土，水胶比都是一个重要的影响因素。

增大透水混凝土的水胶比，其强度为先趋于增强后减小，其孔隙率表现为逐渐趋于减小。水灰比较小时，水泥浆不能够均匀地包裹骨料，导致骨料与骨料之间的粘结面较薄且不均匀导致强度降低；当逐渐增大水灰比后，浆体流动性增强，可以更均匀地包裹骨料，在骨料与骨料之间形成适中且均匀的界面，可以更好的抵抗外加应力，当水灰比过大，水泥浆流动性过强，附着在骨料上的浆体流失，透水混凝土容易产生离析现象，水泥浆体随孔隙流淌至透水混凝土底部，导致浆体在底部聚集而上部缺少足够浆体的情况，造成混凝土整体强度不均匀，从而受力无法在混凝土内部均匀传递，最终造成强度降低。

⑵骨料级配

普通混凝土采用的粗骨料一般为粒径范围在5～25mm 碎石及II 区中砂配制而成，密实度较好，具有一定的抗渗性能，透水混凝土一般只采用碎石作为粗骨料，粒径范围为5～10mm 或5～16mm。由于孔隙的存在，骨料和骨料之间的粘结面较小，如果骨料粒径过大，一方面，会导致骨料与骨料之间的粘结面过少，无法提供足够的粘结力，导致在施加外力的时，这些有限的粘结面被破坏之后，就会造成透水混凝土整体破坏；另一方面，粒径较大的骨料在成型养护过程中，容易使水泥浆顺着大孔隙流淌至模具底部，造成混凝土上部缺少胶凝材料，而导致混凝土整体强度不均，不满足透水混凝土道路的应用要求。所以，在配置透水混凝土时，一般不采用传统混凝土采用的5～25mm 粒径碎石，倾向于采用5～10mm、5～16mm 的碎石配置。

⑶胶凝材料

胶凝材料的性质会影响粗骨料与浆液体之间界面的胶结程度。一旦水泥强度等级达不到要求，骨料与骨料胶合的界面在受到内外应力时容易失去胶凝材料的支撑保护，更容易被破坏，骨料与骨料之间失去粘结的介质，进而混凝土整体被破坏，必要时候，可加入胶粘剂增强骨料之间的粘结性能，进而增强混凝土整体的强度。

⑷孔隙率

实验表明，当孔隙率增大，透水混凝土的透水性能增强，骨料与骨料之间的粘结面减少，抗压强度减小。

3.2 透水沥青路面

3.2.1 透水沥青路面的透水机理

透水沥青路面存在大量空隙，水可以在连通的空隙中流动，以达到透水效果。按照连通形式可分为：连续空隙、闭空隙和半连续空隙。连续空隙的空隙之间是相互连通的，水可以在空隙之间有效流动，闭空隙是不与其他空隙连通的，孤立的空隙，水无法进入空隙之间有效流动，半连续空隙有一端与其他空隙相连，另一端封闭，在水运动时，无法进行有效流动，但水可以排出，具有一定排水效果，透水性能随孔隙率的增大而增大。

3.2.2 透水沥青材料性能的影响因素

⑴沥青

沥青应满足：①与集料有较好的粘附性；②针入点较小，软化点较高；③具有较好的抗裂性和低温性能。沥青的掺量对透水沥青路面材料起到了重要作用，沥青用量过大，容易导致析漏；沥青用量太小，容易出现耐久性能的问题。

⑵骨料

研究表明，2.50～5.00mm 粒径的骨料多少对空隙率影响较大，该粒径的骨料用量过多，空隙率减小，骨料与骨料之间难以形成均匀的骨架结构，影响其透水及力学性能；用量过少，空隙率过大，粗骨料之间没有得到较好的浆体包裹，同样会影响力学性能。为提高集料与沥青的粘附性，可加入外加剂和纤维进行增强。

4 总结

海绵城市雨水综合利用将会是我国可持续性发展的重要一环，城市道路作为其中的最重要的环节，其材料选用及原材料的选择都是决定透水材料最终应用性能的因素。本文对透水混凝土及透水沥青中原材料对其性能影响的进行综述。