海绵城市建设中透水性铺装材料的应用

徐天黎

（南京环宇建筑设计院，江苏南京 211500）

海绵城市是一种新型的城市雨洪管理概念，主要指城市在建设和发展过程中，能有效地适应周边的环境变化，并应对雨水带来的自然灾害，使城市建设具备一定的“弹性”，实现城市水资源的良性循环。通过应用透水性铺装材料，海绵城市建设能在雨季时实现对水的吸收和渗透，同时具有雨水净化以及积蓄的功能。在城市干旱季节，可以释放雨季储存的雨水并加以应用。传统的城市建筑中雨水大多通过城市排水系统排出，但在降雨高峰期，城市周边河流排水压力巨大，可能会导致城市内部的排水功能持续降低，从而引发城市内涝。而应用透水性铺装材料建设海绵城市，能够实现对雨水的渗透、滞留、存储，建设良性的城市水循环系统。

1 海绵城市的概述以及国内外海绵城市的发展现状

1.1 海绵城市的概述

在《2012 低碳城市与区域发展科技论坛》中，海绵城市这一概念被首次提出。2 年之后，我国住房以及城乡建设部正式颁布了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》，在该文件中给予了海绵城市新的定义。海绵城市其实本身就是一种象形化的表达，是指城市能够像海绵一样具有吸收雨水并且储存雨水的功能，并在城市化建设和发展的过程中更好地适应外界环境的变化，使得城市建设能够轻松地应对洪涝、干旱等常见自然灾害。海绵城市建设过程中，离不开对透水性铺装材料的应用，通过铺面透水性地层，能够使城市在雨水充沛的季节自行吸收渗透雨水，在雨水充沛季节存储足够的水分后，在干旱季节释放存储的水，提升水资源应用效率。建设海绵城市的主要目标是确保城市水系统的良性循环，同时，有效提升城市水系统对于城市的服务功能，极大减少城市内涝以及干旱等多类型灾害的发生，综合提升城市的抗灾以及建设能力。

1.2 海绵城市的建设以及发展现状

2015 年，我国国务院正式印发了《关于推进海绵城市建设的指导意见》，该指导意见中明确指出，通过建设海绵城市能够极大地减少我国在城市化推进过程中对周边生态环境带来的影响，海绵城市投入应用后，预计能够将雨季70%的雨水在区域内部消纳并加以利用。截至2020 年，我国已建成的城市区域中有20%以上都已经达到海绵城市建筑的要求，预计到2030 年，会实现城市建成区80%以上的面积达到海绵城市的建设要求。当前，我国在规划海绵城市建设过程中，已经将16个城市作为国家财政部门支持的海绵城市建设试点，而在建设过程中对于透水性铺装材料建设地层是解决城市在建设过程中的水循环以及内涝问题的关键切入点。

当前，很多西方发达国家如美国、德国、澳大利亚在海绵城市的投入以及建设方面已经具备了超过30 年的经验，同时，开发和建设的技术相对较为先进。尤其是德国在海绵城市建设过程中，更好地实现了对于雨水的存储、管理、净化以及利用等多方面的功能，这些国家在海绵城市建设方面的专业化程度较高，当前在德国的城市道路中，已经有90%以上的面积采用了透水性铺装材料，极大地提升了城市内部的抗涝功能[1]。

2 透水性铺装材料在海绵城市建设过程中的应用

海绵城市建设过程中，主要是将透水性铺装材料应用在城市道路建设、城市绿地建设以及大型广场建设等区域。通过应用透水性铺装材料，雨水能够直接透过铺装材料渗透到土壤层中，这也是城市实现对雨水自然吸收以及自然渗透的前提条件。相比普通的硬质路面，透水性铺装材料具有更好的环保性、渗透性以及弹塑性，当前，在海绵城市建设工程中，最为常见的透水性铺装材料有透水性水泥混凝土、透水性沥青、透水砖、再生透水性木材和卵石等材料。

2.1 透水性沥青材料在海绵城市建设中的应用

透水性沥青材料主要是以沥青作为凝胶材料，将沥青与粗骨料经过科学配比混合配制而成。透水性沥青材料主要应用于城市机动车道路的建设，在建设过程中需要控制沥青粗骨料之间的孔隙率，将空隙率控制在18%～23%。当透水性沥青材料运用在非机动车道的建设时，应适当降低沥青和粗骨料之间的空隙率。沥青材料本身就具有耐久性较差的缺陷性，以这种材料作为建设原材料铺设的道路受周边温度环境影响较大，尤其是在温度升高时，沥青材料容易软化，会直接影响沥青路面的透水性能。由此可见，如何能够在保障孔隙率渗透性的前提条件下，有效提升渗透性沥青材料的热稳定性，是保障透水性沥青铺装路面具备良好渗透性的关键切入点[2]。因此，在配制透水性沥青材料时，应选择针入度较小、软化温度点较高并且延伸度良好的高黏性改性沥青材料。相比透水性水泥混凝土路面，采用透水性沥青材料铺装城市路面投入的成本较高，但是透水性沥青材料在应用过程中具有较高的强度，并且应用沥青的延展性特征也能使路面更加平整无瑕，有效降低了行车过程中的震动噪声。由于透水性沥青材料独特的优越性，当前，这种材料已被广泛应用于市政道路及高速公路的建设过程中[3]。

2.2 透水砖在海绵城市建设中的应用

透水砖是海绵城市建设过程中最为重要的构成部分，采用透水砖这种铺装材料，能够建设柔性铺装结构，进而为路面后期的维修以及检查工作提供极大的便利，相比于透水性混凝土铺装结构，透水砖铺装结构具备更高的强度。因此，这种材料在城市的道路建设、大型广场建设、停车场建设以及多种路面铺装结构中具有广泛的应用价值[4]。

2.2.1 混凝土透水砖的应用。混凝土透水砖主要是由河沙、水泥、水以及透水剂按照科学的比例搅拌配制而成，通过骨料之间点接触的方式形成了混凝土骨架，然后再用水泥胶膜将骨料颗粒均匀地包裹起来，使得这些骨料颗粒之间相互粘结，从而形成多孔型堆聚式的结构。混凝土透水砖的内部留有大量能够相互连通的空隙。在雨季时节，城市积水就可以通过这些相互联通的空隙直接渗入到地下水系统中。混凝土透水砖相比于陶瓷透水砖以及缝隙透水砖，在生产过程中投入的成本较低，并且制作及后期铺装的流程较为简洁，当前混凝土透水砖以其独特的优越性已广泛地应用于我国车行道、人行道建设以及广场园林建设中[5]。

2.2.2 陶瓷透水砖的应用。陶瓷透水砖主要是指利用工业生产后产生的废弃物、建筑后的垃圾、废置玻璃等多种材料，通过振动破碎以及筛分工作将不同直径的颗粒进行集配后形成不同的颗粒等级，在这些颗粒集配中添加有效的结合剂后，经过成型、烘干以及高温烧结，最终制作出优质的透水性建筑材料[6]。陶瓷透水砖在烧制的过程中需要较高的温度，通常情况下，超过1200℃以上才能烧制出质量合格的陶瓷透水砖，烧制时间控制在8～12h，成型后需要1600t 的压力才能形成强度较高、抗冻性能较好、透水性良好的铺装材料，这种材料能够重复利用，具有极高的利用价值，并且兼具生态环保的作用性能。陶瓷透水砖相比于混凝土透水砖，在生产过程中对于设备以及工艺的要求较为严格，投入的生产成本较高，因此，这种陶瓷透水砖通常情况下只能应用于人行道的铺装工作中[7]。

2.2.3 植草砖。植草砖是一种由水泥、河沙等其他原材料经过高压以及蒸养而形成的透水性铺装材料，具有免烧的特性。植草砖在海绵城市建设过程中具有较高的抗压性能，并且铺设在区域范围内使得地面的稳固性良好，植草砖能够在确保绿化面积的前提条件下，使得绿化区域能够经受行人以及车辆的碾压而不遭到损坏。这主要是由于植草砖中草的根系在植草砖的下方，即使受到上层压力也不会遭到破坏。植草砖在海绵城市建设过程中的应用，不仅能够有效增加城市的绿化面积，达到建设生态城市的发展目标，同时，还能缓解停车位置少的问题，因此，在海绵城市建设过程中得到了广泛的应用[8]。

2.3 自然型透水材料在海绵城市建设中的应用

卵石、木材等天然型的材料都属于自然型透水铺装材料的应用范畴。其实，早在古代就已经有将卵石作为透水性铺装材料的实践案例，这种透水性铺装材料的应用具有悠久的发展历史。例如，法国战神广场中就采用卵石铺设在草地之间，卵石小径与绿色草地相得益彰，不仅体现出了建设的美感，同时使德城市广场具有良好的透水性能。再如，我国苏州园林经常会应用卵石铺地，这种卵石路径与周围的环境配合得十分巧妙，不仅彰显了我国苏州古典文化的韵味，同时，卵石之间的空隙本身就能够达到透水的目的。卵石铺装材料主要选取直径大小均匀的卵石散落在路面中铺成小路，在铺设过程中应用素土夯实的方法，选取颗粒直径为50～80mm 的鹅卵石，并采用科学配比的水泥砂浆，将卵石固定在路面中。除此之外，木材也可以作为自然型透水铺装材料应用在我国道路的建设工作中。但是，木材受到周边温度以及湿度的影响容易被腐蚀，因此，在采用木材作为自然型透水铺装材料的建设工作中，需要对木材进行防腐处理。当前，我国有许多邻水景观的设计工作中，已经大量应用了经过防腐处理的木材。防水性木材应用在邻水景观的设计工作中，不仅能凸显出相得益彰的设计美感，同时也能更好地满足人们对自然景观的建设需求[9]。

2.4 透水性水泥混凝土铺装材料在海绵城市建设中的应用

透水性水泥混凝土材料主要是由粗骨料、水泥以及水通过科学的比例搅拌而成，透水性水泥混凝土铺装材料是一种具有较多孔隙并且质地较轻的混凝土材料，在配置过程中，内部不含有细骨料或只采用少量的细骨料[10]。透水性水泥混凝土材料的配比原理主要是在粗骨料的表面包裹一层薄且均匀的水泥浆，通过粗骨料与水泥浆之间的相互粘结，从而形成孔隙分布较为均匀的蜂窝结构。将透水性水泥混凝土材料应用在海绵城市建设过程中具被独特的优势。首先，透水性水泥混凝土材料具备较好的渗水性能。透水性水泥混凝土材料内部的孔隙率为15%～25%，这种透水性铺装材料能够在维持孔隙率适中的前提条件下保持较高的透水速率。研究表明，在1m2范围内透水性水泥混凝土材料的渗水速度高达到52L/h，这种渗透水的效率远远超过了传统城市排水系统的设置，能够有效地缓解在暴雨集中季节大量降水给城市排水系统带来的压力和负担，同时，透水性水泥混凝土材料的过滤性能明显降低暴雨污水对城市水体的污染。其次，透水性水泥混凝土材料具有较好的散热性。透水性水泥混凝土铺装材料较为适中的孔隙率能够适当增加城市地表的透气面积，并且加强地表与空气之间的热量循环，有效降低了地表的温度。在海绵城市建设工作中，对透水性水泥混凝土铺装材料的应用能够极大地缓解城市热导效应的现象，并且有效调节城市的热空气循环，能够改善城市绿植以及土壤中微生物的生存环境，维持城市建设与生态环境之间的平衡关系。除此之外，透水性水泥混凝土材料适中的孔隙率，还能够有效吸附城市空气中的污染粉尘，极大地减少了城市空气中的扬尘污染问题[11]。最后，透水性混凝土材料具备较高的应用安全价值。透水性水泥混凝土材料表面不具备反光性，使人们在该材料铺设的道路行车时具有较好的舒适性，能有效减少夜间路面反光造成的交通问题。与此同时，采用透水性水泥混凝土材料能够在雨天时极大地吸附大量降雨带来的路面积水，尤其是在寒冷季节，路面不会由于积水而形成冰面，威胁交通安全。这种材料在城市行车道路中的铺装应用，能够有效提升车辆以及行人的通行安全性和舒适性[12]。

3 结语

综上所述，海绵城市的建设理念是为了推动我国城市生态文明的发展，应用这一建设理念能够较好地解决集中降雨带来的内涝问题，合理地分配旱季和雨季的水资源，尤其是在海绵城市建设过程中应用透水性铺装材料，更是能够凸显海绵城市建设的生态环保价值。因此，以海绵城市为建设理念建设我国生态文明城市的过程中，应注意选用合适的透水性铺装材料，确保透水性铺装材料在海绵城市建设过程中的应用性能。