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透水性混凝土的發展及其在海綿城市中的應用
發布時間:2019-11-10 01:52瀏覽次數:

近年來,隨著國民經濟的發展,我國城市化進程有了顯著提高,城市化的快速發展使得地面的不透水面分布比率的不斷上升。城區不透水面積的增加引發了一系列的城市生態環境的改變,我國降水受季風影響大,尤其在東南部沿海地區,降雨強度大、梅雨期長、極易出現暴雨洪水。近些年出現的最嚴重的問題之一就是城市路面降雨產流量增大,洪流系數明顯偏大,降雨產生的地面洪流由于無法滲入地下而形成市區內積水災害,比如2012年發生在北京的7.21暴雨引發的誘災造成了重大人員傷亡和經濟損失,2013年7~8 月和2016年7~8月兩個月里中國各地遭不同強度的暴雨襲擊,城市中已是水漫金山,嚴重影響百姓們的正常生活。大雨大淹,小雨小淹,排水不暢已經成了城市的頑疾,這給城市建設者們敲響了警鐘。就目前各大城市地下管網布局來看,雖耗費了大量建材資金和人力處理排水。但依然無法應對降雨的彈性變化,深陷“暴雨必澇”和“看海”的怪圈。僅靠傳統的工程依賴性治水思路將給排水分開治理,也只是揚湯止沸,不能從源頭解決問題,只會帶來無法估量的后遺癥,讓城市生態系統不堪重負。如何切實有效地平衡人與自然的和諧關系對發展“綠色經濟”至關重要,這也正是建設海綿城市的必要。

1透水性混凝土的特性

透水性混凝土是一種非常好的材料,其各種特性滿足了海綿城市建設的要求。透水性混凝土具有透水、透光、高承載、抗凍融、裝飾美觀,易于維護的特點。這種混凝土與傳統的混凝土相比較而言其材料組成有所不同,透水性混凝土包含了骨料、高標號水泥、摻合料、穩定劑、水等原料,是空隙較多、質量較輕的混凝土,在粗骨料表面包裹一層薄漿料,通過這兩種材料的相互粘結,形成了大大小小的空穴,從而實現良好的透水性。

由于透水性混凝土主要是依靠粗骨料表面的包裹料漿局部相互粘結,骨料之間形成了相互連通的均勻孔隙。為保證混凝土攤鋪后表面平整美觀,孔隙小而均勻。同時骨料顆粒之間膠結牢固,因此,粗骨料一般采用單級配石子,粒徑一般4~7mm或10~16mm,要求外觀規整,無棱角。針片狀顆粒的含量應小于1%,含泥量不大于0.5%,壓碎值小于15%。為保證透水性混凝土的孔隙率(20%以上)和抗壓強度(C20~C30),一般采用P·O42.5以上標號的水泥進行拌制,要求水泥三天抗壓強度應大于27.0MPa,28天抗壓強度達到50.0MPa以上[2]。為提高透水性混凝土道路的抗折強度,還要摻加水泥質量2%左右的膠結增強劑。試驗表明,摻加膠結增強劑后,透水性混凝土的抗壓強度一般可以提高20%左右,抗折強度可以提高30%以上,同時還可以有效改善透水性混凝土的后期泛堿現象。

2透水性混凝土的發展現狀

2.1國外研究現狀

19世紀中期,英國最早運用了一種不含細集料的無砂大孔混凝土。1900年后該混凝土傳至南非、俄羅斯等地,隨后對該材料進行了大量研究,修建了很多無砂大孔混凝土建筑。20世紀60年代,發過因林蔭道上灌木澆灌問題,開始提出透水路面的設想。1970年,英國初次將無砂大孔混凝土用于市政路面上[3]。此后,該材料被稱為透水性混凝土(Pervious Concrete),由于它是一種生態、綠色的路面材料,逐漸受到人們的歡迎。

自1973年,日本就開始使用透水性混凝土,在1973-1995年東京共修建220萬m2透水性混凝土路面,在21世紀初,全國累計鋪設面積在1000萬m2 [4]。日本在透水性混凝土路面的養護方面,運用壓力在4~7MPa的小型高壓清洗機來清洗路面,可使路面的透水性能達到初期的80%左右。

2.2國內研究現狀

國內在透水性混凝土方面的研究起步較晚,自1950年左右對無砂大孔混凝土開始研究,用作墻體非承重材料使用比較多,但作為路面材料應用尚不廣泛,1970年后,才將其作為地坪材料加以應用[5]。1990年以后,無砂大孔混凝土開始被作為一種綠色、生態型材料研究,并逐漸應用于路面工程。在此期間,建科院開始對透水性混凝土與透水性混凝土路面磚進行研究,隨著研究的深入,取得一系列的成果。2008年在奧林匹克森林公園使用了大面積的透水鋪裝,國家體育館“鳥巢”的湖邊西路道路工程鋪設了多于9700 m2透水性混凝土[6]。長安大學等對透水性混凝土的物理力學性能和路用性能進行了一系列研究,并取得了一定的豐富成果。2015年4月財政公布全國16個首批“海綿城市建設”示范城市,包括遷安、白城、鎮江、嘉興、池州、廈門、萍鄉、濟南、鶴壁、武漢、常德、南寧、重慶、遂寧、貴安新區和西咸新區。

3透水性混凝土在海綿城市中應用的重要性

傳統的人行道結構建設采用基層材料,主要成分為碾壓級配碎石,在中、粗砂的幫助下,或者是干硬的水泥砂漿下,對透水的磚面進行固定。采用這種人行道設計,可以使得人行道的透水性更好,能夠實現海綿城市的建設要求。這種人行道設計需要質量較高的建筑材料,但是由于目前施工人員的能力不高。因此很容易導致人行道的強度不夠、平整度不夠。建成之后在投入使用的過程中,會受到雨水的沖刷,最終導致路面出現局部沉降,人行道出現起伏和波浪現象,一旦出現大雨天,就很容易出現積水,積水不能實現自然滲透。

透水性混凝土是一種環境友好型材料,用它替代傳統城市建設中的非透水地面能帶來以下優點:(1)強大的原地透水功能,一舉三得。不僅能及時排走路面積水,補給局部范圍內的地下水資源,穩定地下水壓力,從而達到防止地面沉降的目的。還能避免輪胎側滑、雨水潑濺,減少安全隱患。同時兼具緩解城市地下管網的泄水壓力。對改善臨街商鋪、住宅的生活環境不可或缺。(2)透水性混凝土也可在顏色上做文章。結合建筑美學,可將無機顏料按要求兌水后與混凝土充分攪拌,制成顏色各異的彩色透水性混凝土,與周圍景觀相得益彰,使其具有設計感、適用性和觀賞功能,是個功能復合體。(3)相比于傳統不透水路面,在雨后天晴或夜晚時易發生反光、眩光、海市蜃樓的現象。其獨特的蜂窩狀結構和大量的開放式孔隙不易發生漫反射,使行人、司機的通行安全和舒適度更有保障。同時兼具吸聲降噪、吸附塵埃、吸濕調溫作用,能有效傳遞熱量。在海綿城市建設中,透水性混凝土能發揮對雨水吸納、蓄滲和緩釋作用,有效緩解城市內澇和熱島效應,達到削減城市徑流污染負荷和節約水資源的作用。

4透水性混凝土在海綿城市應用中存在的問題

透水性混凝土作為一種全新的概念和技術,國內外有關專家學者們進行孜孜不倦的研究和探索。它的出現改變了城市雨水徑流的循環模式,極大地增強了新城鎮化建設的可控性與協調性,給城市的雨洪管理、污水防治工作帶來新思路,是建筑節能環保時代下,建筑創新領域必然的發展方向。但是在應用過程中,也存在著以下的問題:(1)由于其結構設計的需要,透水性混凝土底層壓實度較低,具有多孔輕質的特點,是一種半脆性材料。雖然內部連通的大孔隙使透水性混凝土鋪筑的路面具有很強的速排水、高滲透能力。但是目前在透水性混凝土中常見的孔隙率大于18%,甚至可以超過20%,從而導致的問題是其耐腐蝕度、抗彎曲變形能力、抗車轍性能難以保證。還有大量的推廣應用到城市鄉道路上,由于道路車輛來往較多、周邊環境復雜,灰塵、砂石、污垢、油漬等雜質極易嵌入孔隙中,堵塞孔隙。(2)相較歐美等國家,它們有成熟而完善的法規制度和對透水性混凝土研制的專項補助基金。但是由于我國起步晚,軟件設備、模擬實驗室等客觀因素制約了行業發展,缺少適合我國國情、可供分析研究的一手資料,所以表現遜色。(3)我國幅員廣闊、各地其降雨分布層次不齊、水文地質條件差別較大,已建的灰色基礎設施配置不合理給全面建設海綿城市帶來考驗。

5結語

綜上所述,海綿城市是城市建設的發展方向,在海綿城市建設過程中,應該要對各種材料的質量進行控制。透水性混凝土是一種新型的混凝土材料,對于城市的排水、蓄水有很大的幫助。尤其是在海綿城市的建設過程中,必須要加強對傳統的建設材料的升級改變,加強透水性混凝土的應用可以很好地滿足海綿城市的建設要求。

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