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透水铺装材料在海绵城市中的应用

北极星水处理网  来源:《新型建筑材料》  作者:朱文丽  2019/5/7 11:08:12  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:海绵城市 生态性 透水铺装材料

北极星水处理网讯:导读:介绍了透水铺装材料的种类、功能和效益。透水铺装材料是一种新型户外地面铺装材料,与传统铺装材料最大区别在于透水性。透水铺装是“海绵城市”建设中的一个重要技术内涵,可广泛应用于城市道路、绿地、公园、广场、停车场等地面铺装,在现代城市建设中具有良好的应用前景。

关键词

透水铺装材料 | 透水性 | 生态性 | 海绵城市 | 景观铺装 | 透水混凝土

引言

透水铺装材料是一种新型户外地面铺装材料,被誉为“会呼吸”的地面铺装。透水铺装通过采用大空隙结构材料层,结合排水渗水设施,使自然降水能经过铺装结构就地下渗,结合收集、储存、净化系统处理[1],在渗透的同时起到过滤、净化和储水的作用,补充地下水源。透水铺装可暂存雨水,削减雨季涝灾,具有良好的生态效益和经济效益,是“海绵城市”建设中的一个重要技术内涵。透水铺装可广泛应用于城市各级道路、绿地、公园、广场、商业街、居住小区、庭院、停车场等各种景观的地面铺装中,不仅满足原有非透水性硬质铺装的使用功能,还提高了人车出行的安全性和舒适性,改善了人居环境,具有广泛的适用性和生态性。

非透水性硬质铺装的弊端

由于二氧化碳排放量的增加,导致气候变化异常;暴雨的多发性、连续性和突发性成为近年来的特点,特别是在雨季更为严重。我国许多城市现有市政排水设施落后,无法有效满足暴雨季节排水及防洪的需要。

非透水性硬质铺装在下雨时会形成地面积水,影响人车的正常出行;积水严重时可形成内涝,我国每年城市内涝导致受灾人数超过7000万。

非透水性硬质铺装改变了自然土壤及垫层的渗透性,使80%的降水从地面流失。由于雨水地表径流会将地面上的污物冲入城市周边水体造成二次污染,破坏生态平衡,影响地表植物生长,提高城市绿地的养护成本。同时非透水性硬质铺装切断了降水补充地下水的重要通道,造成城市地下水位下降[2],人均水资源占有量减少。

非透水性硬质铺装不具备自然土壤对环境空气湿度、温度的良性调节能力,不能使小气候产生良性循环,最终形成“热岛效应”。

非透水性硬质铺装由于采用硬质材料,车辆在路面上行驶时噪音大,雨天易造成交通安全隐患;平时易形成扬尘,造成空气污染等。

透水铺装材料的种类

透水铺装从结构上可分为面层、基层和垫层[3],透水铺装面层主要有透水混凝土、透水沥青、透水砖3种,应根据室外环境的具体要求选择合适的材料。

透水铺装面层

(1)透水混凝土。透水混凝土铺装时主要采用整体现浇。透水混凝土是由水泥、添加剂、骨料和水混合制成。透水混凝土具有透水、保水、透气、轻质、美观等优点。透水混凝土孔隙率达15%~25%,孔穴成蜂窝状结构且分布均匀;透水速率达10~200cm/s[4],高于普通排水配置下的排水速率。

透水混凝土具有较大的孔隙结构,因此抗冻融能力强,不会受冻融影响产生面层断裂。透水混凝土还具有独特的吸声降噪功能,能将地下温度传到地面从而降低整个铺装地面的温度,在吸热和储热方面接近于自然植被所覆盖的地面,能缓解城市的热岛效应。

透水混凝土的承载力达C20~C25混凝土承载标准[5],能满足车行人行的耐用耐磨性要求。

(2)透水沥青。透水沥青是由改性沥青、消石灰、纤维混合而成的一种新型透水铺装材料,属半透水类型,孔隙率可达8%~22%。透水沥青作为面层材料主要采用整体现浇,底层依旧采用普通沥青;道路结构形式与普通沥青路面相同。

透水沥青的大孔隙结构能有效降低车辆与路面摩擦引起的噪声,降低路面温度;由于透水沥青透水性良好,可减少路面积水产生的反光和打滑现象,提高雨天行车的安全性。透水沥青中可添加不同的彩色添加剂,或在透水沥青路面上喷涂彩色树脂涂料形成丰富的色彩,用不同的色彩划分不同的道路,划分不同的使用空间,既可满足使用功能又可强化道路交通安全,同时达到美化空间形成丰富的视觉景观环境。

(3)透水砖。透水砖也叫渗水砖,孔隙率可达20%~25%,透水率为20cm/s[6],是块状透水铺装材料,采用拼装铺装式。其透水性主要通过材料的多孔透水结构以及铺装间接缝的透水通道这两种方式来实现。

透水砖从材料和生产工艺来分主要有两种类型:一种是陶瓷透水砖,这种透水砖以固体工业废料及建筑垃圾等为原料,通过粉碎、成型、高温烧结而成;另一种是非陶瓷透水砖,以无机非金属材料为主要材料,加入有机或无机粘结剂经成型、固化而成。非陶瓷透水砖包括聚合物纤维混凝土透水砖、彩石复合混凝土透水砖、生态砂基透水砖、彩石环氧通体透水砖,还有结合光触媒技术的自洁式透水砖。

透水砖孔隙率较高,因此具有高透水性、高散热性;材料表面的微小凹凸肌理对防止路面打滑和反光、减小噪声方面有明显的效果。透水砖不易冻融变形,易清理和维护。由于透水砖的主要原料大部分是工业废料,因此符合环保要求。透水砖的品种、规格、色彩和肌理多样化,具有广泛的应用性和装饰效果。

透水铺装基层和垫层

透水铺装要让雨水通过地面直接渗入路基,不仅面层材料要具有良好的渗水性,基层和垫层材料也要有相应的透水性。

对于透水铺装基层和垫层材料的选用,首先要具有较好的透水性能和较高强度,以满足地面承载力的要求;其次要满足极端气温条件下,最小冻胀率和最小承载力损失符合有关规范。

透水铺装基层材料一般采用透水性能好的级配砾石,工程上要求砾石的最大粒径不大于53mm,常选用5~25mm连续级配砾石,空隙率约46%。

透水铺装垫层材料中,透水性能最好的是砾石垫层,透水性能最差的是勃土。当垫层材料为勃土时,勃土中的含砂量决定土基的渗透性、承载力、冻胀程度,要求含砂量不能小于62.5%。

透水铺装的基本结构

透水铺装一般根据使用功能来确定基层的不同厚度、溢流及排水的不同方式。透水铺装可分为以下几种结构[3]:

(1)强透水小蓄水基层。这种基层主要由找平层和透水基层构成。透水基层孔隙率很大,虽然厚度不大却具有很强的透水能力,适合对承载力有较高要求,同时垫层透水能力也很强而降雨量较小的地域。主要适用于非机动车道、人行道、广场、步行街、停车场、庭院等场所的透水路面。

(2)强透水强蓄水基层。这种基层通常由找平层、蓄水层和土工织物3部分构成,蓄水层孔隙率较小但厚度较大。遇到降雨量较大时,部分不能及时排出的雨水可以在较厚的基层中储存,达到避免路面积水的效果。这种基层适合有较大降雨量以及城市中地势较低易形成涝灾的地域,可以兼顾排水和蓄水的功能。

(3)灵活蓄水基层。这种透水基层具有内部溢流结构。根据垫层的可渗透性分2类:第一类,当垫层可渗透时,基层构造从上而下依次是找平层、碎石层和透水型土工网格布,这种基层可以对透过面层材料的雨水暂时储存并进一步渗透。当降雨量较小时,水可以直接通过垫层渗透到地下;当降雨量较大时,基层蓄水饱和后水位高于内部设置的溢流管管口时,雨水可以通过溢流管排出路外。内部溢流管的位置要远离机动车道,设置方向是沿透水路面纵向均匀布置。第二类,当垫层不能渗透时,在基层与垫层之间设置非透水型土工布,雨水通过基层内部溢流管道排出路外而不是直接渗透到地下。这种基层适用于土基渗透系数小而且垫层渗水后承载力很低,或者降雨量较大并且有可能造成水源污染的区域。

(4)周边溢流基层。当透水路面的使用功能是机动车道、停车场等,路面需要承受一定的车辆荷载,为了提高路面强度其透水能力会有所下降。为防止降雨量大时透水路面不能及时排掉所有雨水,采用周边溢流结构就可避免路面积水。透水路面周边垫层有一定坡度,并且在垫层上设计有土工织物来提高其承载力,这样整个基层相当一个蓄水池,不能及时排掉的所有雨水可以直接从周边溢流进基层蓄水池,然后再排出路外而不会造成路面的积水。

透水铺装材料功能及效益

透水铺装与传统非透水性硬质铺装的最大区别在于透水性。透水铺装材料的内部为一系列与外部空气相通的多孔结构,具有良好的渗水性及保湿性,与绿化相结合形成半绿化地面景观,既能满足人们对于路面强度和耐久性的使用要求,又通过接近天然草坪和土壤地面的生态性,最大程度减少地面铺装对动植物及微生物生存环境的破坏,减轻城市硬质铺装对环境的负面影响。

透水铺装的生态功能

透水铺装有利于对光污染的改善。透水铺装材料的多孔隙反射扩散光线,不同于非透水铺装材料在强光和雨天易产生眩光,尤其是光滑地砖或石材。透水铺装材料对城市交通提供了更多安全保障。

透水铺装有利于对城市湿热小环境的改善。透水铺装下垫层土壤中有丰富的毛细水,通过太阳照射蒸发时吸收大量的潜热和显热,从而降低了地表温度达到缓解热岛效应的作用。北方城市常见的沙尘现象,一个重要的原因就是硬质地面减少了地表的湿度和蒸发量,导致了空气干燥;而透水铺装的应用可有效增加空气湿度,改善城市气候环境。

透水铺装有利于改善雨水的二次污染。透水材料的大孔隙能吸附城市粉尘等污染物,对地表污水有一定过滤作用,对径流污染物的去除率达40%~90%[7],可有效防止雨天污水横流现象,减少二次污染。

透水铺装有利于治理城市河道污染。透水铺装用于河道护坡,有利于植物扎根生长防止水土流失。西安护城河生态改造工程大规模地将透水铺装材料应用到河岸护坡,营造出清水长流、绿树成荫的优美景观,使护城河与环城公园浑然一体,成为市民休闲娱乐的公共场所。

透水铺装有利于排水防洪。由于自身良好的透水性能,能有效缓解由于城市排水设施不足、排水系统不畅的现象,因此透水铺装是城市防洪涝的一项重要措施。

透水铺装有利于减少城市噪音。为出行便捷,城市硬质道路比例不断增大,机动车辆来往密集造成了城市噪音污染严重。透水铺装不同于普通硬质路面,它独特的多孔结构能吸收大部分声波,有效降低路面噪音6~10dB,对城市声环境起到明显的改善作用。

透水铺装不仅对生态环境有显著的作用,还能对美化环境起到良好的作用。透水铺装材料有丰富的色彩,可根据使用空间的功能特点,铺装成不同的色彩,结合周边景观同时融合民族文化、地域文化和行业文化,把民族吉祥图案和地域特征图案等运用到铺装设计中,形成丰富多彩、具有文化内涵的铺装景观,呈现铺装景观的多样性,改观了传统铺装材料以黑灰色调为主的单一呆板的视觉感受,营造出丰富的视觉环境和人文景观,起到美化城市人居环境的作用。

透水铺装的经济效益

透水铺装能使雨水迅速下渗,达到补充地下水源,保持地下水及土壤的生态平衡。据测算,1000万m2的透水地坪,如果按年降水量600mm计算,可蓄水600万m3,相当于1个小型水库容量。

强大的蓄水能力可带来可观的经济效益,据统计,2015年北京铺设透水铺装180万m2,达到年节水86.4万m3的经济效益;南京市预计改造透水铺装面积370万m2,如果全部改造完成可实现蓄水69万m3。假如全国各大中小城市都普遍采用透水铺装这一措施,将对气候的调节和人居环境的改善收到良好的效果,其经济效益更是不可估量。

结语

透水铺装作为一种新型环保路面,接近于天然草坪和土壤地面的生态优势,具有高透水性、高散热性、防滑降噪、抗冻融、易清理等性能。透水铺装材料的大孔隙结构可改善雨水渗流引起的二次污染,避免眩光和降低噪音,提高车辆通行的舒适性和安全性。透水铺装的蓄水、内部和周边溢流结构,使透水铺装在满足硬质铺装使用功能的前提下,改善了城市湿热小环境,具有排水防洪、美化环境的功能,产生相应的经济效益。透水铺装适用范围非常广泛,可应用于市政各级道路、园林、体育场馆、停车场、小区、学校、商业广场等领域地面景观铺装。透水铺装材料丰富的色彩,可以营造出多样化的铺装景观,美化城市环境。透水铺装将有效解决我国城市原有非透水性硬质铺装带来的众多生态、环境、经济问题,是“海绵城市”建设中的一个重要技术措施,在现代城市景观建设中具有良好的应用前景。

参考文献:

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南———低影响开发雨水系统构建(试行)

[M].北京:中国建筑工业出版社,2014.

[2]张旺.海绵城市建设应作为新时期城市治水的重要内容[J].水利发展研究,2014(6):6-7.

[3]深圳市北林苑景观及建筑规划设计院.铺装设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[4]刘鑫.探析透水混凝土在园林景观中的应用[J].建材与装饰,2016(6):54-55.

[5]朱利.透水混凝土在园林景观中的应用[J].江西建材,2015(23):198-199.

[6]王武祥.透水混凝土路面砖的种类和性能[J].建筑砌块与砌块建筑,2003(1):17-18.

[7]王俊岭,王雪明,张安,等.基于“海绵城市”理念的透水铺装系统的研究进展[J].环境工程,2015(10):

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原标题:透水铺装材料在现代城市景观中的应用

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