砂基在透水路面铺装的应用研究
2023-11-14 18:56:03
在中国快速地城市化进程之中，农村城市化、城市现代化带来了硬质路面的不断增加，导致城市内涝等一系列问题凸显，不断涌现出“到某某城市看海”“城市必备的交通工具还需一条船”等幽默又无奈的段子。
随着城市内涝的凸显，海绵城市建设进程不断被加快推进。据有关研究表明，采用透水铺装的路面或广场，雨水的渗透率可由20%以下提升到70%以上，因而在海绵城市建设过程中，城市道路广场往往通过透水铺装来增加雨水的渗透率，同时渗透过程中还能有效降低雨水径流中的污染物，补充地下水源，实现水资源的有效利用。
透水铺装是实现雨水自然渗透地下的重要手段之一，同时也是海绵城市建设的关键技术。通过铺设透水砖、透水混凝土、砂基等透水材料，大大增加了雨水的渗透率，减少雨水径流的汇集和积存，有效缓解城市内涝，解决了由于城市化硬质路面带来的各种问题，破解城市“不会呼吸的痛。”
一、常见的3种透水铺装
建设海绵城市，必不可少的是利用透水性材料。透水性材料能充分发挥自身的优点，使雨水能更好的进行存储、渗透，并能对径流雨水中不同种类的污染物有一定程度的净化作用，满足海绵城市对材料的要求。因此，透水性材料被广泛研究。透水性材料主要包括三种：透水沥青混凝土(a)、透水混凝土(b)和透水砖(c)，如图1所示。
透水沥青混凝土，选配具有一定级配组成的骨料与一定比例的路用沥青材料混合，然后利用沥青摊铺机、压路机完成。其孔隙率比透水砖大些，压实后的透水沥青混凝土路面孔隙率可达20%，透水系数＞0.5mm/s。比较完整性，无裂纹。但由于其孔隙率高，在使用过程中，其空隙很容易被堵塞，故需要定期维护，维护成本也较高。
透水混凝土，以水泥、骨料为主要原料，辅加一些外加剂（如减水剂、增强剂等）在水的拌制而形成的多孔混凝土。其依靠骨料间的孔隙而实现透水，透水系数＞0.5mm/s。通常可以在其中可以加入一些颜料，使其达到色彩斑斓的效果。其完整性较好，结构简单。但也容易堵塞。另外，遇空气或者土壤中的水汽，硅酸根离子会发生水解，生产的氢氧根会与金属离子形成溶解度较小的氢氧化物，当遇到气温升高，水蒸气蒸发，氢氧化物会析出，日积月累，透水混凝土表面会发生泛白、甚至起皮或脱落，也就是所称的泛碱现象。另外由于强度有限，透水混凝土只适合轻载运输。
普通水泥基透水砖，以无机非金属为主要原料，通过成型等工艺处理后制成，具有较大渗透性能的铺地砖。其透水系数＞0.1mm/s。优点是低成本，维护简单。但是其透水性差，完整性差，仅适合轻载运输。
二、砂基透水铺装解析
砂基透水砖，作为透水砖中的一种，因其综合性能好备受青睐。根据建筑工业行业标准《砂基透水砖》（JGT376-2012），是以硅砂为主要骨料或面层骨料，以有机粘结剂为主要粘结材料，经免烧结成型工艺后制成，具有透水功能的路面砖。此外，还包括一些主要性能：透水速率≥1.5 mL/(min·cm2)，透水时效≥10次，滤水率≥90%，防滑性BPN≥70，保水率≥0.06 g/cm3，磨坑深度≤35mm，以及较好的耐候性（外观无破坏，色差≥3级）。
砂基透水砖将天然高硅砂作为材料，砂基透水路面可以使用砂基透水砖铺装而成，或是由砂基透水材料现浇而成，其应用非常广泛。
砂基透水路面是一种经合金化的高分子粘结剂与精致石英砂混合压实的路面，具有高强度和高耐久性、表面多孔且细密，透水率高。被广泛应用在各大商场、公园等。如图2和3。在东原湖山樾，中航小镇、悦来会展城、成都上都阳光和龙湖时代天街等公园、商场、马路都铺装有砂基透水材料。其广泛的应用，不仅美化了城市，为人们带来便利，还有助于建设海绵城市，构建和谐可持续发展社会。
透水时效性长
传统透水混凝土依靠重力式透水，必然需要大量贯通孔径存在才能保证透水率，因此尘埃极易深入孔洞并堵塞全截面而造成无法清洗恢复；而砂基透水路面因其并不依靠重力式透水，内部孔径<1μm，尘埃无法进入透水结构内部，有效的解决了上述问题，如图2是砂基透水路面使用情况，一年后，虽然表面很脏，对其进行简单清洗，依然能焕然如新，保持良好的透水性能。
结构决定性能，性能决定用途，所以从砂基透水材料的结构和组成来看。砂基透水路面是利用高分子树脂（如图5(a)）作为粘合剂，均匀的包裹在沙粒的表面，利用树脂胶自身的特性，通过其自身的化学反应生成大量三维网状的亲水性基团，从而实现破坏水的表面张力，赋予其极强的排水、滤水功能。
实践是用来检验真理，对砂基透水材料进行透水性测试，按照混凝土砖的检测方法，如图5(b)。自排滤水地面系统透水系数可达到5mm/s，是国家标准的10倍。而真实降雨的情况下，其透水效率会更高，因为其本身并不依靠孔隙透水，核心性能在于能够破坏水的表面张力，实现以分子膜铺展渗透基体。
滤水性能强 接近净水器标准
为了检测砂基透水材料对污水的净化作用及过滤孔径大小。通过对不同固含量，不同物质、不同粒径粉体过滤前后的粒度分布测量，判定材料过滤孔径的大小。如图6，试验中实现1.0 μm以内的过滤，接近于净水器的标准。
良好的装饰性
凝胶材料以其独特的性能，可以通过加各种颜料，按一定的比例配制出各种鲜艳色彩的砂基透水材料，完全达到彩色漆的水平，如图7，表明其具有较好的装饰性。
抗折抗压 耐磨防滑
对砂基透水材料还进行关键物理性能测试，包括抗压、抗折和耐磨性能测试。如图8。通过测试，其结果都能优于标准，表明具有良好的物理性能，可用于路面的铺装。
后期易维护
砂基滤水路面由于其表面较致密，绝大部分泥尘无法进入其内部孔隙。泥尘会板结于表面之上，可以利用高压水枪冲洗产生的反涌作用能方便的清洗。
砂基透水路面区别于普通水泥路面和沥青路面， 砂基本身具有耐酸、耐碱、耐溶剂的特性，因此对于不同的污染物可以采取不同的措施，以获得最佳的清理效果。
由于底层透水混凝土是碱性的，因此不宜采用酸性过强的清洗剂，宜采用中性或碱性的清洗剂。对表面因水泥等碱性硬化物造成污染的，也可以采用盐酸清洗， 但清洗后需尽快冲洗表面干净，减少酸性在底层混凝土上的停留时间。
由于整个路面是透水结构，普通的水溶液清洁剂易透过表面直接流走，容易造成清浩剂浪费，因此宜购买市场上增稠过的清洁剂，或在水溶液、有机溶剂中加入增稠剂即可，这样可以将更多的清洁剂作用在受污染区域， 提高清洁效果和节省清洁材料。