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          更新: 2019-08-07
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          摘要:建設具有自然積存、自然滲透、自然淨化功能的海綿城市是生态文明建設的重要途徑。透水鋪裝材料在地面徑流排水、吸熱降噪、控制水體污染等諸多方面應用廣泛,并且種類繁多。在綜合對比分析透水混凝土、PPM、混凝土陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆等透水鋪裝材料透水性能、過濾性能、吸音降噪性能和經濟性的基礎上,提出海綿城市透水鋪裝材料的實用性和适用性。

          關鍵詞:海綿城市;透水鋪裝;經濟适用;應用研究随着環保意識的加強,我國更加注重生态環境協調發展。2013年中央提出了建設自然積存、自然滲透、自然淨化的“海綿城市”[1]。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣,在适應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”,下雨時吸水、蓄水、滲水、淨水,需要時将蓄存的水“釋放”并加以利用[2]。目前,主要使用的透水鋪裝分爲兩大類,一類是現澆整體鋪築,比如透水混凝土、透水瀝青混凝土、聚合物混合料大孔隙透水鋪裝(PPM)等;一類是預制件鋪裝,比如混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、聚合物砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆等[3]。在綜合對比分析各類透水鋪裝材料使用特點和經濟性能的基礎上,提出海綿城市透水鋪裝材料的實用性和适用性,爲工程應用提供一定的參考價值。

          一、透水鋪裝類型

          (一)整體現澆鋪築

          整體現澆鋪築施工速度快、造價較低、選擇範圍廣,能夠與周圍環境形成有機的統一和協調,其中彩色透水混凝土、透水瀝青混凝土、聚合物混合料大孔隙透水鋪裝(PPM)在人行道和廣場的鋪築中應用較爲廣泛。

          (二)預制件鋪築

          預制件鋪裝有混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、聚合物砂基陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆等。混凝土類陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆和陶瓷類透水鋪裝均采用大孔隙透水結構,透水速率快,但無過濾功能。聚合物砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆具有微孔滲濾功能,路用性能較好。

          依托項目:國家山區公路工程技術研究中心開放基金

          (GSGZJ-2016-02)。

          重慶市渝北區科技計劃項目:微孔功能性新材料用于道面鋪裝及建築裝飾關鍵技術研發與産業化(2017(農社)7)。

          二、透水鋪裝的性能分析

          (一)透水性能

          透水性能是海綿城市建設中對路面鋪裝要求的重要指标之一。采用恒定水頭方法測量多孔隙材料透水系數,本試驗儀器采用課題組根據規範要求自制的透水儀,通過測算單位時間内通過試件的水量來計算透水系數[4]。

          式中:K15—标準溫度時試樣的透水系數,cm/s;H—水位差,cm;L—試樣的厚度,cm;Q—時間秒内的滲出水量,mL;A—試件的上表面積,cm2;t—時間,s;—水在測試溫度(T℃)時與15℃時的動力粘滞系數比。
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          圖4透水時效性對比圖

          分别對透水混凝土、聚合物混合料大孔隙透水鋪裝(PPM)、混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆進行透水性試驗,結果如下。從圖4中我們可以看出:各類透水鋪裝産品的透水性随着使用年限的增加而逐漸減弱。透水混凝土、PPM、混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆由于結構本身屬于大孔隙透水,在鋪陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆3個月内透水效果較好;面層因對水體雜質污染物沒有過濾作用使其進入孔隙内部造成孔隙堵塞,随着使用年限的延長逐漸失去了透水效果或者透水性能大大減弱。砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆因面層的緻密結構使得雜質污染物無法進入結構内部,從而維持較高的透水時效性,使用3年後透水系數在2×10-2cm/s左右。

          (二)過濾性能

          城市路面雨水徑流污染十分嚴重,水中有機污染物、SS、COD、BOD5、濃度高于典型生活污水的污染物濃度[5]。因此,海綿城市建設中對道路鋪裝提出“滞”的要求。收集戶外道路中的雨水,依次将透水混凝土、PPM、混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆放入濾水裝置内進行過濾試驗,測定濾液經透水試樣過濾前後SS平均濃度,并計算去除率u,試驗結果如下[6]:

          式中:-過濾前原水中SS濃度;-過濾後水中SS濃度。

          ··

          -----------------------------------------------------Page1-----------------------------------------------------
          
          科技視野

          科學咨詢/科技管理2019年第07期(總第626期)

          由上表可知:砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆對濾液中的SS去除率高達76%,過濾性能較好;PPM和陶瓷陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆對SS去除率相當,爲40%左右,過濾性能一般;透水混凝土和混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆對SS去除率最低,對雜質污染物的過濾效果最差。

          (三)吸音降噪性能

          聲音的頻率越高,空氣質點的振動速度越快,聲波傳入透水材料後,空氣與孔壁的摩擦和熱交換作用也越快[7]。對孔隙率、鋪裝厚度、含水率相同的透水混凝土、PPM、混凝土陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆進行不同頻率的吸聲試驗,試驗結果分析如下:

          由上圖可以看出:透水鋪裝材料對頻率爲500~900Hz噪音吸聲效果最好。其中透水混凝土和PPM的吸聲系數都在0.5以下,而砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆的吸聲系數高達0.9,吸音降噪效果最好,陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆次之。

          三、透水鋪裝的經濟性分析

          透水鋪裝材料的研究,主要集中在如何解決孔隙大小與透水性、透水時效性、強度耐久性、造價等相矛盾的問題,但大孔隙具有易堵塞、透水年限短、無過濾功能,不滿足“自然淨化”的生态功能,易造成海綿城市建設配套系統失效[8]。高分子聚合物可以明顯提高鋪裝材料的強度、耐磨、凍融等物理力學性能[9]。因此,将高分子聚合物作爲膠凝劑或外摻劑來研究透水鋪裝是一個發展趨勢。大孔隙生态透水鋪裝明顯存在固有的缺陷,而砂質微孔滲濾鋪裝結構具有多功能屬性,能夠克服大孔隙類生态透水鋪裝的系列缺陷,如圖6~7所示。

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          根據市場銷售價格、有效透水年限、規範年限内翻新情況、規範年限内攤銷價格等方面對透水混凝土、PPM、混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆進行綜合比較,如下表所示[10]。

          大孔隙透水鋪裝材料雖然造價較低,但在規範規定使用年限内翻新次數較多,不能滿足海綿城市對透水鋪陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆的要求。砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆等微孔滲濾結構,盡管存在生産質量控制難、采用進口設備成本高和産品價格高問題,但綜合比較其應用效果,明顯優于大孔隙類透水鋪裝産品。

          四、結論
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          建設具有自然積存、自然滲透、自然淨化功能的海綿城市是生态文明建設的重要途徑。通過對透水混凝土、PPM、混凝土陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆透水性能、過濾性能和吸音降噪性能的對比分析可知:透水混凝土、PPM、混凝土陶粒闆  矽酸鈣闆 清水闆 水泥纖維闆 GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆、陶瓷陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆等大孔隙透水鋪裝材料透水時效性較短,過濾性能、吸音降噪性能和經濟性較差,不能滿足海綿城市建設對路面透水材料鋪裝的要求;砂基陶粒闆矽酸鈣闆清水闆水泥纖維闆GRC|ALC|EPS|FBP輕質隔牆闆等有機産品在透水性、過濾性、吸音降噪等性能上具有較大優勢,綜合比較其應用效果,明顯優于大孔隙類透水鋪裝産品,能夠滿足海綿城市建設的要求。
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