透水性混凝土的发展及其在海绵城市中的应用

透水性混凝土的发展及其在海绵城市中的应用

近年来，随着国民经济的发展，我国城市化进程有了显著提高，城市化的快速发展使得地面的不透水面分布比率的不断上升。城区不透水面积的增加引发了一系列的城市生态环境的改变，我国降水受季风影响大，尤其在东南部沿海地区，降雨强度大、梅雨期长、极易出现暴雨洪水。近些年出现的Z严重的问题之一就是城市路面降雨产流量增大，洪流系数明显偏大，降雨产生的地面洪流由于无法渗入地下而形成市区内积水灾害，比如2012年发生在北京的7.21暴雨引发的诱灾造成了重大人员伤亡和经济损失，2013年7～8 月和2016年7～8月两个月里中国各地遭不同强度的暴雨，城市中已是水漫金山，严重影响百姓们的正常生活。大雨大淹，小雨小淹，排水不畅已经成了城市的顽疾，这给城市建设者们敲响了警钟。就目前各大城市地下管网布局来看，虽耗费了大量建材资金和人力处理排水。但依然无法应对降雨的弹性变化，深陷“暴雨必涝”和“看海”的怪圈。仅靠传统的工程依赖性治水思路将给排水分开治理，也只是扬汤止沸，不能从源头解决问题，只会带来无法估量的后遗症，让城市生态系统不堪重负。如何切实有效地平衡人与自然的和谐关系对发展“经济”至关重要，这也正是建设海绵城市的必要。

1透水性混凝土的特性

透水性混凝土是一种非常好的材料，其各种特性满足了海绵城市建设的要求。透水性混凝土具有透水、透光、高承载、抗冻融、装饰美观，易于维护的特点。这种混凝土与传统的混凝土相比较而言其材料组成有所不同，透水性混凝土包含了骨料、高标号水泥、掺合料、稳定剂、水等原料，是空隙较多、质量较轻的混凝土，在粗骨料表面包裹一层薄浆料，通过这两种材料的相互粘结，形成了大大小小的空穴，从而实现良好的透水性[1]。

由于透水性混凝土主要是依靠粗骨料表面的包裹料浆局部相互粘结，骨料之间形成了相互连通的均匀孔隙。为保证混凝土摊铺后表面平整美观，孔隙小而均匀。同时骨料颗粒之间胶结牢固，因此，粗骨料一般采用单级配石子，粒径一般4～7mm或10～16mm，要求外观规整，无棱角。针片状颗粒的含量应小于1%，含泥量不大于0.5%，压碎值小于15%。为保证透水性混凝土的孔隙率（20%以上）和抗压强度（C20～C30），一般采用P·O42.5以上标号的水泥进行拌制，要求水泥三天抗压强度应大于27.0MPa，28天抗压强度达到50.0MPa以上[2]。为提高透水性混凝土道路的抗折强度，还要掺加水泥质量2%左右的胶结增强剂。试验表明，掺加胶结增强剂后，透水性混凝土的抗压强度一般可以提高20%左右，抗折强度可以提高30%以上，同时还可以有效改善透水性混凝土的后期泛碱现象。

2透水性混凝土的发展现状

2.1国外研究现状

19世纪中期，英国Z早运用了一种不含细集料的无砂大孔混凝土。1900年后该混凝土传至南非、俄罗斯等地，随后对该材料进行了大量研究，修建了很多无砂大孔混凝土建筑。20世纪60年代，发过因林荫道上灌木浇灌问题，开始提出透水路面的设想。1970年，英国初次将无砂大孔混凝土用于市政路面上[3]。此后，该材料被称为透水性混凝土（Pervious Concrete），由于它是一种生态、的路面材料，逐渐受到人们的欢迎。

   自1973年，日本就开始使用透水性混凝土，在1973-1995年东京共修建220万m2透水性混凝土路面，在21世纪初，累计铺设面积在1000万m2 [4]。日本在透水性混凝土路面的养护方面，运用压力在4～7MPa的小型高压清洗机来清洗路面，可使路面的透水性能达到初期的80%左右。

2.2国内研究现状

国内在透水性混凝土方面的研究起步较晚，自1950年左右对无砂大孔混凝土开始研究，用作墙体非承重材料使用比较多，但作为路面材料应用尚不广泛，1970年后，才将其作为地坪材料加以应用[5]。1990年以后，无砂大孔混凝土开始被作为一种、生态型材料研究，并逐渐应用于路面工程。在此期间，建科院开始对透水性混凝土与透水性混凝土路面砖进行研究，随着研究的深入，取得一系列的成果。2008年在奥林匹克森林公园使用了大面积的透水铺装，体育馆“鸟巢”的湖边西路道路工程铺设了多于9700 m2透水性混凝土[6]。长安大学等对透水性混凝土的物理力学性能和路用性能进行了一系列研究，并取得了一定的丰富成果。2015年4月财政公布16个首批“海绵城市建设”示范城市，包括迁安、白城、镇江、嘉兴、池州、厦门、萍乡、济南、鹤壁、武汉、常德、南宁、重庆、遂宁、贵安新区和西咸新区。

3透水性混凝土在海绵城市中应用的重要性

传统的人行道结构建设采用基层材料，主要成分为碾压级配碎石，在中、粗砂的帮助下，或者是干硬的水泥砂浆下，对透水的砖面进行固定。采用这种人行道设计，可以使得人行道的透水性，能够实现海绵城市的建设要求。这种人行道设计需要质量较高的建筑材料，但是由于目前施工人员的能力不高。因此很容易导致人行道的强度不够、平整度不够。建成之后在投入使用的过程中，会受到雨水的冲刷，Z终导致路面出现局部沉降，人行道出现起伏和波浪现象，一旦出现大雨天，就很容易出现积水，积水不能实现自然渗透。

透水性混凝土是一种环境友好型材料，用它替代传统城市建设中的非透水地面能带来以下优点：（1）强大的原地透水功能，一举三得。不仅能及时排走路面积水，补给局部范围内的地下水资源，稳定地下水压力，从而达到防止地面沉降的目的。还能避免轮胎侧滑、雨水泼溅，减少隐患。同时兼具缓解城市地下管网的泄水压力。对改善临街商铺、住宅的生活环境不可或缺。（2）透水性混凝土也可在颜色上做文章。结合建筑美学，可将无机颜料按要求兑水后与混凝土充分搅拌，制成颜色各异的彩色透水性混凝土，与周围景观相得益彰，使其具有设计感、适用性和观赏功能，是个功能复合体。（3）相比于传统不透水路面，在雨后天晴或夜晚时易发生反光、眩光、海市蜃楼的现象。其的蜂窝状结构和大量的开放式孔隙不易发生漫反射，使行人、司机的通行和舒适度更有保障。同时兼具吸声降噪、吸附尘埃、吸湿调温作用，能有效传递热量。在海绵城市建设中，透水性混凝土能发挥对雨水吸纳、蓄渗和缓释作用，有效缓解城市内涝和热岛效应，达到削减城市径流污染负荷和节约水资源的作用。

4透水性混凝土在海绵城市应用中存在的问题

透水性混凝土作为一种全新的概念和技术，国内外有关专家学者们进行孜孜不倦的研究和探索。它的出现改变了城市雨水径流的循环模式，地增强了新城镇化建设的可控性与协调性，给城市的雨洪管理、污水防治工作带来新思路，是建筑节能环保时代下，建筑创新领域必然的发展方向。但是在应用过程中，也存在着以下的问题：（1）由于其结构设计的需要，透水性混凝土底层压实度较低，具有多孔轻质的特点，是一种半脆性材料。虽然内部连通的大孔隙使透水性混凝土铺筑的路面具有很强的速排水、高渗透能力。但是目前在透水性混凝土中常见的孔隙率大于18％，甚至可以超过20％，从而导致的问题是其耐腐蚀度、抗弯曲变形能力、抗车辙性能难以保证。还有大量的推广应用到城市乡道路上，由于道路车辆来往较多、周边环境复杂，灰尘、砂石、污垢、油渍等杂质极易嵌入孔隙中，堵塞孔隙。（2）相较欧美等，它们有成熟而完善的法规制度和对透水性混凝土研制的专项补助基金。但是由于我国起步晚，软件设备、模拟实验室等客观因素制约了行业发展，缺少适合我国国情、可供分析研究的一手资料，所以表现逊色。（3）我国幅员广阔、各地其降雨分布层次不齐、水文地质条件差别较大，已建的灰色基础设施配置不合理给建设海绵城市带来考验。

5结语

综上所述，海绵城市是城市建设的发展方向，在海绵城市建设过程中，应该要对各种材料的质量进行控制。透水性混凝土是一种新型的混凝土材料，对于城市的排水、蓄水有很大的帮助。尤其是在海绵城市的建设过程中，要加强对传统的建设材料的升级改变，加强透水性混凝土的应用可以很好地满足海绵城市的建设要求。