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【来 源】 《四川水泥》 2017年第3期P15页
【分 类 号】 U414
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【关 键 字】 透水混凝土 道路 排水性能 吸声降噪 热岛效应
【摘 要】 本文介绍了透水混凝土在国内外的研究历程,通过与传统不透水路面的对比,着重介绍了透水混凝土路面在排水、吸声降噪和缓解城市热岛效应等方面的优势及应用情况,并对其发展前景进行了展望。
引言
透水混凝土是一种将粗骨料、胶凝材料、外加剂和水按一定比例拌制而成的多孔混凝土，又称无砂混凝土。它不含或仅含微量细骨料，由一层薄水泥浆把粗骨料包裹起来并胶结形成蜂窝状的骨架，具有透气、透水和质轻等特点，常应用于建造人行道、停车场、城市广场和轻量级道路等。随着城镇化进程的加快，作为一种生态友好型建材——透水混凝土的应用愈发广泛。
1.透水混凝土的研究历程
1.1国外
透水混凝土的应用始于1852年，当时英国在一次建造过程中由于缺少细骨料，便开发了只含粗骨料的混凝土，即透水混凝土。
上世纪70年代后期,日本推行“雨水渗透计划”，并于90年代开始对透水混凝土路面进行测试，结果表明这种路面有利于天然水还原成地下水，能有效降低路面温度和噪音[1]。
1972年，美国“清洁水资源法案”的通过使具有过滤和净化作用的透水混凝土受到广泛关注。随着研究的深入，透水混凝土开始应用于道路的修建，如美国俄勒冈州建造了3000公里的透水混凝土路面[2]。
1979年-1981年，法国在戴高乐机场的修建中运用了透水混凝土，增强了机场的排水功能。此外，法国有相当一部分的网球场使用了透水铺装[3]。
1.2国内
我国于1993年开始透水混凝土的研究。1995年，中国建筑材料科学研究院率先在国内成功研制出透水混凝土。2008年-2009年，《透水砖路面（地面）设计与施工技术规程》（DBJ 13-104-2008）与《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135-2009）相继颁布。在工程应用方面，2005年，北京市南北长街道路工程中使用了无砂透水混凝土。此后，透水混凝土在奥林匹克森林公园和上海世博会园区内亦得到了成功应用。2009年，西安曲江大明宫国家遗址公园中应用露骨料透水混凝土近40万㎡，其应用面积之大在国内十分少见[4]。
2.透水混凝土路面与传统路面的比较
2.1传统混凝土路面
传统混凝土路面虽有坚固耐用的优点，但因其不透水性，在雨天仅依靠有限的地下污水管道排水，这将大大加重城市排水系统负担，易造成内涝，影响市民出行和路面交通。此外，传统不透水路面阻断了雨水对地下水的补充，随着地下水位不断下降，可能造成路面下陷。另外，当路面积水溶入城市污染物，经阳光照射后水分蒸发，容易留下污渍，影响城市卫生与形象。
2.2透水混凝土路面
对于透水混凝土路面，由于不含细骨料，其内部的大量孔隙可加速路面排水。研究表明[5]，当透水混凝土地坪孔隙率达15%-25%时，其透水速度将达31.18L/m/h~51.96L/m/h,可有效排除路面积水。此外，雨水能沿着透水混凝土内部大量连通孔隙渗入地下或存于路基中，可补充所在地区地下水位，起到了环保和调节水资源的作用。
3.透水混凝土路面的功能优势及应用情况
3.1排水性能
透水混凝土因其集料级配特殊，其内部含有大量空隙，具有良好的排水性能。清华大学的韩建国[2]考察了美国爱荷华州立大学的透水水泥混凝土停车场，该车场透水混凝土和普通混凝土各半。观察发现，在晴天，透水混凝土路面因其抗弯变形性能差，在经过一段时间使用后，其表面出现裂纹，而普通混凝土路面相对完整；在雨天，透水混凝土路面排水效果好，而普通混凝土路面有积水且有眩光现象。从中可以发现，在排水性能方面，透水混凝土路面较之普通混凝土路面具有更大优势，但其承载力较低，表面易开裂。对于这一问题，有研究表明[6]，在水灰比一定的情况下，增加水泥用量，降低骨灰比，可在一定程度上提高透水混凝土的抗压强度，但其透水系数会大幅降低。刘慧丽[7]在综合分析透水混凝土透水系数与抗压强度的关系后，得到了保证透水系数的最佳配比参数：水灰比0.30；集灰比3.5；粗骨料粒径2.36~4.75mm占比为100%；掺加矿物掺合料和外加剂。
3.2吸声降噪
透水混凝土表面具有连续孔隙，当声波传来，在孔隙内的空气摩擦以及空气的黏滞阻力作用下，一部分声能转化为热能并被消耗掉。此外，孔内空气与孔壁发生热交换亦可使声能衰减。在工程实践方面，1996年以来，我国先后在杭州——金华段高速公路和320国道上铺设多孔透水性沥青路面并进行测试，结果表明，该路面在吸声降噪方面优势明显。研究表明，孔隙率是影响透水混凝土吸声降噪性能的重要因素[8]。王波等[9]研究得出了透水混凝土吸声性能随孔隙率及频率变化的规律和经验公式，且在综合考虑吸声效果和路面性能要求后得出透水混凝土孔隙率宜选用15%-20%。
3.3缓解热岛效应
在阳光照射下，传统混凝土路面会吸收、储存和反射热量，使地面温度上升，给行人带来烘烤感。相较之下，透水混凝土以其良好的透水透气性能，使孔内水分吸热变为水汽并逸散到路表面以达到降低路面及近地层空气温度的效果，继而缓解热岛效应。王从锋等[10]基于城市下垫层的性能对城市温度有重要影响，通过模拟计算得出了高透水混凝土、普通混凝土、土壤、草皮等下垫层内部温度变化规律，并选取了一天内典型时刻的各下垫层温度随深度的变化情况进行分析。结果表明，从中午到夜晚，透水混凝土表面和内部温度均低于普通混凝土，从而证明了透水混凝土良好的散热性能对缓解城市热岛效应作用显著。
4.结束语
透水混凝土作为一种新型生态混凝土以其排水、吸声降噪、缓解热岛效应等功能优势已在许多国家和地区的工程建设中得到应用。在我国，透水混凝土路面目前仅在一线城市应用较多，尚未在二三线城市推广，前景广阔。此外，透水混凝土在道路方面的应用还存在诸如耐久性差、抗压承载力较传统路面差以及相关国家标准出台较少等问题，但随着研究的深入和城镇化进程的加快，透水混凝土必然会在道路交通、节能减排、生态环境与可持续发展等诸多方面发挥更大作用。
参考文献：
[1]宋静. 透水混凝土的推广与应用[J]. 企业技术开发,2012,26:136-137.
[2]韩建国. 透水混凝土的性能和应用现状综述[J]. 混凝土世界,2014,10:46-52.
[3]魏胜,王俊岭,张雅君,冯萃敏. 透水混凝土路面铺装的发展现状[J]. 市政技术,2014,04:28-31.
[4]王理中,董凌云,刘飞. 大明宫国家遗址公园:御道广场露骨料透水混凝土应用历程回顾[J]. 建筑创作,2012,(01):162-167.
[5]董徐奋. 透水混凝土在道路工程中的应用研究[J]. 四川建材,2009,06:13-16.
[6]蒋正武,孙振平,王培铭. 若干因素对多孔透水混凝土性能的影响[J]. 建筑材料学报,2005,(05):513-519.
[7] 刘丽惠.透水混凝土透水系数和强度的试验研究[D].中国农业大学,2007.DOI:10.7666/d.y1107732.
[8]张丽,刘良森,张静芳,邱冠雄. 透水性混凝土路面的功能[J]. 砖瓦,2012,01:52-54.
[9]王波,霍亮,高建明. 多孔混凝土铺装吸声性能试验研究[J]. 四川建筑科学研究,2004,(04):85-86+89.
[10]王从锋,刘德富. 高透水混凝土路面消减城市热岛效应计算分析[J]. 混凝土,2010,09:108-110.
