透水性混凝土的發(fā)展及其在海綿城市中的應(yīng)用

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國城市化進(jìn)程有了顯著提高，城市化的快速發(fā)展使得地面的不透水面分布比率的不斷上升。城區(qū)不透水面積的增加引發(fā)了一系列的城市生態(tài)環(huán)境的改變，我國降水受季風(fēng)影響大，尤其在東南部沿海地區(qū)，降雨強(qiáng)度大、梅雨期長、極易出現(xiàn)暴雨洪水。近些年出現(xiàn)的Z嚴(yán)重的問題之一就是城市路面降雨產(chǎn)流量增大，洪流系數(shù)明顯偏大，降雨產(chǎn)生的地面洪流由于無法滲入地下而形成市區(qū)內(nèi)積水災(zāi)害，比如2012年發(fā)生在北京的7.21暴雨引發(fā)的誘災(zāi)造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，2013年7～8 月和2016年7～8月兩個(gè)月里中國各地遭不同強(qiáng)度的暴雨，城市中已是水漫金山，嚴(yán)重影響百姓們的正常生活。大雨大淹，小雨小淹，排水不暢已經(jīng)成了城市的頑疾，這給城市建設(shè)者們敲響了警鐘。就目前各大城市地下管網(wǎng)布局來看，雖耗費(fèi)了大量建材資金和人力處理排水。但依然無法應(yīng)對(duì)降雨的彈性變化，深陷“暴雨必澇”和“看海”的怪圈。僅靠傳統(tǒng)的工程依賴性治水思路將給排水分開治理，也只是揚(yáng)湯止沸，不能從源頭解決問題，只會(huì)帶來無法估量的后遺癥，讓城市生態(tài)系統(tǒng)不堪重負(fù)。如何切實(shí)有效地平衡人與自然的和諧關(guān)系對(duì)發(fā)展“經(jīng)濟(jì)”至關(guān)重要，這也正是建設(shè)海綿城市的必要。

1透水性混凝土的特性

透水性混凝土是一種非常好的材料，其各種特性滿足了海綿城市建設(shè)的要求。透水性混凝土具有透水、透光、高承載、抗凍融、裝飾美觀，易于維護(hù)的特點(diǎn)。這種混凝土與傳統(tǒng)的混凝土相比較而言其材料組成有所不同，透水性混凝土包含了骨料、高標(biāo)號(hào)水泥、摻合料、穩(wěn)定劑、水等原料，是空隙較多、質(zhì)量較輕的混凝土，在粗骨料表面包裹一層薄漿料，通過這兩種材料的相互粘結(jié)，形成了大大小小的空穴，從而實(shí)現(xiàn)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漿局部相互粘結(jié)，骨料之間形成了相互連通的均勻孔隙。為保證混凝土攤鋪后表面平整美觀，孔隙小而均勻。同時(shí)骨料顆粒之間膠結(jié)牢固，因此，粗骨料一般采用單級(jí)配石子，粒徑一般4～7mm或10～16mm，要求外觀規(guī)整，無棱角。針片狀顆粒的含量應(yīng)小于1%，含泥量不大于0.5%，壓碎值小于15%。為保證透水性混凝土的孔隙率（20%以上）和抗壓強(qiáng)度（C20～C30），一般采用P·O42.5以上標(biāo)號(hào)的水泥進(jìn)行拌制，要求水泥三天抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于27.0MPa，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到50.0MPa以上[2]。為提高透水性混凝土道路的抗折強(qiáng)度，還要摻加水泥質(zhì)量2%左右的膠結(jié)增強(qiáng)劑。試驗(yàn)表明，摻加膠結(jié)增強(qiáng)劑后，透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度一般可以提高20%左右，抗折強(qiáng)度可以提高30%以上，同時(shí)還可以有效改善透水性混凝土的后期泛堿現(xiàn)象。

2透水性混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外研究現(xiàn)狀

19世紀(jì)中期，英國Z早運(yùn)用了一種不含細(xì)集料的無砂大孔混凝土。1900年后該混凝土傳至南非、俄羅斯等地，隨后對(duì)該材料進(jìn)行了大量研究，修建了很多無砂大孔混凝土建筑。20世紀(jì)60年代，發(fā)過因林蔭道上灌木澆灌問題，開始提出透水路面的設(shè)想。1970年，英國初次將無砂大孔混凝土用于市政路面上[3]。此后，該材料被稱為透水性混凝土（Pervious Concrete），由于它是一種生態(tài)、的路面材料，逐漸受到人們的歡迎。

   自1973年，日本就開始使用透水性混凝土，在1973-1995年東京共修建220萬m2透水性混凝土路面，在21世紀(jì)初，累計(jì)鋪設(shè)面積在1000萬m2 [4]。日本在透水性混凝土路面的養(yǎng)護(hù)方面，運(yùn)用壓力在4～7MPa的小型高壓清洗機(jī)來清洗路面，可使路面的透水性能達(dá)到初期的80%左右。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)在透水性混凝土方面的研究起步較晚，自1950年左右對(duì)無砂大孔混凝土開始研究，用作墻體非承重材料使用比較多，但作為路面材料應(yīng)用尚不廣泛，1970年后，才將其作為地坪材料加以應(yīng)用[5]。1990年以后，無砂大孔混凝土開始被作為一種、生態(tài)型材料研究，并逐漸應(yīng)用于路面工程。在此期間，建科院開始對(duì)透水性混凝土與透水性混凝土路面磚進(jìn)行研究，隨著研究的深入，取得一系列的成果。2008年在奧林匹克森林公園使用了大面積的透水鋪裝，體育館“鳥巢”的湖邊西路道路工程鋪設(shè)了多于9700 m2透水性混凝土[6]。長安大學(xué)等對(duì)透水性混凝土的物理力學(xué)性能和路用性能進(jìn)行了一系列研究，并取得了一定的豐富成果。2015年4月財(cái)政公布16個(gè)首批“海綿城市建設(shè)”示范城市，包括遷安、白城、鎮(zhèn)江、嘉興、池州、廈門、萍鄉(xiāng)、濟(jì)南、鶴壁、武漢、常德、南寧、重慶、遂寧、貴安新區(qū)和西咸新區(qū)。

3透水性混凝土在海綿城市中應(yīng)用的重要性

傳統(tǒng)的人行道結(jié)構(gòu)建設(shè)采用基層材料，主要成分為碾壓級(jí)配碎石，在中、粗砂的幫助下，或者是干硬的水泥砂漿下，對(duì)透水的磚面進(jìn)行固定。采用這種人行道設(shè)計(jì)，可以使得人行道的透水性，能夠?qū)崿F(xiàn)海綿城市的建設(shè)要求。這種人行道設(shè)計(jì)需要質(zhì)量較高的建筑材料，但是由于目前施工人員的能力不高。因此很容易導(dǎo)致人行道的強(qiáng)度不夠、平整度不夠。建成之后在投入使用的過程中，會(huì)受到雨水的沖刷，Z終導(dǎo)致路面出現(xiàn)局部沉降，人行道出現(xiàn)起伏和波浪現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)大雨天，就很容易出現(xiàn)積水，積水不能實(shí)現(xiàn)自然滲透。

透水性混凝土是一種環(huán)境友好型材料，用它替代傳統(tǒng)城市建設(shè)中的非透水地面能帶來以下優(yōu)點(diǎn)：（1）強(qiáng)大的原地透水功能，一舉三得。不僅能及時(shí)排走路面積水，補(bǔ)給局部范圍內(nèi)的地下水資源，穩(wěn)定地下水壓力，從而達(dá)到防止地面沉降的目的。還能避免輪胎側(cè)滑、雨水潑濺，減少隱患。同時(shí)兼具緩解城市地下管網(wǎng)的泄水壓力。對(duì)改善臨街商鋪、住宅的生活環(huán)境不可或缺。（2）透水性混凝土也可在顏色上做文章。結(jié)合建筑美學(xué)，可將無機(jī)顏料按要求兌水后與混凝土充分?jǐn)嚢?，制成顏色各異的彩色透水性混凝土，與周圍景觀相得益彰，使其具有設(shè)計(jì)感、適用性和觀賞功能，是個(gè)功能復(fù)合體。（3）相比于傳統(tǒng)不透水路面，在雨后天晴或夜晚時(shí)易發(fā)生反光、眩光、海市蜃樓的現(xiàn)象。其的蜂窩狀結(jié)構(gòu)和大量的開放式孔隙不易發(fā)生漫反射，使行人、司機(jī)的通行和舒適度更有保障。同時(shí)兼具吸聲降噪、吸附塵埃、吸濕調(diào)溫作用，能有效傳遞熱量。在海綿城市建設(shè)中，透水性混凝土能發(fā)揮對(duì)雨水吸納、蓄滲和緩釋作用，有效緩解城市內(nèi)澇和熱島效應(yīng)，達(dá)到削減城市徑流污染負(fù)荷和節(jié)約水資源的作用。

4透水性混凝土在海綿城市應(yīng)用中存在的問題

透水性混凝土作為一種全新的概念和技術(shù)，國內(nèi)外有關(guān)專家學(xué)者們進(jìn)行孜孜不倦的研究和探索。它的出現(xiàn)改變了城市雨水徑流的循環(huán)模式，地增強(qiáng)了新城鎮(zhèn)化建設(shè)的可控性與協(xié)調(diào)性，給城市的雨洪管理、污水防治工作帶來新思路，是建筑節(jié)能環(huán)保時(shí)代下，建筑創(chuàng)新領(lǐng)域必然的發(fā)展方向。但是在應(yīng)用過程中，也存在著以下的問題：（1）由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，透水性混凝土底層壓實(shí)度較低，具有多孔輕質(zhì)的特點(diǎn)，是一種半脆性材料。雖然內(nèi)部連通的大孔隙使透水性混凝土鋪筑的路面具有很強(qiáng)的速排水、高滲透能力。但是目前在透水性混凝土中常見的孔隙率大于18％，甚至可以超過20％，從而導(dǎo)致的問題是其耐腐蝕度、抗彎曲變形能力、抗車轍性能難以保證。還有大量的推廣應(yīng)用到城市鄉(xiāng)道路上，由于道路車輛來往較多、周邊環(huán)境復(fù)雜，灰塵、砂石、污垢、油漬等雜質(zhì)極易嵌入孔隙中，堵塞孔隙。（2）相較歐美等，它們有成熟而完善的法規(guī)制度和對(duì)透水性混凝土研制的專項(xiàng)補(bǔ)助基金。但是由于我國起步晚，軟件設(shè)備、模擬實(shí)驗(yàn)室等客觀因素制約了行業(yè)發(fā)展，缺少適合我國國情、可供分析研究的一手資料，所以表現(xiàn)遜色。（3）我國幅員廣闊、各地其降雨分布層次不齊、水文地質(zhì)條件差別較大，已建的灰色基礎(chǔ)設(shè)施配置不合理給建設(shè)海綿城市帶來考驗(yàn)。

5結(jié)語

綜上所述，海綿城市是城市建設(shè)的發(fā)展方向，在海綿城市建設(shè)過程中，應(yīng)該要對(duì)各種材料的質(zhì)量進(jìn)行控制。透水性混凝土是一種新型的混凝土材料，對(duì)于城市的排水、蓄水有很大的幫助。尤其是在海綿城市的建設(shè)過程中，要加強(qiáng)對(duì)傳統(tǒng)的建設(shè)材料的升級(jí)改變，加強(qiáng)透水性混凝土的應(yīng)用可以很好地滿足海綿城市的建設(shè)要求。