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地面透水铺装

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发表于 2017-3-31 16:16:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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透水性铺装材料的生态特征
1,透水性铺装材料应用的必要性
人类在创造为自己创造生存空间,建设城市时,也在改变着大自然的环境,破坏着大自然的循环与平衡。城市化的重要特征之一就是原有的天然植被不断被建筑物及非透水性硬化地面所取代,从而改变了自然土壤植被及下垫层的天然可渗透属性,从而破坏了大自然中水和气的原有循环,因而产生了很多负面问题。
(1) 硬化地面使雨水从地面流失或者被阳光蒸发掉,阻断了降水直接补充地下水的途径,使城市地下水难以得到补充,,造成城市地下水位下降。影响地表植物的生长;
(2)不透气的地面很难与空气进行热量、水分的交换。对空气的温度、湿度的调节能力差,且由于硬化地面的高反射率,使它在大量吸收、储存了太阳辐射热之后,又将热量反射释放出来,使城区的温度比郊区和乡村高2~3℃ ,产生“热岛现象”;
(3)不透水的道路容易积水,降低道路的舒适性和安全性:
(4)当短时间内集中降雨时,雨水只能通过下水设施排入河流。大大加重了排水设施的负担。并且雨水挟带路面的污染物注入江河造成二次污染,在城市里形成一种有雨洪灾、无雨旱灾的矛盾局面。
(5)不透水铺装严重地破坏了城市市区地表土壤的动植物生存环境,改变了大自然原有的生态平衡。包括城市广场、建筑、道路等设施在内的城市下垫层代替了大自然原有的森林、绿地和田野,形成了“城市荒漠”,野生动植物逐渐失去了其赖以生存的环境而不断减少以致濒临灭绝。
(6) 暴雨季节内涝频发,当短时间内集中强降雨时,不透水路面导致排水不畅,雨量过度集中造成路面积水、内涝,路面积水,影响行车安全,甚至造成交通瘫痪。我国城市基础设施发展滞后的状况使得暴雨时城市排水设施不能有效满足排水及防洪的要求,市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象,这是我国很多城市夏季产生城区内涝的重要原因。不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨,在暴雨时这种地面径流急剧增高,很快出现峰值,流量急升急降。
(7)城市道路交通生态缺陷车辆在不透水路面行驶噪声较大,雨天易形成积水飞溅,无雨天易形成扬尘,危害人的健康。
由于以上问题的出现,认识到问题的严重性后,对能够探索与应用能够“与环境共生”的透水性铺装材料的需要日益增加。因此很多已经对透水性铺装有了一定的研究,特别是日本和德国,发展的比较早。目前我国也已经开始应用透水性混凝土,杭州市除运河治污工程外,从2005年开始在城市市政建设中大规模推广使用透水工程材料。据不完全统计,至2007 年杭州市铺设透水混凝土面积达30万平方米。北京市仅在奥运场馆建设中铺装透水工程材料达10多万平方米。在奥运公园水环境设计思路的讨论会上,一位专家提出,奥运公园最重要的设计之一,应是让地面具有很好的雨水回渗功能。上海在新建改建公园中积极推广透水材料铺装,2010 年举办的上海世博会工程、特奥会训练基地建设大量采用透水混凝土铺装。建设部也在大力推广透水混凝土材料,这标志着城市建设逐步走出硬化的误区,向人们展示一种全新的,具有环境、生态、水资源保护功能的地面铺设。

2. 透水路面及透水铺装材料的介绍
2.1 透水路面的设计原理
透水型路面与普通路面最大的不同就在于透水性,而影响路面透水性的主要因素就是孔隙率。据一项关于沥青混合料的孔隙率与透水性的关系研究显示,8%的孔隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点,见图1。
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图1  沥青混凝土透水系数-孔隙比
因此,如果设计的是不透水的密级配沥青路面,孔隙率应<8%且不能太接近,最好在4%左右。若设计是透水的开级配大孔隙沥青混凝土,孔隙率应>8%,实
  际应用>15%,这才能保证路面畅通透水。
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2.2 不同透水材料制成的透水路面
(1)透水性混凝土路面
透水型混凝土是将水泥、特殊添加剂、骨料、水用特殊配比混合而成,它比其他地面铺装材料更为优良、生态、环保,属于全透水类型,有很好的透水性、保水性、通气性,水能够很快地渗透混凝土。透水混凝土路面的结构形式自下到上依次为素土夯实、级配碎石、60~200 mm 透水混凝土,具体结构见图2。
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图2  透水型路面结构示意图

透水型路面可以将路面的雨水渗透到路基或是周围的土壤中加以储存,目前多数应用于园林绿地、公园、球场等。为加大渗透能力,保证路基强度,也可以增
加附属排水系统,排水流入城市管网或蓄水系统,主要应用在道路、通道、人行道、广场等道路承载大的地段。
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图3   透水混凝土铺装面层
(2)透水性沥青路面
  透水型路面的另一种形式就是透水型沥青路面,属于半透水类型。道路结构形式与普通沥青路面相同。
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图4透水沥青面层
透水型沥青路面只是在路表面层采用透水沥青,底面层仍是普通沥青,在底面层两侧增加碎石排水暗沟,渗水通过路面底面层横向流入两侧的排水暗沟中,每隔一定距离在路边设置渗水井,雨水可以通过渗水井渗透到路基以下或统一排到蓄水池中储存起来循环利用。这样就要求底面层施工时一定要控制好道路的横坡,否则沥青路面会有层间水长期存在,加快道路的破损。具体结构面示意见图5和图6。
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图5透水沥青路面横断示意图


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图6 透水型沥青路面蓄水系统示意图

(3)透水砖
目前, 在市面上见到的透水砖从材质和生产工艺上可分为两大类, 一类是以固体工业废料、生活垃圾和建筑垃圾为主要原料, 通过粉碎、成形、高温烧制而成的具有透水砖的性能、符合透水砖标准的建筑装饰材料, 称之为陶瓷透水砖; 另一类是以无机非金属材料为主要原料, 利用有机或无机粘结剂通过成形、固化而制成的具有透水砖性能、符合透水砖标准的建筑装饰材料, 由于它无须烧成, 所以称其为非陶瓷透水砖。
从产品本身的性能和使用功能上又可将透水砖分为砖体本身透水的透水砖和砖体本身不透水或本身只能渗水或微弱透水的透水砖。本身不透水的透水砖有陶瓷的,也有非陶瓷的, 其透水功能靠铺贴或拼凑组合时砖与砖之间的接缝实现。单体不透水的陶瓷透水砖是将不同颜色的陶瓷砖块(20mm×30mm、30mm×50mm)按一定规格组合粘贴在一片特制的树脂板上, 像马赛克一样。该树脂板下面有支撑脚, 以便于从砖接缝处漏下去的水渗入地下,达到透水的目的。这种透水砖重量轻、铺砌方便, 更换也方便, 图案组合更容易实现, 但成本较高。
      陶瓷透水砖具有很多其他陶瓷砖所不具有的特性(1)高透水性; (2)陶瓷透水砖的主要原料是工业废料,所以其生产减轻了工业废料对环境造成的污染; (3)高透水性生态陶瓷砖主要以工业固体废物为原料, 且该砖的装饰效果特别好, 所以它必然会代替其他类似的建筑材料, 从而节约了其他工业原材料的使用, 为节约资源做出贡献; (4) 由于陶瓷透水砖使用的工业废料都经高温煅烧过, 所以其烧制过程除燃料本身放出的气体外,很少产生有害气体, 减轻了废气对环境的污染; (5)陶瓷透水砖孔隙率高, 吸音效果好, 有防止噪音污染的功能。另外, 其表面摩擦系数大, 行人行走轻松自如, 从而消除行走时的疲劳感。
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3.透水性铺装材料的生态优点
3.1缓解城市热岛效应和干热环境
水性铺装由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造,雨过天晴以后,透水性铺装下垫层土壤中丰富的毛细水通过太阳辐射作用下的自然蒸发蒸腾作用,吸收大量的显热和潜热,使其地表温度降低,从而有效地缓解了“热岛现象”。
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“城市干燥化”是城市热岛效应的连锁反应之一。北方城市在少雨季节常见的风沙起尘现象,究其原因就是地表的湿度及蒸发量减少,空气及地表的湿度过小,空气日益干燥。该现象在缺水的北方城市尤其明显,这些城市如果使用透水
性铺装,透水性铺装蒸发的水蒸汽会增加空气的湿度,这对于缓解“城市干燥化”也是有利的,该增湿作用可以有效地减少城市地面的起尘及“沙尘暴”危害。

3.2维护城市土壤生态环境的平衡
透水性铺装兼有良好的渗水性及保湿性,它既兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求,又能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势以便减轻城市非透水性硬化地面对大自然的破坏程度,透水性铺装地面以下的动植物及微生物的生存空间得到有效的保护,因而很好地体现了“与环境共生”的可持续发展理念。
3.3良好的防洪排水性能
由于自身良好的透水性能的渗水能力,能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力,径流曲线平缓,其峰值较低,并且流量也是缓升缓降,这对于城市防洪无疑是有利的。因此,铺装透水性地面不失为城市广场防涝的积极措施。
3.4改善光环境的作用
透水性铺装表面由于孔隙的存在使得投射到表面上的光线产生扩散反射,因而避免了光滑地砖或石材常出现的由定向反射而造成的眩光,雨天不透水地面聚集的水面同样会产生眩光,这种眩光在夜间的车灯照耀下特别严重,这是造成夜晚雨天行车交通事故多的重要原因之一。透水性铺装由于及时消除表面积水,因而克服了行车“漂滑”、“飞溅”、“夜间眩光”等不透水地面所带来的缺陷,对城市交通安全也是有利的。
3.5具有吸音作用
当声波打在透水性铺装表面上时,声波引起透水性铺装内部小孔或间隙的空气运动,紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢,由于摩擦和空气运动的粘滞阻力,一部分声能就转变为热能,从而使声波衰减;同时,小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失,也能使声能衰减。由于城市高层建筑以及高架道路的不断增多,再加上穿过市区的飞机噪声,这些声源较高的噪声,从城市上空投射到透水性铺装表面上,根据上述原理,透水性铺装依靠其特有的吸声降噪机理对城市声环境起到明显的改善作用。普通的非透水性硬化广场地面只能将声波重新反射,起不到吸声降噪的作用。另一方面,透水性铺装的多孔结构能使在其上行驶车辆的轮胎噪声降低,进而对降低交通噪声也是有利的。透水混凝土的孔隙结构能有效降低路面噪声6-10 分贝。
3.6环保、优化城市环境
大孔隙率的透水工程材料能吸附城市污染物(如粉尘),减少扬尘污染,对地表污水起过滤作用。而且在雨天可以有效的防止地表径流的情况出现,这样就可以防止垃圾随着地表径流随处漂,到处是脏水的情况。使城市无论是晴天还是雨天都是干干净净的,更加环保。
3.7美化环境
可以在粘结剂中掺入各种色料,使得混凝土路面颜色变得多种多样,也很容易形成各种图案,可以结合周围景观自由设计,摆脱了以前黑色铺装的单一、凝重、压抑,丰富了城市路面的色彩,美化了城市的景观效果。这种例子在我国已经很多了,我国正在积极研究,现在已有透水性生态彩色艺术地坪,它不但生态环保,且色彩、质感、花式多变,适宜不同的景观风格需求。位于杭州市环城东路的金衙庄地道,就应用了透水混凝土铺装,一瓶矿泉水倒下去,不过两秒钟就完全渗下,解决了以往花岗岩铺装一遇雨雪天气路面打滑的问题。金衙庄地道顶为浅黄色,壁为鹅黄色,透水混凝土则为深黄色,和谐而富于变化,与杭州其他冷色调的地道相比,丰富了杭州的色彩。
3.8经济效益显著
据专家测算,南京市可改造为透水铺装面积约370 万平方米,如全部改造完毕,可蓄水69 万立方米,相当于70 台水泵的排水量;如果这部分降水混入污水系统,浪费严重;2007 年,北京改造玉泉西街、体育场北路东段等9 条奥运市政道路两侧步道,铺设步道总长5500 米,覆盖步道面积2.5 万平方米,年可节水1.2 万立方米;透水材料铺装的地面与不透水材料铺装的地面工程造价基本持平或更低。
3.9有效治理河流治污
城市河道治污在城市建设中具有重要的意义。透水混凝土可用于河道护坡,防止因水流对河堤的冲刷而水土流失,有利于绿化植物扎根生长。应用效果超出有关部门对河岸实施生态修复工程的设想。杭州市为实施“运河申遗”计划,大规模把透水混凝土运用到城市河道的堤岸、护坡工程,很好的实现“水清、岸绿、景美”,成为市民休闲游玩的好去处。
3.10 有很好的储水性
透水混凝土能使雨水迅速渗入地下,补充地下水,保持土壤湿度,维护地下水和土壤的生态平衡,改善城市生态条件;又能避免因过度开采地下水而引起的地陷和房屋地基下沉等工程地质灾害。经测算,5000 万平方米透水地坪,按年降雨量600 毫米计,可蓄水3000 万立方米,相当一个中型水库容量。可见透水混凝土铺装路面的蓄水潜力非常巨大!标美彩石彩色透水混凝土具有17-22%左右的透水透气孔隙, 其结构层部分具有丰富的空隙,存水能力强。



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