微孔生態透水材料的制備及性能研究

鄭莉莉

摘? ? 要：近年來，隨著社會的發展，我國的現代化建設的發展也有了很大的改善。微孔生態透水材料是以環氧樹脂或聚氨酯類等聚合物高分子材料為膠凝劑，以沙漠中風積砂為骨料的生態環保產品，并廣泛應用于地面徑流排水、吸熱降噪、控制水體污染等諸多方面。海綿城市建設的源頭在于鋪裝具有“滲、濾”功能的生態透水材料，目前關于微孔生態透水材料性能研究的文獻較少。德國Polyoil公司的Berlineanu等以石英砂為骨料，以Polyoil110為粘結劑，制備了微孔生態砂漿，但其強度較低，透水性較差，不能單獨作為鋪裝面層。清以風積砂為主要骨料，以環氧樹脂為粘結劑，研制出以大孔隙水泥混凝土為基層、微孔有機材料為面層的復合透水磚，且強度較高，但透水性受表面張力的影響，未能滿足GB/T25993—2010《透水路面磚和透水路面板》中關于透水系數的要求。以GCC135環氧樹脂為粘結劑，以GCC137為固化劑，以分選40～70目的沙漠砂為骨料，研制了一種微孔有機透水磚，強度達到C30以上，但成本高，且透水性不穩定。

關鍵詞：微孔生態透水材料;制備;性能研究

1? 引言

城鎮化是保持經濟持續健康發展的強大引擎。然而，快速城鎮化的同時，原有的天然植被與裸露土壤不斷被各種建筑物及不透水硬化路面所取代，失去了自然積存和自然滲透功能，從而影響了降雨、蒸發、雨水產匯流等水文過程，導致一系列生態環境問題，如：城市內澇加劇、熱島效應突出、面源污染嚴重等諸多環境問題。微孔生態透水材料具有滲濾能力強、不易堵塞、強度高等優點，能有效地緩解城市內澇、熱島效應等難題，對提升城市形象，優化城市生態環境起到積極作用。本文從透水鋪裝材料的類型及應用效果入手，對比分析各類材料的路用性能，研究其在城市道路中的應用效果，總結微孔生態透水鋪裝路面性能，為城市道路透水鋪裝材料的優選提供一定的參考。

2? 透水性材料的概述

滲透性材料是指鋪裝材料的表面可以吸收水，并且在這個過程中讓水分子從表層滲入，并向下滲入基層中。根據其功能及適用場合，滲透性材料主要可分為四種：陶瓷透水磚、透水性混凝土材料、自然型透水材料和新型透水材料。在本文中，我們主要討論陶瓷透水磚、透水性混凝土材料的發展歷史以及在城市道路和建筑中的使用，包括在這個過程中所遇到的問題和思考。

2.1? 透水磚的形成

滲水性材料最早是由荷蘭人發明的，他們為了解決沿海建路中遇到的地面下陷、路面干涸開裂的問題，發明了最初的透水性材料———透水磚。且為了更好地解決這類問題，荷蘭在透水磚的工藝上進行不斷改進，最終形成了一種長寬高分別為20cm，10cm，5cm的小型路面用磚。在道路的具體建設時，工人會刻意的讓磚與磚之間應保持0.2cm的間隙。這種組合設計使得雨水能夠穿透磚塊，盡可能的避免由于路面下方缺水引起的沉降過程。

2.2? 透水性混凝土在國內的實踐情況

透水混凝土的使用方法在西方一些國家已經成為一種習慣，其最早被用于路面街道，但隨著透水材料的優點被更多人得知，其使用的范圍也被擴展到諸如能夠調節城市小氣候的停車場、廣場、生態公園、步行街等場所。直至現在，透水混凝土也在一些市政道路廣場中大放光彩。2000年，清華大學在就透水材料的透水性和抗壓性等方面的研究取得突破。在透水混凝土的原材料中加入硅粉，制備出新型的透水混凝土。雖然從總體看來我國在透水混凝土的研究中取得了一些突破，但我國對透水性水泥混凝土基礎材料的科學研究起步相對較晚，所以該體系的建設至今還沒有完全成熟。雖然透水性混凝土材料和其他相關材料在國內的一些項目中得到了運用，可仍需要大量的技術來支持相關科學研究。

3? 微孔透水原理

微孔生態透水材料基于超親水屬性，通過官能團的配對接枝法對聚合物分子鏈重構，研制出具有親水屬性的聚合物膠凝劑，對水分子能夠產生吸附作用，以降低流液表面張力原理來實現微孔滲透，并利用細砂骨料顆粒間幾十微米的間隙，將流液中的懸浮顆粒過濾在材料表面以防止孔隙堵塞，克服了大孔隙透水易堵塞失效、強度偏低、耐久性差等系列缺陷。微孔生態透水材料中高分子組分具有一定超親水屬性，水滴在材料表面幾乎完全鋪展，接觸角小于10°。

4? 透水材料的類型及路用性能

透水鋪裝材料廣泛研究并應用于地面徑流排水、吸熱降噪、控制水體污染等諸多方面，其種類繁多，總體可分為水泥混凝土透水材料、陶瓷透水材料和微孔透水材料。

4.1? 水泥混凝土透水材料

水泥混凝土透水材料主要以水泥作為主要膠凝劑，以粒徑2.36mm～4.75mm的碎石為骨料，通過壓制成型或現場整體鋪裝成型。混凝土透水磚大多采用大孔隙透水結構，存在易堵塞失效、無過濾功能等系列缺陷，導致海綿城市建設配套的蓄排水系統失效，需要反復翻修，達不到海綿城市建設“滲、滯、蓄、凈、用、排”對路面透水鋪裝的指標要求。研究人員試圖降低骨料粒徑，但水泥凝結時間較長，凝結過程是復雜的物理化學反應，造成小孔隙板結堵塞，有效透水時間較短。水泥膠結料粘結力不強，增加水泥用量造成透水性差。為保證透水效果，只能降低水泥用量，但勢必造成透水磚的耐磨性差，這是目前這類材料暫時無法克服的缺陷。

4.2? 陶瓷透水材料

陶瓷透水磚材料以黏土或氧化鋁為粘結料，以陶瓷廢料、玻璃碎片等為主要原料，經篩分、干燥、壓制、高溫燒制）1000℃，1h）等工藝制備成型。陶瓷透水磚由于主要以粘土為原料，會大量破壞土地，并且需要高溫燒制，消耗煤炭資源的同時也會造成環境污染，正在逐步受到國家控制和淘汰。陶瓷透水磚表面粗糙，屬于大孔隙透水，存在和水泥混凝土透水磚同樣易堵塞的缺陷，透水壽命短，不滿足海綿城市建設的技術指標要求。

4.3? 強度高、耐久性好

微孔生態透水材料中的聚合物膠凝劑和細砂骨料通過混合壓制成致密結構體，從而具有強度高、耐久性好等優良物理力學性能。經過試樣檢測，其力學性能均滿足規范要求。微孔聚合物顆粒材料是由顆粒—界面—粘結基質構成的立體蜂窩狀微孔結構，顆粒為風積砂，主要化學成分為SiO2，強度較高;粘結基質為高分子樹脂，固化成型后強度高不易破壞，耐久性好。

4.4? 吸音、降噪

微孔透水鋪裝材料內部具有大量微孔，孔與孔之間互聯互通且向外敞開，使聲波易進入微孔內，恰好符合多空吸聲的結構特征，因而可以吸聲降噪。聲音的頻率越高，空氣質點的振動速度越快，聲波傳入微孔透水材料后，空氣與孔壁的摩擦和熱交換作用也越快，所以，微孔透水鋪裝對中高頻聲音的吸聲系數大，而對低頻聲音的吸聲系數小。影響微孔透水鋪裝材料吸聲系數的因素主要有孔隙率、孔徑大小、透水鋪裝厚度、含水率等。

5? 結語

微孔生態透水鋪裝材料以沙漠中20～40目風積砂為骨料的微孔透水預制件產品具有強度高（28d抗壓強度為31.8MPa）、透水性能好（2.3×10-2cm/s）、耐磨性強（磨坑長度24mm）等優點。同時，對城市路面徑流污水中40μm～70μm的懸浮物SS去除率達75%以上。對比透水混凝土、聚合物混合料大孔隙透水鋪裝、混凝土透水磚、陶瓷透水磚，微孔生態透水磚在透水時效上、吸聲降噪功能、性價比等方面具有明顯優勢。微孔生態透水預制件產品具有滲濾能力強、不易堵塞等優點，能夠有效的控制道面水體污染，鋪裝效果好、功能性強，是提升沙漠中沙資源價值的有效途徑，可廣泛應用于海綿城市的建設中。

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