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透水混凝土路面的发展历程

  来源:www.ythxdp.com
  透水混凝土是一种生态环保型混凝土,具有连续的孔隙、良好的透气和透水性。笔者综述了透水混凝土路面铺装的发展历程、结构类型、技术特点及其应用情况等。透水混凝土路面铺装可以补充地下水,缓解城市内涝,吸声降噪,改善城市热环境,具有良好的环境效益和社会效益。对透水混凝土路面铺装的深入研究有助于该绿色基础设施的应用与发展。
  随着我国经济的发展,城市规模的扩大和结构的变化,城镇地表逐步被钢筋混凝土房屋、大型基础设施、各种不透水的场地和透水性差的混凝土路面所覆盖。其中不透水混凝土路面所占比例越来越大,对社会和生态环境产生了许多负面影响,缺乏“环境实用性”,尤其是城市内涝、地下水位下降、热岛效应等问题日益突出。透水混凝土铺装作为低影响开发措施之一,可以达到用雨水补充地下水资源;减少路面径流,预防城市内涝的发生;减少路面径流携带的污染物,减轻河道水体污染等目的。对改善城市的自然环境和维护生态平衡等具有重要的现实意义,是一种与自然环境相协调的绿色基础设施。
  1  透水混凝土发展历程
  透水混凝土的应用始于100多年前,据记载:1852 年英国在建造工程中开发了不含细骨料的混凝土,即透水混凝土。美国从20世纪60年代就开始了对透水混凝土设计方法的研究。1995年,南伊利诺伊大学的Nader Ghafoori阐述了透水混凝土作为路面铺装材料的使用技术,并对其物理性能进行了探讨研究。后来,其他国家如日本、法国等也开始对透水混凝土进行研究和开发。
  2  透水混凝土路面结构及类型
  2.1  透水混凝土的微孔结构
  透水混凝土的特点是采用单粒级粗骨料作为骨架,水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面,作为骨料颗粒之间的胶结层,形成骨架——具有孔隙结构的多孔混凝土材料,由于集料级配特殊,形成了蜂窝状结构,或称为米花糖结构。透水混凝土是粗骨料颗粒间通过硬化的水泥浆薄层胶结而成的多孔堆聚结构,内部含有较多的孔隙,且多为直径超过1mm的大孔,因此具有良好的透水性。
  2.2  透水混凝土路面结构
  将透水性混合料直接摊铺在路基上,经压实、养护等工艺构筑而成的路面即为透水混凝土路面。透水性混凝土路基应稳定、均质,以保证雨水能够顺利渗透。与传统的封闭性路基结构相比,透水性混凝土路基是开放式的。图2是典型的透水混凝土路面结构示意图。各个结构层的功能列于表1。
  2.3  透水混凝土路面类型
  在我国,透水混凝土路面铺装主要用于园区道路、步行道、停车场、广场等,根据荷载大小以及土壤渗透性的不同,将透水混凝土路面分为3种:
  1)全透水结构人行道
  当土基渗透系数>10-6m/s,且渗透面距离地下水位>1.0m,路面用于人行道时,可以采用全透水结构人行道。雨水沿面层、基层下渗,渗入路基中)所示。基层可采用级配砂砾、级配碎石及级配砾石,厚度不应小于150mm。例如南京白下区的光华路东段人行道在2008年的改造中,就采用了此种类型的透水混凝土路面结构。
  2)全透水结构其他道路
  当路面用于非机动车道或者景观硬地等其他道路时,可以采用全透水结构道路。在级配砂砾、级配碎石及级配砾石基层上增设多孔隙水泥稳定碎石基层)所示。一般多孔隙水泥稳定碎石基层厚度不小于200mm,级配砂砾、级配碎石及级配砾石基层厚度不应小于150mm。例如西安大明宫国家遗址公园御道广场采用的就是这种结构,透水混凝土面层厚120mm,基层采用300mm厚的级配碎石。
  3)半透水结构路面
  轴载4t以下的停车场、广场、小区道路,可采用半透水结构透水路面,土基上方常加设非透水型防渗土工布。雨水依次透过面层、基层后,沿不透水垫层的顶面排出路基之外,路基亦不受路面渗水的影响。一般稳定土基层或石灰、粉煤灰稳定砂砾基层厚度不小于180mm。
  3  透水混凝土路面的效应
  3.1  削减地表径流
  相对于不透水路面,透水混凝土路面可以加大雨水的入渗量,使城市地表径流系数减小,雨水汇流速度减慢,从而使城市降雨径流总量减少、径流洪峰延后,使洪水过程线从之前的峰高坡陡改变为峰低坡缓,对于防止城市内涝有着举足轻重的作用。
  3.2  补充地下水并保障水质
  地下水是城市供水水源的重要补充,而降雨又是地下水的重要来源,但是不透水路面却阻断了降雨下渗,使得大部分降雨通过城市排水管网排出,造成地下水得不到有效的补充,使地下水水位不断降低,形成了地质学上的“漏斗型”地下水位,进而引发地面下降,沿海地区还会导致海水倒灌。另外,地表径流过程中会携带大量污染物,其进入自然水体后,必定会加重自然水体的污染程度。而透水混凝土路面通过自身与地面下垫层相连通的渗水路径使径流渗入下部土壤,以维持地下水水位稳定,防止水位下降,从而避免了由于地下水位下降而引发的地面下降的问题。

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