路面透水性铺装材料在海绵城市建设中的应用研究

祝东昇ZHU Dong-sheng；姚阳YAO Yang

（重庆交通大学，重庆 400074）

1 海绵城市的概念

海绵城市是我国城市建设的一个新概念，旨在提高城市排水处理系统的效率，在处理雨水的过程中，优先考虑把雨水留下来，利用自然的力量和资源，将雨水运用于人们日常生活中，建设具有自然存积、自然渗透、自然净化的城市。

1.1 我国海绵城市发展历程

2013 年之前，我国部分地区开始进行“海绵城市”项目初步尝试。此前，海绵城市的概念还没有被广泛接受，人们无法理解海绵城市将会对城市建设带来怎样的好处。2014 年起中央部委牵头完成两批海绵城市试点城市的建设，积累了大量的建设经验。根据国家住建部要求，2020年前，全国城市建成区完成海绵城市建设面积不小于20%，2030 年时该建设比例不小于80%。

1.2 海绵城市建设意义

近年来，我国城市运作和居民的日常生活被暴雨引发的城市内涝影响的问题日益增多，这不仅对城市造成巨大损失，而且引起人们对城市排水系统建设和积水久积不下问题的关注。除采用城市地下管网进行排水、城市防洪系统等人工干预排水方法外，还提出了利用自然力进行自然存积、自然渗流等排水防洪策略。海绵城市这一新型概念应运而生，生态方法与人工手段相互结合，可最大限度地解决城市暴雨后内涝问题，为缓解城市内涝提供了新思路。

2 透水性材料概述

透水性路面铺装材料是一种对材料表层进行改良后的新型产品，利用水分子的渗透特性，使渗透进材料内部的水分子积聚并最终汇入地面土壤层。按照使用的功能不同，可分为透水砖、透水性混凝土材料、自然型透水材料和新型透水材料四类。

2.1 透水性材料种类

2.1.1 透水性混凝土

透水性混凝土也称为多孔混凝土，是由碎石骨料、水泥浆、透水混凝土专用强化剂和水共同搅拌制成的多孔轻质混凝土材料。为了以粉末标记的方式均匀分布的瓦片结构，具有透气性，水透光。它是一种稳定的路面铺装材料，具有很强的透水性，能在下雨时吸收雨水，让雨水渗入地表，通过对地下水资源的渗透和补充，使地下水位保持稳定，具有美观、耐寒、耐磨、散热方便、维护方便等特点。如图1、图2 所示。

图1 透水性混凝土图

图2 透水性混凝土图

2.1.2 透水砖

荷兰人为解决海上城市建设中因路面干燥引发的沉降问题而发明了透水砖。故也称为渗水砖、荷兰砖等，是满足环保标准的绿色材料，利用高压将水泥、砂、矿渣等环保型原料一次性压制成上下均匀且不分层的整砖，不能分层压制与高温烧制。可分为化合型和非化合型两种，如图3、图4 所示。

图3 透水砖图

图4 透水砖图

2.1.3 自然型透水材料

在古代城市的建设中，天然材料主要用于硬质路面铺装，如碎石、条石等，由于木材的易得性，大量路面铺装以木材嵌草式透水铺装为主，发展至今，虽被各种新型材料代替，但其透水特性没有改变。如今常用的自然透水铺装材料以嵌草砖、防腐木、卵石铺装为主，如图5、图6 所示。

图5 嵌草砖图

图6 卵石铺装图

2.1.4 新型透水材料

新型透水性材料是在大量建筑材料废弃物中使用再生骨料，水泥和部分外加剂加以合成而得到。不仅对城市化过程中所产生的建筑废料进行了回收，也对减少环境污染起到了重要作用。这种新型透水铺装材料虽有大孔径和高吸水的特点，然而它们的刚性和承载能力远远其他材料，不能适用于重型车辆通过的路段。

2.2 透水性材料作用

2.2.1 保持地下水的正常循环

路面透水性铺装内部是孔隙结构，通过孔隙，水和气体能够相互流动，上层空气和下层土壤之间也能通过孔隙进行“呼吸”，保证了地下水的正常循环，对之前硬质铺装带来的弊端起到了极大的改善作用，并且透水性铺装材料在满足居民日常活动这一功能上与普通铺装材料是保持一致的。

2.2.2 解决城市内涝问题

近年来，城市内涝问题日益增多。这与城市中大量不透水的硬质铺装材料使用密切相关。在城市地区的不透水路面上，雨水无法直接渗透进地下，大多利用位于地面的排水管网将积留于路面的雨水排入地下，加上我国早期城市规划不完善，城市基础设施建设滞后于城市快速发展速度，导致城市每每在暴雨过后，总是存在内涝问题。

2.2.3 减少噪声污染

噪声污染已成为城市污染的一个重要问题。城市车来人往，周围都是高大的建筑物，噪声通过建筑物反射形成叠加，加剧了城市噪声对人们的困扰。透水性地面铺装中特有的孔隙结构能够很好的吸收传播中的噪声，在一定程度上减轻噪声污染给城市居民带来的困扰。

3 透水性材料在海绵城市铺装设计中的优势和不足

透水性铺装材料在雨水处理和小气候调节方面发挥着重要作用。使用透水性铺装材料，结合人工干预和自然干预的手段共同解决城市内涝问题，但透水性材料在有些方面仍需改进。

3.1 透水性材料的优势

在海绵城市中，透水性材料主要是透水砖和透水混凝土组成。透水性材料的使用对海绵城市设计有极其重要的作用：

①减少城市内涝现象，城市大多直接使用硬质材料进行地面铺装，在大雨情况下，可能导致城市淹没和严重水灾。透水砖以其强度高，渗透率好的特点，可以收集雨水并将雨水渗进土壤，从而大大缓解硬化地面中的雨水聚集和漫流现象。

②透水砖可以在很大程度上收集和储存雨水，然后将雨水用于城市绿化的灌溉方面，达到循环雨水的作用，节约水资源。

③改善城市小气候，缓解城市热岛效应，由于城市玻璃面积大，人工热源增多，绿地减少，导致城市高温。透水性材料对城市的热效应调节作用与海洋类似，由于其良好的透水性，在浸水过程中具有较强的控制能力。当室内温度较高时，其中吸收的丰富水分通过自然蒸发和蒸腾作用调节表面温度，减弱城市热岛效应。

④降低城市噪声，雨落在透水材料上，声音在材料孔隙中运动，通过摩擦、撞击转化成热能，从而达到降低了雨水的噪声的目的。

3.2 透水性材料的不足

透水性材料在调节小气候，缓解城市热岛效应、合理利用水资源、降低城市噪音、缓解城市积水问题等方面具重要作用。但在海绵城市建设仍存在许多缺陷：

①透水砖砖体对外界环境有所要求。透水砖铺贴地面一般采用预制拼装技艺，较差的环境会导致透水砖砖体很容易产生破碎、凹陷、断裂等情况，修补起来非常困难，二次铺贴补损的耗时、耗工都会投入很多。

②透水砖的透水性在使用一年后大大降低，幅度约为50%。

③透水砖不适合大面试使用，由于其预制拼装施工工艺，导致小面积拼装部分会出现不匀称、易堵塞、不易清理等现象。

④透水性混凝土需要一次浇筑成型，适用于大面积地面，虽然其透水性能好、使用率高，但维护周期长，不适用于面积小的场所。

4 海绵城市中透水性材料的应用

海绵城市建设过程中，采用具备良好透水性能的透水性材料，能够起到节省材料，降低成本，提高技术应用的效果，达到建筑结构与生态环境相互和谐，构建起更加良好生态的系统，提高建设项目的施工水平。

①透水铺装作为路面铺装的一种，如何与时俱进，顺应当下时代发展，满足当下审美眼光是其需要考虑的新问题。考虑当地特色，结合铺装地点周围环境特点，尺寸和材料质感之间的关系，体现在铺装中，还可以改善游人空间的感官体验。

②海绵城市建设中透水性材料的选择与各地施工条件的协调十分重要。透水性材料的使用往往需要因地制宜，土质条件、地下水结构、湿度、气候、地区降雨量等因素都对施工结构有所影响。

③根据不同地区建筑业的实际状况，在利用透水性材料建造海绵城市的同时，建立起一套较为完善的透水材料应用机制。这能更好地提高海绵城市中收集和处理雨水的利用率，对于解决城市内涝与缺水问题具有重要意义。

④透水材料应用后，可以改善传统雨水收集方式，通过材料孔隙结构，减轻噪音问题，增强吸热效果，缓解城市热岛效应，降低城市整体温度。有利于整体结构的改善，提高了结构强度和承载能力，更创造了良好的外观。这对加快海绵城市的发展创造了有利条件，新理念、新模式、新技术的共同发展下，形成科学的管控机制，以适应现实发展的需要。

5 结论

国内研究起步较晚，对透水性材料仍处于研究和改良阶段，然而，透水性材料的发展与现代科学技术的发展相对应，也符合生态学和美学发展的大趋势，在发展过程中遵循着可持续发展的理念，目前对透水性材料的透水率、使用寿命和抗压性方面正在进行研究和开发。在未来，除了功能性研究外，还应注意新型透水科技材料的注入，例如确保材料与环境相容性，促进环境的改善和人们环境意识的提高，同时在注重透水性材料的结构、颜色和功能的基础上，采用生态和科技等多种拼接方法。只有这样，透水材料的功能性、实用性和美观性才能共存。

尽管目前看来透水性材料在某些方面存在着一定不足，但在其发展过程中一定会有相应的解决办法。长远来看，利用透水性材料建设“海绵城市”，实现可持续发展，是切实可行的。