微孔生態(tài)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(fā)展，我國的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也有了很大的改善。微孔生態(tài)透水材料是以環(huán)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(fēng)積砂為骨料的生態(tài)環(huán)保產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)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(shè)的源頭在于鋪裝具有“滲、濾”功能的生態(tài)透水材料，目前關(guān)于微孔生態(tài)透水材料性能研究的文獻(xiàn)較少。德國Polyoil公司的Berlineanu等以石英砂為骨料，以Polyoil110為粘結(jié)劑，制備了微孔生態(tài)砂漿，但其強(qiáng)度較低，透水性較差，不能單獨(dú)作為鋪裝面層。清以風(fēng)積砂為主要骨料，以環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑，研制出以大孔隙水泥混凝土為基層、微孔有機(jī)材料為面層的復(fù)合透水磚，且強(qiáng)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(guān)于透水系數(shù)的要求。以GCC135環(huán)氧樹脂為粘結(jié)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(jī)透水磚，強(qiáng)度達(dá)到C30以上，但成本高，且透水性不穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：微孔生態(tài)透水材料;制備;性能研究

1? 引言

城鎮(zhèn)化是保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的強(qiáng)大引擎。然而，快速城鎮(zhèn)化的同時(shí)，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(fā)、雨水產(chǎn)匯流等水文過程，導(dǎo)致一系列生態(tài)環(huán)境問題，如：城市內(nèi)澇加劇、熱島效應(yīng)突出、面源污染嚴(yán)重等諸多環(huán)境問題。微孔生態(tài)透水材料具有滲濾能力強(qiáng)、不易堵塞、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，能有效地緩解城市內(nèi)澇、熱島效應(yīng)等難題，對提升城市形象，優(yōu)化城市生態(tài)環(huán)境起到積極作用。本文從透水鋪裝材料的類型及應(yīng)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(yīng)用效果，總結(jié)微孔生態(tài)透水鋪裝路面性能，為城市道路透水鋪裝材料的優(yōu)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(gè)過程中讓水分子從表層滲入，并向下滲入基層中。根據(jù)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(fā)展歷史以及在城市道路和建筑中的使用，包括在這個(gè)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(fā)明的，他們?yōu)榱私鉀Q沿海建路中遇到的地面下陷、路面干涸開裂的問題，發(fā)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(jìn)行不斷改進(jìn)，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(shè)時(shí)，工人會刻意的讓磚與磚之間應(yīng)保持0.2cm的間隙。這種組合設(shè)計(jì)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(nèi)的實(shí)踐情況

透水混凝土的使用方法在西方一些國家已經(jīng)成為一種習(xí)慣，其最早被用于路面街道，但隨著透水材料的優(yōu)點(diǎn)被更多人得知，其使用的范圍也被擴(kuò)展到諸如能夠調(diào)節(jié)城市小氣候的停車場、廣場、生態(tài)公園、步行街等場所。直至現(xiàn)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(xué)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(chǔ)材料的科學(xué)研究起步相對較晚，所以該體系的建設(shè)至今還沒有完全成熟。雖然透水性混凝土材料和其他相關(guān)材料在國內(nèi)的一些項(xiàng)目中得到了運(yùn)用，可仍需要大量的技術(shù)來支持相關(guān)科學(xué)研究。

3? 微孔透水原理

微孔生態(tài)透水材料基于超親水屬性，通過官能團(tuán)的配對接枝法對聚合物分子鏈重構(gòu)，研制出具有親水屬性的聚合物膠凝劑，對水分子能夠產(chǎn)生吸附作用，以降低流液表面張力原理來實(shí)現(xiàn)微孔滲透，并利用細(xì)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(qiáng)度偏低、耐久性差等系列缺陷。微孔生態(tài)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(yīng)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(xiàn)場整體鋪裝成型?；炷镣杆u大多采用大孔隙透水結(jié)構(gòu)，存在易堵塞失效、無過濾功能等系列缺陷，導(dǎo)致海綿城市建設(shè)配套的蓄排水系統(tǒng)失效，需要反復(fù)翻修，達(dá)不到海綿城市建設(shè)“滲、滯、蓄、凈、用、排”對路面透水鋪裝的指標(biāo)要求。研究人員試圖降低骨料粒徑，但水泥凝結(jié)時(shí)間較長，凝結(jié)過程是復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，造成小孔隙板結(jié)堵塞，有效透水時(shí)間較短。水泥膠結(jié)料粘結(jié)力不強(qiáng)，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(shí)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(jié)料，以陶瓷廢料、玻璃碎片等為主要原料，經(jīng)篩分、干燥、壓制、高溫?zé)疲?000℃，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?zé)?，消耗煤炭資源的同時(shí)也會造成環(huán)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(shè)的技術(shù)指標(biāo)要求。

4.3? 強(qiáng)度高、耐久性好

微孔生態(tài)透水材料中的聚合物膠凝劑和細(xì)砂骨料通過混合壓制成致密結(jié)構(gòu)體，從而具有強(qiáng)度高、耐久性好等優(yōu)良物理力學(xué)性能。經(jīng)過試樣檢測，其力學(xué)性能均滿足規(guī)范要求。微孔聚合物顆粒材料是由顆?！缑妗辰Y(jié)基質(zhì)構(gòu)成的立體蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)，顆粒為風(fēng)積砂，主要化學(xué)成分為SiO2，強(qiáng)度較高;粘結(jié)基質(zhì)為高分子樹脂，固化成型后強(qiáng)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(nèi)部具有大量微孔，孔與孔之間互聯(lián)互通且向外敞開，使聲波易進(jìn)入微孔內(nèi)，恰好符合多空吸聲的結(jié)構(gòu)特征，因而可以吸聲降噪。聲音的頻率越高，空氣質(zhì)點(diǎn)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(shù)大，而對低頻聲音的吸聲系數(shù)小。影響微孔透水鋪裝材料吸聲系數(shù)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(jié)語

微孔生態(tài)透水鋪裝材料以沙漠中20～40目風(fēng)積砂為骨料的微孔透水預(yù)制件產(chǎn)品具有強(qiáng)度高（28d抗壓強(qiáng)度為31.8MPa）、透水性能好（2.3×10-2cm/s）、耐磨性強(qiáng)（磨坑長度24mm）等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對城市路面徑流污水中40μm～70μm的懸浮物SS去除率達(dá)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(tài)透水磚在透水時(shí)效上、吸聲降噪功能、性價(jià)比等方面具有明顯優(yōu)勢。微孔生態(tài)透水預(yù)制件產(chǎn)品具有滲濾能力強(qiáng)、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效的控制道面水體污染，鋪裝效果好、功能性強(qiáng)，是提升沙漠中沙資源價(jià)值的有效途徑，可廣泛應(yīng)用于海綿城市的建設(shè)中。

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