透水路面的現(xiàn)狀及探索

薛飛 崔艷玲

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450053）

透水路面的現(xiàn)狀及探索

薛飛 崔艷玲

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450053）

通過介紹透水路面的背景及意義，探討了國內(nèi)外透水路面的研究現(xiàn)狀，研究了透水瀝青路面的優(yōu)缺點，并且指出，多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙環(huán)氧膠水碎石混合料透水路面是很好的選擇。

透水路面；透水瀝青；透水水泥；多孔隙聚氨酯碎石混合料；多孔隙環(huán)氧膠水碎石混合料

1 背景及意義

現(xiàn)在城市地表越來越多地被瀝青和混凝土等“硬化”材料覆蓋，如行車道、人行道、公園、小區(qū)道路、停車場和公共廣場等，不可否認(rèn)，硬化路面的應(yīng)用帶給人們諸多方便，提高了生活和出行效率，但是也產(chǎn)生了許多負(fù)面影響:1）路面透水性差，地下水補(bǔ)給被阻斷，降雨時路面只能依靠匯水系統(tǒng)和排水管道排除地表積水，導(dǎo)致暴雨時易發(fā)生水災(zāi)；2）路面透氣性差，使許多地下生存的動植物得不到充足養(yǎng)分。3）改變了城市水蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，造成城市內(nèi)澇和“熱島效應(yīng)”，增加了降溫所需的能源消耗。4）雨天會引起地表積水，車輛行駛在路面上會產(chǎn)生滑移和雨水飛濺等現(xiàn)象；冬季雨后滯留的表面積水易結(jié)冰，增加了交通隱患。5）水泥路面的應(yīng)用還使得城市噪聲污染日趨嚴(yán)重。

為解決上述問題，有人提出采用大孔隙透水瀝青路面，也有人提出采用熱反射涂層技術(shù)來降低路面溫度以緩解城市“熱島效應(yīng)”，但這些都是基于瀝青或水泥作為路面鋪裝材料。瀝青材料的溫度敏感性和黏附性決定其高溫抗變形能力和水穩(wěn)定性（尤其是對于大孔隙透水混合料而言）始終難以發(fā)生根本性改變。因此，開發(fā)新型透水路面成為一個亟待解決的課題。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

透水混凝土具有諸多生態(tài)方面的優(yōu)點，早在20世紀(jì)70年代，日本和歐美等發(fā)達(dá)國家就開始研究透水混凝土，不僅將其應(yīng)用在堤壩、護(hù)岸等水工結(jié)構(gòu)，還將其應(yīng)用到廣場、步行街、道路兩側(cè)和高速公路中央隔離帶，起到了意想不到的效果。

日本對透水混凝土的研究較早,早在20世紀(jì)70年代后期,日本為了解決因抽取地下水而引起的地基沉降等問題，提出了“雨水地下還原政策”，著手研發(fā)透水混凝土鋪裝。到目前為止，日本在瀝青及透水混凝土方面的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟并得到廣泛的推廣應(yīng)用。

1987 年，美國在降雨量較大的地區(qū)都試用了透水混凝土，主要用于鋪筑停車場和市中心街道。1996年華盛頓大學(xué)的研究學(xué)者在西雅圖附近的四個停車場鋪筑了透水混凝土試驗段，2003年對其耐久性和透水能力進(jìn)行了綜合評價，結(jié)果表明:四個停車場的透水混凝土都未發(fā)生明顯破壞，地面上的雨水滲透性能良好。透過的雨水中銅和鋅的含量比直接從瀝青表面流走的水中的銅和鋅的含量低很多，并且不含有鉛和廢柴油燃料等污染物。

法國對透水混凝土也作了比較深入的研究，透水混凝土的過濾作用能使懸浮污染離子濃度下降64%，鉛濃度下降79%，且透水混凝土能貯存污染性微粒，使其不能被沖到地面上。我們也要注意到透水混凝土是有缺陷的。1970年，英國工程師們采用整層攤鋪的辦法鋪筑了一條試驗路段，最初試驗路段工作性能良好。十年后，試驗路段被認(rèn)為是失敗的，凍融循環(huán)和水力抽吸是造成路面被破壞的原因。加之路段位于農(nóng)村，大量農(nóng)用機(jī)具在上面行走，透水混凝土的孔隙被土粒等污染物堵塞，路面積水，最終導(dǎo)致表面集料松散剝落。針對經(jīng)常出現(xiàn)的堵塞問題，日本和歐美等發(fā)達(dá)國家定期對路面進(jìn)行高壓沖洗,在一定程度上緩解了路面的堵塞難題，但始終沒得到根治。

我國透水混凝土的研究工作起步較晚，到20世紀(jì)90年代才著手研究。由于國內(nèi)研究出的透水混凝土強(qiáng)度較低，到目前為止主要應(yīng)用在強(qiáng)度要求不太高但對透水性能有較高要求的場合，例如:人行道、大型廣場、停車場、樹池、體育場及小區(qū)和公園景觀道路等。

綜上所述，到目前為止，國內(nèi)外對透水混凝土的研究大都停留在瀝青及透水混凝土上，只有日本對聚合物透水混凝土有過研究，但研究較淺，并未形成規(guī)范可供參考借鑒。透水磚路面因透水磚多采用混凝土制造,與透水混凝土路面有諸多相似之處，實際應(yīng)用效果遠(yuǎn)透水混凝土路面。因此，開發(fā)新型透水路面成為國內(nèi)研究的突破和機(jī)遇。

3 透水瀝青路面的優(yōu)缺點

透水瀝青路面是由孔隙率18%～25%的透水瀝青混料修筑，路表水可進(jìn)入路面橫向排除，或滲入至路基內(nèi)部的瀝青路面。與不透明路面相比，具有明顯的優(yōu)點和缺點。

透水瀝青路面優(yōu)點:1）減少水霧和眩光。因為路面沒有殘留水，幾乎可以消除水霧。雨天在路面上開車，駕駛?cè)藛T的安全性大大提高。另一個好處是減少在潮濕狀態(tài)下前燈的眩光。很顯然，這有利于改善能見度，減少駕駛疲勞。

2）降低噪聲。鋪筑透水瀝青路面也許是一種代替防音墻、緩減交通噪聲的合理方案。歐洲等國進(jìn)行了大量評價透水瀝青路面降低噪聲能力的研究。與密級配熱拌瀝青混合料路面相比，透水瀝青路面能降低噪聲3 dB；與水泥混凝土路面相比，降低7 dB。當(dāng)噪聲改變3 dB時,相當(dāng)于交通量減少了一半。

3）防水漂。由于雨水透過透水瀝青路面層，在路表無連續(xù)的水膜，故透水瀝青路面可防水漂。即使長時間下雨，透水瀝青路面的多孔結(jié)構(gòu)也使得車輛與輪胎間不會產(chǎn)生水壓，這樣車輛仍然不會發(fā)生水漂。

4）提高路面標(biāo)志的可見度。由于表面不積水，雨天行車不會出現(xiàn)水霧和眩光，透水瀝青路面表面層的標(biāo)志線可見度高，這有利于行車安全。

5）提高潮濕路面的抗滑性。賓夕法尼亞洲運(yùn)輸部在4條道路上進(jìn)行抗滑性和速度梯度的測試，對透水瀝青路面和密級配熱拌瀝青混合料路面的性能作了對比研究。結(jié)果表明:透水瀝青路面具有較高的抗滑能力和較低的速度梯度，雨天交通事故明顯減少。

缺點:1）透水瀝青路面的早期松散。松散的主要原因是瀝青膜厚度不足，結(jié)合料過度老化和凍融狀態(tài)下瀝青集料黏附性的喪失。

2）空隙的堵塞。透水瀝青路面優(yōu)良的路用性能主要來自于其較大的空隙率。隨著交通和自然環(huán)境的作用，其空隙率會逐年下降，或者空隙被堵塞，則其優(yōu)越性無法體現(xiàn)。透水瀝青路面不宜用于重交通低速道路。因為這種道路使用幾年后（一般3年），表層空隙被堵塞，混合料變成了密級配，降噪的效果就會全部喪失。

3）較低的強(qiáng)度。大的空隙率造成集料與集料之間的接觸面積減少，勢必引起材料強(qiáng)度的降低。有研究表明:多孔瀝青路面的結(jié)構(gòu)承載貢獻(xiàn)約為密實瀝青路面的50%。

4）較短的壽命。大的空隙率使得結(jié)合料和空氣、陽光的接觸面積增加，因而，結(jié)合料隨時間的老化速度比一般的密級配材料要快，耐久性相對較低，壽命較短。

5）與下臥層密級配熱拌瀝青混合料間的分離。透水性瀝青混合料通常鋪筑在路的表面，以提高路面的行車性能。其下部結(jié)構(gòu)仍然采用各國常用的材料。透水性瀝青混合料表層與下層材料之間，不僅強(qiáng)調(diào)層間的良好黏結(jié)，還需要層間密實不透水。表層內(nèi)的水不會進(jìn)入下層結(jié)構(gòu)中去,對其造成破壞。施工周期拖得過長，下層結(jié)構(gòu)鋪筑完畢后不及時鋪筑表層，下層表面被污染影響到層間黏結(jié)，黏層油用量不足，均會造成透水性瀝青混合料表層與下臥層的分離。隨著行車荷載的作用，路面會出現(xiàn)擁包、推移等損壞現(xiàn)象，影響行車安全。

6）不能用于交叉路口等特殊路段。轉(zhuǎn)向交通對路面材料產(chǎn)生了較大的水平力及扭力，而大空隙的透水瀝青混合料的強(qiáng)度較低,很容易出現(xiàn)松散現(xiàn)象。

7）維護(hù)難度大。不管是透水瀝青還是透水混凝土，當(dāng)局部破壞后，都必須整體切除后再進(jìn)行修補(bǔ)。

8）裝飾性不足。透水瀝青路面一般都是黑色，透水混凝土路面一般都是灰色?，F(xiàn)有的所謂彩色透水混凝土路面一般都是后期染色,而且容易掉色，所以，瀝青路面和透水混凝土路面在城市道路及園林道路應(yīng)用方面局限性較大。

4 思路及探索

開發(fā)一種強(qiáng)度高、耐久性好、荷載和溫度敏感性小的新型環(huán)保路面鋪裝材料很有必要。經(jīng)過一系列調(diào)查、試驗及模擬，筆者認(rèn)為多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙環(huán)氧膠水碎石混合料便是這樣一種具有廣闊應(yīng)用前景的材料。這兩類混合料不含細(xì)集料和填料，主要靠包裹在粗集料表面的膠黏劑氧化反應(yīng)形成強(qiáng)度，將碎石黏結(jié)成整體。為了保證其透水性，這兩類混合料較多采用單粒級集料或間斷級配骨料拌合而成。

相比較透水瀝青及透水混凝土，多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙環(huán)氧膠水碎石混合料除了具有透水、降噪等諸多性能外，還有其自身的優(yōu)勢:

1）采用膠水為透明或半透明，其作用是突出碎石的顏色，以石料的天然色澤作為裝飾色。采用不同色彩的石料還可以隨意制作預(yù)想的裝飾圖案。

2）攤鋪工藝簡單，養(yǎng)護(hù)時間短，一般從攤鋪到開放道路只需24 h。

3）維修方便快捷。路面一旦出現(xiàn)破損,只需對其破損部位進(jìn)行清潔，就可以直接修補(bǔ)，無需切割，縮短了工期，方便交通。

因此，開展多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙環(huán)氧膠水碎石混合料性能及透水路面鋪裝技術(shù)研究十分有必要。多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙環(huán)氧膠水碎石混合料的組成結(jié)構(gòu)及自身特點與常規(guī)路面材料有所差別，其基本物理力學(xué)性能、耐久性能不同于瀝青混合料及混凝土混合料，目前還沒有單位及個人進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，其性能到底如何還不得而知。

5 結(jié)語

發(fā)展環(huán)保、美觀、耐久的新型城市道路鋪裝結(jié)構(gòu)已成為城市道路發(fā)展的必然趨勢。多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙環(huán)氧膠水碎石混合料路面，具有良好的透水性，可以避免路面積水，緩解城市熱島效應(yīng)，便于塑造各種路面圖案，是一種理想的路面景觀鋪裝材料，有廣闊的應(yīng)用前景。加強(qiáng)這方面的研究是當(dāng)前亟待解決的問題。

[1]于紅潤.透水瀝青路面性能研究及其在城市土地利用結(jié)構(gòu)中鋪面比例的優(yōu)化設(shè)計[D].北京:北京交通大學(xué),2007.

[2]付培江.透水混凝土強(qiáng)度相關(guān)性試驗研究[D].北京:北方工業(yè)大學(xué),2009.

[3]蔣正武，孫振平，王培銘.若干因素對多孔透水混凝土性能的影響[J].建筑材料學(xué)報,2005（8）:513-519.

[4]王偉,唐伯明,石飛,徐家智.淺析瀝青混凝土路面熱反射涂層施工工藝[J].公路,2010(8):76-78.

[5]楊文娟,顧海榮,單永體.路面溫度對城市熱島的影響[J].公路交通科技,2008,25(3):147-150.