透水铺装材料及其在城市中的应用

张肖云

近年来，为了方便市民出行，降低空气污染指数，改善环境质量，我国大部分城市都在根据国家要求加大城市建设力度，其中对于城市道路和广场等景观的建设尤为突出[1]。目前，部分城市在对城市道路、广场等进行建设的过程中不断对地面进行硬化铺装，但铺装的硬化材料不透水。虽然通过对地面的硬化铺装可以给市民出行带来方便，改善环境空气质量，但隐藏的弊端也逐渐显露，主要体现在非透水性硬化后的道路导致降雨不能下渗，城市生态缺水问题日益严重，造成部分城市植物严重缺水，加重了城市的“热岛效应”[2]。

近年来，透水铺装材料逐渐得到人们的重视，该类型材料具有排水渗水功能，可以在排水过程中收集雨水，在渗透的同时补充地下水源，改善城市植物供水。此外，存雨水功能还可以缓解雨季城市涝灾状况，改善城市的生态环境。本文重点探讨的是透水铺装材料及其在城市中的应用。

1 透水铺装材料的类型

1.1 面层材料的类型

1.1.1 透水砖

透水砖通常也被人们称为渗水砖，标准的透水砖孔隙率在20%～25%，透水率在20 cm/s 左右。目前，工厂生产的透水砖大多数是方形块状（图1），方便在地面铺装时进行拼接。目前，常用的透水砖根据生产工艺和材料又可以分为混凝土透水砖、陶瓷透水砖和植草砖。其中，混凝土透水砖是将河沙、水泥等通过加入有机或无机粘结剂粘结到一起经固化而成，其内部拥有大量连通的孔隙，具有较高的连通性，降水可以通过连通的孔隙进行下渗。

图1 透水砖

陶瓷透水砖一般是将工业废弃物、建筑垃圾以及废玻璃等材料通过破碎、筛分后进行合理的颗粒级配，然后添加结合剂并经成型、烘干和高温烧结制备得到[3]。该透水材料具有强度高、耐风化、抗低温、透水性好等优点，常用于铺装人行道。植草砖具有较高的抗压强度，可以经受住行人和车辆的辗压，能够对植草起到一定的保护作用，广泛应用于车位等的透水铺装。

1.1.2 透水混凝土

透水混凝土作为常用的透水铺装材料应用较为广泛，与透水砖相比，其铺装流程更简洁。在铺装透水混凝土时往往是现场配置材料进行浇灌式铺装，在铺装过程中加入化学添加剂、骨料等使透水混凝土快速凝固。透水混凝土面层材料的孔隙率通常为10%～30%，透水性强，具有强度高、表面平整、重量轻等优点。透水混凝土路面如图2 所示。在面对温差变化较大的情况时，透水混凝土具有的空隙结构可以通过自身的伸缩来有效避免材料产生裂纹，防止由于温度变化造成的断裂。

图2 透水混凝土路面

1.1.3 透水沥青

除了透水砖和透水混凝土外，透水沥青也是一种常用的透水铺装材料，其是将改性后的沥青和消石灰、纤维等混合到一起制备而成，其透水性与透水砖相比略有逊色，属于半透水类型材料。透水沥青作为面层材料在铺装过程中采用浇灌式铺装，铺装道路的方式和普通沥青铺路一样，只是采用透水沥青代替普通沥青。透水沥青的内部孔隙结构不仅能使雨水快速渗透，避免产生积水，降低路面湿滑度，提高雨天行车的安全性，还可以有效吸收路面汽车行驶产生的噪音，减轻噪音对周边居民产生的影响。透水沥青路面如图3 所示。

图3 透水沥青路面

1.2 基层材料的类型

透水铺装的基层材料对透水性能也有重要的影响。在选用基层材料时不仅要考虑透水性能，还需要关注材料的强度，其强度要满足车辆或行人通行的要求。此外，还需要确保材料在高温或严寒等恶劣天气下不发生断裂。透水铺装基层材料中最常用的是级配碎石，在铺装工程中通常选用6 ～24 mm 的级配碎石。这种尺寸的级配碎石的空隙率通常在45%，能够满足透水铺装基层材料在使用过程中的渗水要求，保障相应的抗压强度，满足正常的基本使用需求。

1.3 垫层材料的类型

透水铺装垫层的主要作用是防止在渗水过程中土基颗粒反渗入基层，提升透水铺装材料的整体性能。通过添加垫层结构不仅可以避免基层下面的土壤被水冲走，还有缓冲压力的作用，避免基层直接受到压力。在铺装过程中，通常选用砾石或者勃土作为透水铺装垫层材料。当选用勃土作为透水铺装的垫层材料时，要考虑勃土中的含砂量，通常要求含砂量不能小于62.5%，这样才能满足垫层材料的渗透性、承载力和冻胀程度[4]。除以上材料外，还可以用粗砂、中砂或透水织物等作为垫层材料。

2 透水铺装材料在城市建设中的作用

2.1 改善城市内涝，防止水土流失

由于透水铺装材料能够有效下渗降水，对城市道路等进行透水铺装可以减少城市出现大面积雨水淤积的情况，改善大雨后产生的内涝现象[5]。此外，运用透水铺装材料对防止水土流失也有一定的效果。例如，河道护坡表面铺装透水铺装材料，可以防止水土流失，使河道周围的植物获得充足的水分。应用最典型的例子是陕西省西安市的护城河生态改造项目，通过在河岸两侧的护坡使用透水铺装材料，可以保护河道两侧的泥沙，保障河岸两侧的花草树木健康生长[6]。

2.2 降低城市光污染和地表温度

近年来，城市光污染问题日益突出，其作为一种新型的污染逐渐引起了人们的重视[7]。透水铺装材料拥有多孔型结构，能够对光线进行漫反射，可以改善城市的光污染。此外，透水铺装材料由于具有良好的透气性能，降水过后能够使路面下层的土壤通过铺装材料的缝隙吸收大量的地面热气，进而改善空气及水分的循环状况，可以明显降低城市地面的温度，在一定程度上缓解城市的“热岛效应”[8]。

2.3 减少城市噪音

随着我国私家车的数量不断增加，公路上行驶的车辆也变得越来越密集，除了产生尾气污染外还会产生严重的噪声污染，对公路周边居民及企事业单位的生产、生活产生一定的干扰。为了应对噪声污染，除常规的设置声屏障、控制车速和加强鸣笛管理外，优化路面结构也有一定的作用。与普通的混凝土硬质路面不同，用透水材料铺装而成的路面具有多孔结构，能够起到吸声、消声的效果，减少城市道路噪音。

2.4 创造经济效益

城市建设中运用透水铺装材料也可以获得良好的经济价值。透水铺装材料在排水渗水的同时还能起到蓄水功能，对改善城市的生态用水具有很好的作用。相关研究显示，建设1 000 万m2的透水铺装道路，假如每年城市地区的雨水量为600 mm，该透水铺装道路可以积累600 万m3的地下水[9]。这些地下水对于改善城市景观具有很好的效果，可以在一定程度上减少城市景观用水量，节省城市绿化用水支出，创造出一定的经济效益。

2.5 美化城市环境

目前，市场的透水铺装材料形式多样且色彩种类也较多，在城市景观施工中可以根据当地的文化背景或地域特色来选择不同形式或色彩的透水铺装材料。由此创设出的形式独特、色彩斑斓的城市景观，改变传统城市景观的格局，给人们带来不一样的视觉体验，让城市景观更加美丽[10]。

2.6 其他作用

透水铺装材料除具有上述作用外还可以起到防滑及防污染的作用。由于透水铺装材料具有较大的空隙率和硬度，使其具有良好的抗滑性。此外，透水铺装材料具有一定的吸附能力，可以将空气中的污染物吸附到自身的空隙中，起到净化城市空气的效果。此外，透水铺装材料还可以对流经空隙的雨水起到阻滞和净化作用，可以降低降水的污染物浓度。

3 城市透水铺装存在的问题

3.1 成本较高

透水铺装材料的成本比传统材料高，造成市场价格较高，推广难度大。此外，部分企业为了降低成本，以假乱真、以次充好，导致透水铺装材料的质量参差不齐，降低了人们对透水铺装材料的认可度[11]。

3.2 透水性能逐渐下降

由于透水材料靠内部孔隙进行透水，但其面层空隙易被灰尘、泥土及油污等堵塞，随着使用年限的延长其透水性能将逐渐下降，而目前国内对透水铺装的维护保养欠缺，也缩短了透水铺装的使用年限[12]。此外，对于部分具有彩色的透水材料随着使用年限的增加其颜色会逐渐淡化。

3.3 透水铺装施工不规范

透水铺装施工不规范主要表现在盲目采用透水铺装，未根据实际用途采用基层类型，未根据需要判断是否需要连接市政排水管网。总之，当前透水性铺装的施工质量不容乐观，很多透水铺装的实际效果并不理想。

4 结语

近年来，透水铺装材料逐渐得到人们的认可和重视，其在城市建设中的应用也日益广泛。该类材料较常规非透水铺装材料具改善城市内涝、防止水土流失、减少城市光污染、降低地表温度、减少城市噪音及美化城市环境等优点。为了进一步改善城市透水铺装的实际效果，在提高透水铺装材料品质的同时，施工单位也应该加强对透水铺装特殊要求的掌握。此外，国家也应尽早制定关于透水性铺装施工的验收规范。