透水路面的现状及探索

时间：2024-08-31

薛飞崔艳玲

河南省建筑科学研究院有限公司（450053）

透水路面的现状及探索

薛飞崔艳玲

河南省建筑科学研究院有限公司（450053）

通过介绍透水路面的背景及意义，探讨了国内外透水路面的研究现状，研究了透水沥青路面的优缺点，并且指出，多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙环氧胶水碎石混合料透水路面是很好的选择。

透水路面；透水沥青；透水水泥；多孔隙聚氨酯碎石混合料；多孔隙环氧胶水碎石混合料

1 背景及意义

现在城市地表越来越多地被沥青和混凝土等“硬化”材料覆盖，如行车道、人行道、公园、小区道路、停车场和公共广场等，不可否认，硬化路面的应用带给人们诸多方便，提高了生活和出行效率，但是也产生了许多负面影响:1）路面透水性差，地下水补给被阻断，降雨时路面只能依靠汇水系统和排水管道排除地表积水，导致暴雨时易发生水灾；2）路面透气性差，使许多地下生存的动植物得不到充足养分。3）改变了城市水蒸发循环系统，造成城市内涝和“热岛效应”，增加了降温所需的能源消耗。4）雨天会引起地表积水，车辆行驶在路面上会产生滑移和雨水飞溅等现象；冬季雨后滞留的表面积水易结冰，增加了交通隐患。5）水泥路面的应用还使得城市噪声污染日趋严重。

为解决上述问题，有人提出采用大孔隙透水沥青路面，也有人提出采用热反射涂层技术来降低路面温度以缓解城市“热岛效应”，但这些都是基于沥青或水泥作为路面铺装材料。沥青材料的温度敏感性和黏附性决定其高温抗变形能力和水稳定性（尤其是对于大孔隙透水混合料而言）始终难以发生根本性改变。因此，开发新型透水路面成为一个亟待解决的课题。

2 国内外研究现状

透水混凝土具有诸多生态方面的优点，早在20世纪70年代，日本和欧美等发达国家就开始研究透水混凝土，不仅将其应用在堤坝、护岸等水工结构，还将其应用到广场、步行街、道路两侧和高速公路中央隔离带，起到了意想不到的效果。

日本对透水混凝土的研究较早,早在20世纪70年代后期,日本为了解决因抽取地下水而引起的地基沉降等问题，提出了“雨水地下还原政策”，着手研发透水混凝土铺装。到目前为止，日本在沥青及透水混凝土方面的研究已经相当成熟并得到广泛的推广应用。

1987 年，美国在降雨量较大的地区都试用了透水混凝土，主要用于铺筑停车场和市中心街道。1996年华盛顿大学的研究学者在西雅图附近的四个停车场铺筑了透水混凝土试验段，2003年对其耐久性和透水能力进行了综合评价，结果表明:四个停车场的透水混凝土都未发生明显破坏，地面上的雨水渗透性能良好。透过的雨水中铜和锌的含量比直接从沥青表面流走的水中的铜和锌的含量低很多，并且不含有铅和废柴油燃料等污染物。

法国对透水混凝土也作了比较深入的研究，透水混凝土的过滤作用能使悬浮污染离子浓度下降64%，铅浓度下降79%，且透水混凝土能贮存污染性微粒，使其不能被冲到地面上。我们也要注意到透水混凝土是有缺陷的。1970年，英国工程师们采用整层摊铺的办法铺筑了一条试验路段，最初试验路段工作性能良好。十年后，试验路段被认为是失败的，冻融循环和水力抽吸是造成路面被破坏的原因。加之路段位于农村，大量农用机具在上面行走，透水混凝土的孔隙被土粒等污染物堵塞，路面积水，最终导致表面集料松散剥落。针对经常出现的堵塞问题，日本和欧美等发达国家定期对路面进行高压冲洗,在一定程度上缓解了路面的堵塞难题，但始终没得到根治。

我国透水混凝土的研究工作起步较晚，到20世纪90年代才着手研究。由于国内研究出的透水混凝土强度较低，到目前为止主要应用在强度要求不太高但对透水性能有较高要求的场合，例如:人行道、大型广场、停车场、树池、体育场及小区和公园景观道路等。

综上所述，到目前为止，国内外对透水混凝土的研究大都停留在沥青及透水混凝土上，只有日本对聚合物透水混凝土有过研究，但研究较浅，并未形成规范可供参考借鉴。透水砖路面因透水砖多采用混凝土制造,与透水混凝土路面有诸多相似之处，实际应用效果远透水混凝土路面。因此，开发新型透水路面成为国内研究的突破和机遇。

3 透水沥青路面的优缺点

透水沥青路面是由孔隙率18%～25%的透水沥青混料修筑，路表水可进入路面横向排除，或渗入至路基内部的沥青路面。与不透明路面相比，具有明显的优点和缺点。

透水沥青路面优点:1）减少水雾和眩光。因为路面没有残留水，几乎可以消除水雾。雨天在路面上开车，驾驶人员的安全性大大提高。另一个好处是减少在潮湿状态下前灯的眩光。很显然，这有利于改善能见度，减少驾驶疲劳。

2）降低噪声。铺筑透水沥青路面也许是一种代替防音墙、缓减交通噪声的合理方案。欧洲等国进行了大量评价透水沥青路面降低噪声能力的研究。与密级配热拌沥青混合料路面相比，透水沥青路面能降低噪声3 dB；与水泥混凝土路面相比，降低7 dB。当噪声改变3 dB时,相当于交通量减少了一半。

3）防水漂。由于雨水透过透水沥青路面层，在路表无连续的水膜，故透水沥青路面可防水漂。即使长时间下雨，透水沥青路面的多孔结构也使得车辆与轮胎间不会产生水压，这样车辆仍然不会发生水漂。

4）提高路面标志的可见度。由于表面不积水，雨天行车不会出现水雾和眩光，透水沥青路面表面层的标志线可见度高，这有利于行车安全。

5）提高潮湿路面的抗滑性。宾夕法尼亚洲运输部在4条道路上进行抗滑性和速度梯度的测试，对透水沥青路面和密级配热拌沥青混合料路面的性能作了对比研究。结果表明:透水沥青路面具有较高的抗滑能力和较低的速度梯度，雨天交通事故明显减少。

缺点:1）透水沥青路面的早期松散。松散的主要原因是沥青膜厚度不足，结合料过度老化和冻融状态下沥青集料黏附性的丧失。

2）空隙的堵塞。透水沥青路面优良的路用性能主要来自于其较大的空隙率。随着交通和自然环境的作用，其空隙率会逐年下降，或者空隙被堵塞，则其优越性无法体现。透水沥青路面不宜用于重交通低速道路。因为这种道路使用几年后（一般3年），表层空隙被堵塞，混合料变成了密级配，降噪的效果就会全部丧失。

3）较低的强度。大的空隙率造成集料与集料之间的接触面积减少，势必引起材料强度的降低。有研究表明:多孔沥青路面的结构承载贡献约为密实沥青路面的50%。

4）较短的寿命。大的空隙率使得结合料和空气、阳光的接触面积增加，因而，结合料随时间的老化速度比一般的密级配材料要快，耐久性相对较低，寿命较短。

5）与下卧层密级配热拌沥青混合料间的分离。透水性沥青混合料通常铺筑在路的表面，以提高路面的行车性能。其下部结构仍然采用各国常用的材料。透水性沥青混合料表层与下层材料之间，不仅强调层间的良好黏结，还需要层间密实不透水。表层内的水不会进入下层结构中去,对其造成破坏。施工周期拖得过长，下层结构铺筑完毕后不及时铺筑表层，下层表面被污染影响到层间黏结，黏层油用量不足，均会造成透水性沥青混合料表层与下卧层的分离。随着行车荷载的作用，路面会出现拥包、推移等损坏现象，影响行车安全。

6）不能用于交叉路口等特殊路段。转向交通对路面材料产生了较大的水平力及扭力，而大空隙的透水沥青混合料的强度较低,很容易出现松散现象。

7）维护难度大。不管是透水沥青还是透水混凝土，当局部破坏后，都必须整体切除后再进行修补。

8）装饰性不足。透水沥青路面一般都是黑色，透水混凝土路面一般都是灰色。现有的所谓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，沥青路面和透水混凝土路面在城市道路及园林道路应用方面局限性较大。

4 思路及探索

开发一种强度高、耐久性好、荷载和温度敏感性小的新型环保路面铺装材料很有必要。经过一系列调查、试验及模拟，笔者认为多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙环氧胶水碎石混合料便是这样一种具有广阔应用前景的材料。这两类混合料不含细集料和填料，主要靠包裹在粗集料表面的胶黏剂氧化反应形成强度，将碎石黏结成整体。为了保证其透水性，这两类混合料较多采用单粒级集料或间断级配骨料拌合而成。

相比较透水沥青及透水混凝土，多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙环氧胶水碎石混合料除了具有透水、降噪等诸多性能外，还有其自身的优势:

1）采用胶水为透明或半透明，其作用是突出碎石的颜色，以石料的天然色泽作为装饰色。采用不同色彩的石料还可以随意制作预想的装饰图案。

2）摊铺工艺简单，养护时间短，一般从摊铺到开放道路只需24 h。

3）维修方便快捷。路面一旦出现破损,只需对其破损部位进行清洁，就可以直接修补，无需切割，缩短了工期，方便交通。

因此，开展多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙环氧胶水碎石混合料性能及透水路面铺装技术研究十分有必要。多孔隙聚氨酯碎石混合料及多孔隙环氧胶水碎石混合料的组成结构及自身特点与常规路面材料有所差别，其基本物理力学性能、耐久性能不同于沥青混合料及混凝土混合料，目前还没有单位及个人进行系统深入的研究，其性能到底如何还不得而知。