海绵城市理念下透水铺装材料性能对比研究

一、引言

随着城市化进程的不断加快，城市不透水面积急剧增加，导致雨水径流系数增大、洪峰流量提高、地下水位下降以及城市内涝等问题日益突出。为解决这些问题，海绵城市理念应运而生。海绵城市强调城市像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的 “ 弹性” ，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水 “ 释放” 并加以利用。

二、透水铺装材料性能对比

1、透水性能

透水性能是透水铺装材料最核心的性能之一，通常用渗透系数来表示，渗透系数越大，透水性能越好。

透水沥青混凝土的孔隙率一般在 15%-25% 之间，其渗透系数通常为0.1-3m/h 。由于其孔隙连通性较好，在初期使用时透水性能优良，但随着使用时间的增长，孔隙易被灰尘、泥沙等堵塞，导致透水性能逐渐下降。

透水水泥混凝土的孔隙率通常为 15%-25% ，渗透系数一般为0.5-5m/h 。其孔隙结构相对稳定，不易被堵塞，透水性能的持久性较好。

透水砖的孔隙率因种类不同差异较大，一般在 10%-30% 之间，渗透系数通常为 0.01-lm/h 。其中，陶瓷透水砖由于孔隙分布均匀且连通性好，透水性能相对较为优异；混凝土透水砖的透水性能则受其制作工艺和原材料影响较大。

透水石的孔隙率一般在 20%35% 之间，渗透系数通常为 1-10m/h 其独特的结构使得孔隙连通性好，透水性能优良，且不易堵塞，能够长期保持良好的透水效果。

综合来看，在透水性能方面，透水石表现较为突出，其次是透水水泥混凝土和透水沥青混凝土，透水砖的透水性能相对较弱，但部分高品质的透水砖也能达到较好的透水效果。

2、力学性能

透水沥青混凝土的抗压强度一般为 5-15MPa，抗折强度较低，通常为1-3MPa 。其韧性较好，具有一定的抗变形能力，适用于中等荷载的道路。

透水水泥混凝土的抗压强度较高，一般为 15-30MPa，抗折强度为2⋅5MPa, 。它的刚性较强，承载能力较好，能够满足人行道、广场等场所的荷载要求。

透水砖的抗压强度因种类和规格不同而有所差异，一般为 10-30MPa ，抗折强度为 2⋅6MPa 。陶瓷透水砖的力学性能相对较好，能够承受较大的荷载；混凝土透水砖的力学性能则与其配比和养护条件密切相关。

透水石的抗压强度一般为 10-20MPa，抗折强度为 2⋅4MPa 。其力学性能受胶结剂的性能和用量影响较大，在设计和施工时需根据实际荷载要求进行合理选择。

从力学性能来看，透水水泥混凝土和部分高性能的透水砖承载能力较强，适用于荷载较大的场所；透水沥青混凝土和透水石则适用于荷载相对较小的区域。

3、耐久性

在抗冻性方面，透水沥青混凝土由于沥青的黏结作用，其抗冻性较好，在寒冷地区使用时不易出现冻融破坏；透水水泥混凝土在冻融循环作用下，内部孔隙中的水分结冰膨胀，易导致材料开裂，其抗冻性相对较弱，需要通过添加引气剂等措施来提高；透水砖的抗冻性因材质不同差异较大，陶瓷透水砖和质量较好的混凝土透水砖抗冻性较好，而部分劣质透水砖在冻融循环后易出现掉角、开裂等现象；透水石的抗冻性主要取决于胶结剂的抗冻性能，优质的胶结剂能够保证透水石在寒冷地区的长期使用。

在抗老化性方面，透水沥青混凝土中的沥青易受阳光、氧气等因素影响而发生老化，导致材料变脆、开裂，影响其使用寿命；透水水泥混凝土、透水砖和透水石的抗老化性相对较好，能够长期保持稳定的性能。

在耐磨性方面，透水沥青混凝土的耐磨性较好，能够满足车辆行驶的要求；透水水泥混凝土的耐磨性较强，适用于行人及车辆较多的场所；透水砖的耐磨性因种类不同差异较大，陶瓷透水砖耐磨性较好，混凝土透水砖的耐磨性则相对较弱；透水石的耐磨性受其表面处理工艺影响较大，经过特殊处理的透水石耐磨性较好。

4、生态环保性能

透水铺装材料在雨水下渗过程中，能够通过孔隙中的物理过滤、吸附以及微生物的降解作用，对雨水中的悬浮物、有机物等污染物起到一定的净化作用。透水水泥混凝土和透水石由于孔隙结构较为复杂，对污染物的净化效果相对较好；透水沥青混凝土中的沥青可能会对雨水产生一定的污染，但其净化能力也能达到一定水平；透水砖的净化能力则与其材料组成和孔隙结构有关。

在减少城市热岛效应方面，透水铺装材料由于能够吸收和蒸发雨水，降低地表温度，从而起到缓解城市热岛效应的作用。一般来说，孔隙率越大、透水性越好的材料，其降温效果越明显。透水石和透水水泥混凝土在这方面表现较为突出。

从材料本身的环保性来看，透水水泥混凝土、透水砖（如砂基透水砖）等多采用工业废渣等可再生材料制作，具有较好的环保性；透水沥青混凝土中的沥青在生产和使用过程中可能会释放有害气体，对环境有一定影响；透水石所使用的胶结剂若为环保型材料，则其环保性较好。

三、不同应用场景下的材料选

1、城市主干道及停车场

城市主干道及停车场车辆往来频繁，荷载较大，对铺装材料的力学性能和耐磨性要求较高。为了减少地表径流，也需要材料具备较好的透水性能。综合考虑，透水水泥混凝土是较为合适的选择，其抗压强度高、耐磨性好，能够承受车辆荷载，且透水性能持久稳定。对于一些对路面平整度和行车舒适性要求较高的主干道，也可选用透水沥青混凝土，但需加强后期的维护保养，防止孔隙堵塞。

2、人行道及步行街

人行道及步行街主要供行人使用，荷载较小，但对材料的装饰性和舒适性有一定要求。透水砖和透水石是不错的选择。透水砖形状多样、颜色丰富，铺设灵活，能够营造出不同的景观效果；透水石具有天然石材的美观性，质感较好，能够提升步行环境的品质。

3、公园及广场

公园及广场人流量较大，同时需要兼顾生态环保和景观效果。透水水泥混凝土、透水砖和透水石均可应用。在公园的道路和广场区域，可采用透水水泥混凝土，其强度高、耐久性好；在景观节点和休闲区域，可选用透水砖或透水石，以增强景观的观赏性。

4、园林景观区域

园林景观区域对材料的景观效果和生态环保性能要求较高。透水石由于其美观性和优良的生态性能，非常适合应用于该区域，能够与周围的自然环境相融合，营造出和谐的景观氛围。此外，陶瓷透水砖也因其独特的装饰效果，在园林景观中也有一定的应用。

四、结论

通过对透水沥青混凝土、透水水泥混凝土、透水砖及透水石等常见透水铺装材料的性能对比研究可以发现，不同材料在透水性能、力学性能、耐久性和生态环保性能等方面各有优劣。

透水石的透水性能最为优异，且生态环保性能较好，但力学性能相对较弱；透水水泥混凝土力学性能和耐久性较好，透水性能也较为稳定，适用于荷载较大的场所；透水沥青混凝土施工便捷，行车舒适性好，但抗老化性和环保性有待提高；透水砖装饰性强，适用范围广，但透水性能和力学性能因种类不同差异较大。