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透水砖在环境保护领域的研究应用及发展前景
  中国砖瓦网  [2016/10/17]  
摘要:

    一、引言

    城市硬化地面带来的问题日渐增多,当雨水遇到硬化地面时,就四处横流并带走大量的城市 污染物,排人当地自然水系,从而造成河流、湖泊的污染;另一方面,硬化路面不能使雨水、雪 水有效渗入地下,致使地下水减少,地面下沉,土壤含水量低,花草树木的生长受抑制等,破坏 了生态环境。同时,这种不透水路面还阻断了地上与地下之间的水汽、热能交换,使城市局部温 度升高,形成“热岛效应”。

    透水砖,是可以渗透水的铺地砖,作为一种能缓解城市环境恶化压力的新型环境材料,由于 其良好的透水性能,可以使城市雨水以及路面其他原因造成的积水顺利下行,减少了路面径流的 影响,有效恢复地表水循环系统,透水砖本身较大的孔隙率,也能在城市降噪中发挥作用。

    透水砖兼有治污和改善生态环境等多重功能,近年来其研发与应用越来越受到各方的关注与 青睐;本文综述了透水砖的分类、特性、制备及铺装工艺,介绍并分析了透水砖在国内外环境领 域的应用现状及其发展前景。

    二、透水砖在国内外的应用发展

    德国从上世纪60年代起就采用透水材料铺装路面,并致力于不透水路面的改造,其目标是 到2010年,把全国城市90%的路面改造为透水路面。

    早在1973年,日本东京建设局就建立了3个人行道透水铺面的试验区?,到1999年已累计完成1000万m2的施工面积。日本INAX透水砖早已投放市场,且有着严格的企业标准。同时, 美国等国也制定了推广透水性路面的相关法规,取得了巨大成效。

    近年来,随着环境的不断恶化,我国越来越重视透水铺面的研发与应用。1999年,佛山市乐华陶瓷有限公司(中外合资)发明了一种透水砖并申请了专利。北京市颁发了建设项目实行 “节水三同时”的规定,明确要求采用透水性材料铺装路面,同时对雨水利用改造项目给予补 助。国家主管部门正式颁布了JC/T945—2005《透水砖》行业标准,自2005年7月1日起正式 实施,并在GB/TS0378—2006《绿色建筑评价标准》中明确规定了住宅和公共建筑室外透水地 面面积比应分别不小于45%、40%。

    目前,透水砖的生产厂家在国内相继出现,其产品在绿色奥运场馆、绿色生态建筑中被积极 采用,但总体而言,透水性铺装地面在国内还未广泛大规模的应用。

    三、透水砖的分类、特性及制备

    目前,在市面上见到的透水砖从材质和生产工艺上可分为两大类,一类是以固体工业废料、生活垃圾和建筑垃圾为主要原料,通过粉碎、成形、高温烧制而成的陶瓷透水砖;另一类是以无、 机非金属材料为主要原料,利用有机或无机黏结剂通过成形、固化而制成,由于它无须烧制,所 以称为非陶瓷透水砖。透水砖的透水原理主要有两种,一种是靠组成砖体材料颗粒之间的孔隙来 透水,一种是通过破坏水的表面张力来透水。

    由于透水砖品种较多,故其特性、制备方法和生产工艺也很多,下面介绍在环保领域有着重 要贡献的几种代表性透水砖。

    (一)陶瓷透水砖

    1、粉煤灰透水砖

    用粉煤灰为主要原料制成的透水砖强度往往偏低,不耐用。近来,有关技术人员通过研究各 工艺参数对粉煤灰透水砖强度和透水性相关的影响口J,优选工艺参数,用40%50%粉煤灰、25%~35%黏土和20%~30%废地砖骨料(粒径0.45~0.6ram)配料,经25MPa压力下成型, 在1050"12烧成温度烧结1小时,烧制出透水系数1.08(10~2em/g)、抗压强度达30.6MPa粉煤 灰高强度透水砖。有效解决了原粉煤灰透水砖强度偏低,不耐用的问题,且其透水性保持良好, 利于环保和废料的资源化利用,因此,粉煤灰透水砖有着非常广阔的应用前景。

    2、添加生活垃圾、玻璃陶瓷废料透水砖

    利用生活垃圾和废玻璃、陶瓷废料为主要原料制备透水砖工艺流程见图1,采用此法不仅制 备了透水砖,也使目前日益增加的工业废渣得以利用,减轻了环境负荷。研究表明旧1,少量生 活垃圾添加到砖坯中,其熔剂作用超过成孔作用,可以增大抗折强度,但降低透水系数,控制生 活垃圾添加量在5%内,对陶瓷透水砖的透水性能影响不大,是综合处理生活垃圾的一种有效途径。

    图1 陶瓷透水砖生产工艺流程



    3、添加重金属污泥透水砖

    利用电子工业所产生的含重金属无机污泥,依据包芯造粒的原理,将有害污泥包裹于坯料中 心,通过滚动造粒在坯料外表形成一层页岩矿土包覆层,经干燥与高温烧结成为陶粒,再拌和水 泥砂浆成型为透水砖。有关研究表明H1有害重金属符合TCLP溶出标准,用陶粒加20%的水泥砂 浆成型25era×25erax6em的透水砖,可达到最佳透水模式,可应用于人行道、大型广场、庭园 步道。该法为重金属污泥的资源化利用提供了一条有效途径。

    (二)非陶瓷透水砖

    1、废旧混凝土透水砖

    建筑物拆除过程中产生大量的废混凝土,构成了建筑垃圾的主要组成部分。将废旧的混凝土 破碎,作为成型骨料,采用水泥为胶结材料,通过清洗、搅拌、成型、养护等工艺以及骨料粒 径、配合比的调控,制备出废旧混凝土透水砖。该制备方法既可减少建筑垃圾、减轻环境污染, 又可节省天然砂石的开采,将产生显著的社会效益和经济效益。同时,由于水泥制品造价低廉、 性能稳定,因此利于大规模铺装的应用。

    2、树脂改善型路面透水砖

    它是以高分子树脂为胶凝材料,采用单一粒径的骨料等配制而成。一般也采用压力成型,形成满足特定强度要求,同时具有一定连通孔隙的混凝土制品。高分子树脂作为胶凝材料具有强度 高和美观的特点,但是开展大规模的推广应用却受到不少专家学者的质疑,主要原因是树脂的耐 老化性能差,加上骨料选择不当也造成了透水性能降低。另外由于造价太高、性价比不当,用户 一般也不愿意采用。该类产品只适合于某些特定的场合,比如有树荫遮蔽的高档小庭院内。

    3、砂基透水砖

    砂基透水砖以沙漠中的风沙为主要原料,通过独特的工艺加工,黏合压制而成,加工过程不 需烧制,是一种有益于生态环保的节能型新材料,具有强度高、可塑性强、用途广泛、透水性 好、吸音固尘、抗冻融性好等特点。其优良的透水性不是靠颗粒间缝隙渗水,而是通过破坏水的 表面张力来实现渗水的同时还能对水进行过滤和净化。目前开发出来的产品“生泰砂”,在中南 海紫光阁外延人行道、奥运村停车场、国家科技部办公区均有应用。

    四、透水砖的铺装

    透水砖铺装工艺与普通路面砖有很大的区别,由于其性能和功能特点,要求路基处理得特别 平整,而且需要不同材料对不同层进行铺贴处理,这就对施工技术有严格要求。施工过程中需要 注意的事项:为获得良好的透水系统,达到较好的透水效果,其缓冲层多采用中砂,低骨灰 比和低水灰比的水泥混合砂浆,具有较好的受压缓冲能力;下层采用开放式透水性路基,使用窄 级配(骨料粒径大致在7~40 mm)、低骨灰比和低水灰比的混凝土。其主要作用表现为:一是 能够在铺装中采用压实的方法获得达到一定强度(28d达20MPa)的混凝土路基,减少地下蓄水 层储藏一定的积水后造成路面下沉的现象(压实过程注意的事项为:需要找平碾压密实,压实 系数不得低于95%);二是这种特殊的混凝土具有较大的连通孔隙率,在铺装完毕后,能够引导 渗透水快速下行,减少因长时间落雨或雨量偏大时路面径流的出现,同时可以满足较大的蓄水性 能;三是在长时间空气干燥的环境下,可通过蒸发作用使该层蓄含的水分透过路面散失在空气 中,达到增大空气湿度、降低地面温度、调节周围环境的效果。

    五、透水砖的发展应用前景

    透水砖的使用,为工业废料的资源化利用提供了一条有效的途径,同时由于其功能特点,可 滞洪蓄雨、涵养甘霖、透水透气、降尘减噪,增加城市居住的舒适度,它也对平衡城市生态系 统,保护自然环境起着举足轻重的作用。它将是生态城市建设发展的一个趋势和方向。

    目前透水砖在使用中,还主要存在着透水率的衰减和耐久性低的问题:

    透水砖或下面的砂、石透水垫层的孔隙中日积月累的吸附和沉淀,可导致孔隙堵塞,使透水 率衰减,直至完全堵塞失去透水能力。理论上言,透水地砖及透水地砖下的砂石垫层需要反复清 洗或更换,才能保证一定的透水率。另外,在北方地区冬季室外温度较低,雨雪渗入透水的孔隙 后会产生反复冻融循环,导致冻胀破坏,加上透水砖密度及抗压强度比普通硬化路面地砖低,其 冻胀破坏会更严重。

    有关人员通过人工模拟降雨现场试验,发现透水砖在使用2年后,透水性能虽有所下降, 但仍能满足使用要求。在正常使用条件下,透水砖的透水性维持时间较长,但在长期的使用过程 中出现的问题不得不引起人们的关注,同时也为我们提供了透水砖的优化研究和发展方向,如: ①优化透水砖铺装工艺,促进路面透水系统的发展及其配套技术的开发,从而促进城市雨水利用 技术的发展;②加强透水铺面的维护管理,定期清除透水砖路面缝隙间的碎石及其他沉积物,保 持城市道面的清洁卫生,减少垃圾污染;③进一步开发透水砖的应用领域,促进城市生活和工业 废物的资料化利用,促进人类与生态环境的和谐发展。推广和应用透水砖将产生良好的经济效益 和社会效益。

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来源:薛明 曹巨辉等
  
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