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      透水磚在環境保護領域的研究應用及發展前景
        中國磚瓦網  [2016/10/17]  
      摘要:

          一、引言

          城市硬化地面帶來的問題日漸增多,當雨水遇到硬化地面時,就四處橫流并帶走大量的城市 污染物,排人當地自然水系,從而造成河流、湖泊的污染;另一方面,硬化路面不能使雨水、雪 水有效滲入地下,致使地下水減少,地面下沉,土壤含水量低,花草樹木的生長受抑制等,破壞 了生態環境。同時,這種不透水路面還阻斷了地上與地下之間的水汽、熱能交換,使城市局部溫 度升高,形成“熱島效應”。

          透水磚,是可以滲透水的鋪地磚,作為一種能緩解城市環境惡化壓力的新型環境材料,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積水順利下行,減少了路面徑流的 影響,有效恢復地表水循環系統,透水磚本身較大的孔隙率,也能在城市降噪中發揮作用。

          透水磚兼有治污和改善生態環境等多重功能,近年來其研發與應用越來越受到各方的關注與 青睞;本文綜述了透水磚的分類、特性、制備及鋪裝工藝,介紹并分析了透水磚在國內外環境領 域的應用現狀及其發展前景。

          二、透水磚在國內外的應用發展

          德國從上世紀60年代起就采用透水材料鋪裝路面,并致力于不透水路面的改造,其目標是 到2010年,把全國城市90%的路面改造為透水路面。

          早在1973年,日本東京建設局就建立了3個人行道透水鋪面的試驗區?,到1999年已累計完成1000萬m2的施工面積。日本INAX透水磚早已投放市場,且有著嚴格的企業標準。同時, 美國等國也制定了推廣透水性路面的相關法規,取得了巨大成效。

          近年來,隨著環境的不斷惡化,我國越來越重視透水鋪面的研發與應用。1999年,佛山市樂華陶瓷有限公司(中外合資)發明了一種透水磚并申請了專利。北京市頒發了建設項目實行 “節水三同時”的規定,明確要求采用透水性材料鋪裝路面,同時對雨水利用改造項目給予補 助。國家主管部門正式頒布了JC/T945—2005《透水磚》行業標準,自2005年7月1日起正式 實施,并在GB/TS0378—2006《綠色建筑評價標準》中明確規定了住宅和公共建筑室外透水地 面面積比應分別不小于45%、40%。

          目前,透水磚的生產廠家在國內相繼出現,其產品在綠色奧運場館、綠色生態建筑中被積極 采用,但總體而言,透水性鋪裝地面在國內還未廣泛大規模的應用。

          三、透水磚的分類、特性及制備

          目前,在市面上見到的透水磚從材質和生產工藝上可分為兩大類,一類是以固體工業廢料、生活垃圾和建筑垃圾為主要原料,通過粉碎、成形、高溫燒制而成的陶瓷透水磚;另一類是以無、 機非金屬材料為主要原料,利用有機或無機黏結劑通過成形、固化而制成,由于它無須燒制,所 以稱為非陶瓷透水磚。透水磚的透水原理主要有兩種,一種是靠組成磚體材料顆粒之間的孔隙來 透水,一種是通過破壞水的表面張力來透水。

          由于透水磚品種較多,故其特性、制備方法和生產工藝也很多,下面介紹在環保領域有著重 要貢獻的幾種代表性透水磚。

          (一)陶瓷透水磚

          1、粉煤灰透水磚

          用粉煤灰為主要原料制成的透水磚強度往往偏低,不耐用。近來,有關技術人員通過研究各 工藝參數對粉煤灰透水磚強度和透水性相關的影響口J,優選工藝參數,用40%50%粉煤灰、25%~35%黏土和20%~30%廢地磚骨料(粒徑0.45~0.6ram)配料,經25MPa壓力下成型, 在1050"12燒成溫度燒結1小時,燒制出透水系數1.08(10~2em/g)、抗壓強度達30.6MPa粉煤 灰高強度透水磚。有效解決了原粉煤灰透水磚強度偏低,不耐用的問題,且其透水性保持良好, 利于環保和廢料的資源化利用,因此,粉煤灰透水磚有著非常廣闊的應用前景。

          2、添加生活垃圾、玻璃陶瓷廢料透水磚

          利用生活垃圾和廢玻璃、陶瓷廢料為主要原料制備透水磚工藝流程見圖1,采用此法不僅制 備了透水磚,也使目前日益增加的工業廢渣得以利用,減輕了環境負荷。研究表明舊1,少量生 活垃圾添加到磚坯中,其熔劑作用超過成孔作用,可以增大抗折強度,但降低透水系數,控制生 活垃圾添加量在5%內,對陶瓷透水磚的透水性能影響不大,是綜合處理生活垃圾的一種有效途徑。

          圖1 陶瓷透水磚生產工藝流程



          3、添加重金屬污泥透水磚

          利用電子工業所產生的含重金屬無機污泥,依據包芯造粒的原理,將有害污泥包裹于坯料中 心,通過滾動造粒在坯料外表形成一層頁巖礦土包覆層,經干燥與高溫燒結成為陶粒,再拌和水 泥砂漿成型為透水磚。有關研究表明H1有害重金屬符合TCLP溶出標準,用陶粒加20%的水泥砂 漿成型25era×25erax6em的透水磚,可達到最佳透水模式,可應用于人行道、大型廣場、庭園 步道。該法為重金屬污泥的資源化利用提供了一條有效途徑。

          (二)非陶瓷透水磚

          1、廢舊混凝土透水磚

          建筑物拆除過程中產生大量的廢混凝土,構成了建筑垃圾的主要組成部分。將廢舊的混凝土 破碎,作為成型骨料,采用水泥為膠結材料,通過清洗、攪拌、成型、養護等工藝以及骨料粒 徑、配合比的調控,制備出廢舊混凝土透水磚。該制備方法既可減少建筑垃圾、減輕環境污染, 又可節省天然砂石的開采,將產生顯著的社會效益和經濟效益。同時,由于水泥制品造價低廉、 性能穩定,因此利于大規模鋪裝的應用。

          2、樹脂改善型路面透水磚

          它是以高分子樹脂為膠凝材料,采用單一粒徑的骨料等配制而成。一般也采用壓力成型,形成滿足特定強度要求,同時具有一定連通孔隙的混凝土制品。高分子樹脂作為膠凝材料具有強度 高和美觀的特點,但是開展大規模的推廣應用卻受到不少專家學者的質疑,主要原因是樹脂的耐 老化性能差,加上骨料選擇不當也造成了透水性能降低。另外由于造價太高、性價比不當,用戶 一般也不愿意采用。該類產品只適合于某些特定的場合,比如有樹蔭遮蔽的高檔小庭院內。

          3、砂基透水磚

          砂基透水磚以沙漠中的風沙為主要原料,通過獨特的工藝加工,黏合壓制而成,加工過程不 需燒制,是一種有益于生態環保的節能型新材料,具有強度高、可塑性強、用途廣泛、透水性 好、吸音固塵、抗凍融性好等特點。其優良的透水性不是靠顆粒間縫隙滲水,而是通過破壞水的 表面張力來實現滲水的同時還能對水進行過濾和凈化。目前開發出來的產品“生泰砂”,在中南 海紫光閣外延人行道、奧運村停車場、國家科技部辦公區均有應用。

          四、透水磚的鋪裝

          透水磚鋪裝工藝與普通路面磚有很大的區別,由于其性能和功能特點,要求路基處理得特別 平整,而且需要不同材料對不同層進行鋪貼處理,這就對施工技術有嚴格要求。施工過程中需要 注意的事項:為獲得良好的透水系統,達到較好的透水效果,其緩沖層多采用中砂,低骨灰 比和低水灰比的水泥混合砂漿,具有較好的受壓緩沖能力;下層采用開放式透水性路基,使用窄 級配(骨料粒徑大致在7~40 mm)、低骨灰比和低水灰比的混凝土。其主要作用表現為:一是 能夠在鋪裝中采用壓實的方法獲得達到一定強度(28d達20MPa)的混凝土路基,減少地下蓄水 層儲藏一定的積水后造成路面下沉的現象(壓實過程注意的事項為:需要找平碾壓密實,壓實 系數不得低于95%);二是這種特殊的混凝土具有較大的連通孔隙率,在鋪裝完畢后,能夠引導 滲透水快速下行,減少因長時間落雨或雨量偏大時路面徑流的出現,同時可以滿足較大的蓄水性 能;三是在長時間空氣干燥的環境下,可通過蒸發作用使該層蓄含的水分透過路面散失在空氣 中,達到增大空氣濕度、降低地面溫度、調節周圍環境的效果。

          五、透水磚的發展應用前景

          透水磚的使用,為工業廢料的資源化利用提供了一條有效的途徑,同時由于其功能特點,可 滯洪蓄雨、涵養甘霖、透水透氣、降塵減噪,增加城市居住的舒適度,它也對平衡城市生態系 統,保護自然環境起著舉足輕重的作用。它將是生態城市建設發展的一個趨勢和方向。

          目前透水磚在使用中,還主要存在著透水率的衰減和耐久性低的問題:

          透水磚或下面的砂、石透水墊層的孔隙中日積月累的吸附和沉淀,可導致孔隙堵塞,使透水 率衰減,直至完全堵塞失去透水能力。理論上言,透水地磚及透水地磚下的砂石墊層需要反復清 洗或更換,才能保證一定的透水率。另外,在北方地區冬季室外溫度較低,雨雪滲入透水的孔隙 后會產生反復凍融循環,導致凍脹破壞,加上透水磚密度及抗壓強度比普通硬化路面地磚低,其 凍脹破壞會更嚴重。

          有關人員通過人工模擬降雨現場試驗,發現透水磚在使用2年后,透水性能雖有所下降, 但仍能滿足使用要求。在正常使用條件下,透水磚的透水性維持時間較長,但在長期的使用過程 中出現的問題不得不引起人們的關注,同時也為我們提供了透水磚的優化研究和發展方向,如: ①優化透水磚鋪裝工藝,促進路面透水系統的發展及其配套技術的開發,從而促進城市雨水利用 技術的發展;②加強透水鋪面的維護管理,定期清除透水磚路面縫隙間的碎石及其他沉積物,保 持城市道面的清潔衛生,減少垃圾污染;③進一步開發透水磚的應用領域,促進城市生活和工業 廢物的資料化利用,促進人類與生態環境的和諧發展。推廣和應用透水磚將產生良好的經濟效益 和社會效益。

      (中國磚瓦網 轉載請注明出處)

      來源:薛明 曹巨輝等
        
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