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摘要：透水性混凝土适用于不同的地域及气候环境，充分利用和发展透水性混凝土路面，提高雨水利用率、蒸发降温、吸声降温、改善光环境、缓解城市洪涝灾害，对于营造一个优美、健康、生态和谐的城市环境具有非常重要的意义。
关键词：透水混凝土；防涝；吸声降温
前言
透水混凝土是一种具有连通孔洞的多孔混凝土，因具有透水、透气性，又被称为“会呼吸的混凝土”。他的透水基层对于地表水可以起到过滤的作用，部分地表污染源渗入土壤中能够得到及时的吸收或降解，同时多孔透水材料利用自身的多孔结构在水中可形成适合水生动植物生长的良好空间环境，这些水生动植物也可有效的净化污水；雨雪通过透水性基层直接渗透到土壤中，大大减少了地表径流的可能。
1.透水混凝土透水原理
透水混凝土是由水、水泥、粗骨料（或含一定量细骨料）等组成的，多采用单粒级或间断粒级粗骨料作为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结形成多孔的堆积结构，因此混凝土内部存在着大量的连通孔隙，且多为直径超过1mm的大孔。透水混凝土多采用相对单一粒径骨料，从而在混凝土内部形成较多的孔隙。
透水混凝土结构模型如图1所示。
透水混凝土的孔隙是指混凝土总体积扣除实体部分后的剩余部分，它由三部分组成：连通孔隙、半连通孔隙和封闭孔隙。连通孔隙是相互连通的空隙；封闭孔隙是和其他孔隙不连通、孤立的那部分孔隙；半连通孔隙也称死孔隙，它有一端与其他孔隙连通，另一端封闭。从排水的角度，孔隙又分为有效孔隙和无效孔隙。有效孔隙是指能通过水、排出水的孔隙。从水流动的角度讲，只有相互连通、不为水所占据的孔隙才是有效的。半连通孔隙中的水是相对停滞的，但是排水时又起到缓存的作用，所以它也是有效的。因此有效孔隙由连通孔隙和半连通孔隙两部分组成，封闭孔隙则是无效孔隙。
2.透水混凝土对城市的防涝作用
我国大部分地区多雨季节集中在夏季，当夏季地表温度高且透水时，初期降雨一是因地面和空气燥热使一部分水分蒸发掉，二是地表具有孔隙，降雨可能渗入到地下或只是润湿地表。前一过程以及润湿草和树叶的过程称为截留，降雨可能会停留在泥坑里直到蒸发掉，或一直到泥坑被填满后再溢流出去。第三种情况是降雨可能直接流入最近的河流或湖泊形成地表水。这些减小了直接径流流量的四项因素（蒸发、入渗、截留和填洼），称为消减。图2为地表径流产生过程示意图。
城市化程度低的郊区，大气中的降水除去被植物枝叶及建筑物所截留和吸收的水分外，落到地面的部分，由于土壤的可渗透性而不断渗透到土壤中去，其渗透率随土壤性质而异，也随土壤中的水分增加而变小。当土壤中的水容量饱和时，或当降水率超过土壤渗透率时，多余的水分就会积累在地面，这些地表积水沿着地面斜坡逐渐形成大片分布而漫流入江河。地面漫流的水量就称为地表径流，郊区植被多，土壤疏松，雨水储存的空间比城市市区大得多。
城市化的重要特征之一，就是原有的天然植被不断被建筑物及非透水性硬化路面所取代，从而改变了自然土壤植被及下垫层的天然可渗透性，城市硬化地面占整个城市区域面积相当大的比例，因而其渗水性能直接影响城市排水和防洪。
图3所示为城市化前后径流量随时间变化对比曲线。图中虚线和实线分别表示城市化前后市区径流曲线。城市化使城市市区不透水铺装面积增大，下渗量极小，不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨。在暴雨时，这种地面雨水迅速变为径流，径流量急剧增高，很快出现峰值，洪流曲线急升急降，洪峰陡，出现早，来势猛。而透水性地面由于自身的渗水能力，能有效的缓解城市排水系统的泄洪压力，径流曲线平缓，其峰值较低，并且流量也是缓升缓降，利于城市防洪。
图4所示为城市排水和不透水地面面积比例与流量关系图。从图中可以看出，城市不透水地面面积比例越高，都市化后流量与都市化前流量比值就越大。这说明随着城市不透水地面面积的不断增大，城市地面径流汇水量增加，致使洪峰流量加大，洪峰时间提前，严重时会导致洪涝灾难。城区不透水铺装的面积越大，城市排水设施压力越大，洪水复现间距就越短，发生洪水的可能性就越大。因此，用透水性铺装代替不透水性铺装是城市防涝的有效措施之一。
3.透水混凝土改善城市声环境
道路交通噪声，特别是人口密集区、临近城市的高速铁路、隧道内的交通噪声已成为环境噪声污染的重要来源，严重影响人们生活的舒适性。通过改善混凝土路面结构的方法来降低路面噪声是一种行之有效的方法。
多孔混凝土具有大量从表到里的三维互通网状通孔结构，当声波入射到多孔混凝土表面上时，大部分声波将通过空隙传播到材料内部，激发材料空隙内部空气分子及组成材料的筋络的振动。由于空气之间的黏滞阻力、空气与筋络之间的摩擦作用，以及空隙内空气的胀缩作用，在空气与筋络之间，不断发生热交换，使相当部分的声能转化为热能而消耗掉，这就是该类多孔混凝土吸声的基本原理。
当声波投射到透水性铺装表面上时，会引起透水性铺装内部小孔或间隙的空气运动，紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢，由于摩擦和空气运动的黏滞阻力，一部分声能转变为热能，从而使声波衰减；同时，小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失，也能使声能衰减。由于城市高层建筑以及高架桥路的不断增多，再加上穿过市区上空的飞机噪声，这些声源较高的噪声，从城市上空传到地面，如果投射到透水性地面上，根据上述原理，透水性地面依靠其特有的吸声降噪功能对城市声环境起到明显的改善作用。普通的非透水性硬化广场地面只能将绝大部分声波重新反射，起不到吸声降噪的作用。
4.结语
从改善城市地面铺装的角度出发，充分利用和发展透水性混凝土路面，提高雨水利用率、蒸发降温、吸声降温、改善光环境、缓解城市洪涝灾害，对于营造一个优美、健康、生态和谐的城市环境具有非常重要的意义。建设透水混凝土路面是新世纪体现人类与自然和谐发展的城市理想、创造宜居城市的重要举措。
参考文献：
[1]CJJ/T135-2009，透水水泥混凝土路面技术规程
[2]宋中南、石云兴.透水混凝土及其应用技术.中国建筑工业出版社，2011
[3]李继业、刘经强、徐羽白.特殊材料新型混凝土技术，2007
论文作者:王宾1,李明丰2
论文发表刊物:《航空军医》2015年18供稿
论文发表时间:2015/12/29
标签：孔隙论文; 透水论文; 混凝土论文; 透水性论文; 城市论文; 径流论文; 地面论文; 《航空军医》2015年18供稿论文;