9月16日，河北省第四屆（邯鄲）園林博覽會盛大開幕。17日上午召開健康宜居與韌性城市主題論壇，美國水資源工程師院資格工程師、硅砂資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任蘇雨明先生在會上發(fā)表了題為《透水鋪裝的控流截污及在海綿城市中的應(yīng)用》的精彩演講。他詳細(xì)介紹了透水類鋪裝的分類，并就每一類的外觀、結(jié)構(gòu)和透水效果等優(yōu)缺點(diǎn)做了分析，同時(shí)針對每一類材料介紹了相關(guān)應(yīng)用案例。此外還分享了透水鋪裝的控流截污試驗(yàn)研究成果，并對國內(nèi)外磚材料的一些最新研究進(jìn)展和趨勢進(jìn)行了介紹。

美國水資源工程師院資格工程師、硅砂資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任蘇雨明

　　1 透水類鋪裝的分類和應(yīng)用案例

　　“海綿城市”是指城市像海綿一樣，下雨的時(shí)候能把水留住，干旱的時(shí)候能把水緩慢釋放出來。海綿城市的六字方針為滲、滯、蓄、凈、用、排。海綿城市建設(shè)其中很重要的一個(gè)措施就是透水類鋪裝。透水類鋪裝涵蓋范圍很廣，大致可以分為：1) 磚縫透水磚；2) 透水瀝青；3) 透水水泥；4) 植草磚；5) 塑料格柵；6）全表面透水磚；7）其他現(xiàn)鋪透水路面等。

　　1.1 磚縫透水磚（Permeable interlocking pavers）

　　這類磚本身材料并不透水，透水是靠磚之間的縫隙來實(shí)現(xiàn)的。普通磚材料的磚，比如水泥材料、粘土燒結(jié)材料還有一些橡膠材料都可以。一般通過側(cè)面突起或者底下定位的卡槽，保持磚與磚之間縫隙?？p隙填入石子或也有留空的，美國一般要求縫隙小于1.3cm。一些此類磚還可以有透水蓄水一體的設(shè)計(jì)，如PAVEDRAIN（普潤）公司的產(chǎn)品，磚下半部分的拱形空間里還可以蓄水，在武漢的潘廟新家園項(xiàng)目海綿小區(qū)示范點(diǎn)中有應(yīng)用。磚縫透水的磚技術(shù)簡單也容易生產(chǎn)，但縫隙容易進(jìn)土長草，維護(hù)起來比較麻煩。因?yàn)榇u本身沒有任何過濾功能，縫隙大，所以污染物去除能力差。

　　1.2 透水瀝青（Pervious / porous asphalt）

　　透水瀝青是比較早的透水類產(chǎn)品之一。生產(chǎn)需要嚴(yán)格控制使用的骨料的直徑范圍，保證石子之間粘合并有縫隙。國內(nèi)透水瀝青的新技術(shù)和新產(chǎn)品也很多，上海格林路得的蘇州運(yùn)河風(fēng)光帶項(xiàng)目，使用的就是采用新型粘貼劑的彩色透水瀝青，景觀效果和環(huán)境效益都很好。

　　1.3 透水水泥 （Pervious / porous concrete）

　　類似的，透水水泥材料生產(chǎn)也需要嚴(yán)格的骨料控制，固化過程的用水量和壓實(shí)也比較關(guān)鍵，對固化時(shí)候的環(huán)境條件要求也比較高一些，以保持同時(shí)具有足夠的孔隙和材料強(qiáng)度。材料單位體積成本比普通水泥略高，且厚度美國一般需要至少6英寸（普通水泥4英寸），初始建設(shè)成本會比普通水泥要高，但長期的環(huán)境效益等因素考慮好于普通鋪裝。透水水泥的透水速度還是很好的。一些透水水泥比較怕鹽和除雪劑，抗凍融性能差，美國幾個(gè)北方地區(qū)的項(xiàng)目的冬季表面剝離破損比較嚴(yán)重，近年來水泥材料行業(yè)針對這個(gè)問題在配方方面優(yōu)化研究，有一些改善。

　　1.4 植草磚（Concrete grid pavers）

　　植草磚常見的是由水泥等材料制成的，可以是井字形、背心形、8字形、網(wǎng)格狀等，厘米級別的大孔中間填土種草，鋪設(shè)在地面上有很好的穩(wěn)固性，能經(jīng)受行人、車輛的輾壓，綠草的根部是生長在植草磚下面和孔格里，因此草根不會受到傷害。除了植草，也可在中間填充石子。

　　1.5 塑料（土工材料）格柵 （Plastic / geosynthetic reinforcing grids）

　　用塑料類的材料（或土工材料）做成一個(gè)網(wǎng)格和格柵，生產(chǎn)成本比和運(yùn)輸成本都較低，安裝時(shí)候在中間填入石子或者植草。簡單高效，使用效果也還不錯。伴隨著土工材料的發(fā)展，結(jié)合很多廠家在土壤沖刷侵蝕方面的研究基礎(chǔ)，現(xiàn)在產(chǎn)品也有很多了。

　　1.6 全表面透水磚 （Pervious bricks）

　　這一類材料其本身是可以透水的。它還可以大概分為四類：透水水泥磚、透水石子磚、陶瓷透水磚、和砂基透水磚。

　　第一類透水水泥磚，和現(xiàn)鋪透水水泥類似但材料是預(yù)制的，在可控的工廠環(huán)境生產(chǎn)，可以有比較好的環(huán)境因素的控制，不受安裝場地氣候的影響，這就是在廠里預(yù)制生產(chǎn)的優(yōu)勢。在中國生產(chǎn)的傾向于規(guī)格尺寸比較小的磚，在美國更常見的是做成比較大的預(yù)制透水水泥板，透水速度是非常高的。

　　第二類透水石子磚，把石子等顆粒物作為骨料，用高分子材料做粘合。磚可以有各種顏色質(zhì)地，但是如果石子骨料太細(xì)，技術(shù)上需要解決好“既能把細(xì)小的骨料粘結(jié)好，又能透水”的難題。美國主流一般最小到幾毫米粒徑的小石子的級別。

　　第三類陶瓷透水磚，在高溫?zé)Y(jié)過程中保留了陶瓷顆粒間的孔結(jié)構(gòu)，因此可以吸水和透水。中國是陶瓷生產(chǎn)大國，陶瓷透水磚技術(shù)比美國好。美國陶瓷透水磚的生產(chǎn)和使用都很少，且還有一些是中國出口美國的產(chǎn)品。

　　第四類砂基透水磚，砂基透水磚用的是沙漠中的沙子。沙子表面自由能低，顆粒比較細(xì)，分散。此外，沙子資源基本是免費(fèi)，要多少有多少。生產(chǎn)好砂基透水磚需要若干核心技術(shù)支持，第一是預(yù)覆膜技術(shù)，增加骨料物理性能和圓潤度；第二是二次覆膜和表面改性技術(shù)，添加親水添加劑，且增加材料的微表面粗糙度，有利于材料總體表現(xiàn)的親水性能。沙子本身是弱親水物質(zhì)，經(jīng)過二次覆膜后，讓它有一層微納結(jié)構(gòu)，可以更親水，增加透水，吸水和保水的功能。

　　最后，砂基透水磚的成形工藝也是一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，以保證砂基透水磚的表面孔隙在50-100μm左右，且孔隙聯(lián)通，孔型圓潤，表面光滑。這個(gè)過程除了使用特殊的粘合劑外，用量，壓力過程及成型工藝也很考究，把兩次覆膜的散沙通過特別的震動擠壓成最后的透水磚。這種免燒結(jié)的工藝對環(huán)境也更友好。

　　奧運(yùn)水立方、北京園博會、國家科技部、上海世博會中國館等項(xiàng)目都有砂基透水磚的應(yīng)用。

　　1.7 其他現(xiàn)鋪透水材料（Cast-in-place pervious/porous pavers）

　　當(dāng)項(xiàng)目鋪裝的面積比較大的時(shí)候，類似透水水泥和瀝青的現(xiàn)鋪技術(shù)就更有突出優(yōu)勢了。最近兩年，實(shí)驗(yàn)室在砂基透水磚的基礎(chǔ)上，研制的一個(gè)新技術(shù)，是把預(yù)覆膜的硅砂散料和固化劑等運(yùn)到場地，采用現(xiàn)鋪工藝現(xiàn)場鋪設(shè)透水路面，運(yùn)輸和人工成本都更低也更具有競爭力。

　　2019年，在北京的世界園林博覽會中國館廣場，就是采用的砂基透水現(xiàn)鋪路面。砂基的材料細(xì)膩，還可以通過使用不同顏色的覆膜砂組合，鋪出不同形狀和圖案，景觀效果十分好。

　　從環(huán)境角度來說，硅砂透水材料透水可以削峰滯流并回補(bǔ)地下水；材料具有微米級孔隙濾水，可以減少雨水徑流的污染；材料透氣和保水，還有很好的蒸發(fā)性能，可以緩解廣場的熱島效應(yīng)。

　　與全表面透水的透水磚類似，國外的現(xiàn)鋪透水路面技術(shù)其骨料還主要還是小石子級別的比較粗，還不能做到沙子這么細(xì)。比較大的有BASF公司的ElastoPave和FilterPave品牌的現(xiàn)鋪材料，類似國內(nèi)也有聚氨酯類石子現(xiàn)鋪材料。除了石子外，骨料也可使用一些廢玻璃、廢輪胎等再生材料。

　　2 透水鋪裝的控流截污實(shí)驗(yàn)室研究

　　前面介紹的砂基透水材料，是微米級別透水的。要控制好孔徑分布、通孔率，以及孔形狀等參數(shù)。砂基透水磚使用均勻的沙粒，并保持圓潤且直徑近似的孔隙，這樣很多灰塵和雨水中的顆粒污染物都會截留在材料的表面（Cake filtration），這樣可以在維護(hù)時(shí)候被清掃走。而不是像大多數(shù)透水瀝青、透水水泥，其孔形不規(guī)則且尖銳，污染物更多的是嵌入材料本身更容易引起難以恢復(fù)的堵塞（Deep bed filtration）。

　　微米級透水有一個(gè)的優(yōu)勢，是污染去除效果要比大孔隙透水好。介紹剛剛完成的一個(gè)控流截污的試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下做兩個(gè)試驗(yàn)箱，按照實(shí)際的砂基透水磚鋪裝安裝進(jìn)行裝填和鋪裝，然后采集雨水徑流進(jìn)行人工降雨，對透水磚的雨水水量水質(zhì)的控制效果進(jìn)行研究。研究表明，砂基透水鋪裝和原土孔隙有很高的透水性能，減少徑流和削峰促滲回補(bǔ)地下水作用顯著。此外，有很多污染物都可以通過透水磚體系有很好的去除，詳見下表，去除率高于大多數(shù)美國對透水類鋪裝的研究報(bào)道。還分別跟蹤測試了顆粒和離子態(tài)的金屬污染物，發(fā)現(xiàn)不只是顆粒狀的金屬污染物得到了很好的去除，比如金屬鋅去除率達(dá)到了99.6%~99.8%；離子態(tài)金屬也有一定的去除率，比如離子態(tài)金屬鋅去除率也能達(dá)了90%左右。

　　總的來講，材料表現(xiàn)出了很好水量和水質(zhì)控制效果，砂基透水磚體系的去除率比大多美國對透水水泥、透水瀝青等研究的結(jié)果要高。

　　3 磚材料最新研究進(jìn)展

　　介紹幾種比較新型的生態(tài)環(huán)保磚材料。介紹前先要說一句，磚本身是一種可以重復(fù)利用的建筑材料，在美國符合回用要求的磚從回收測試，到再銷售和再使用，是有成熟的渠道的。景觀師、建筑師或工程師在環(huán)境友好的一些項(xiàng)目中，有的時(shí)候?qū)ｉT買舊磚來做新的建筑。

　　再生磚可以使用廢塑料、廢玻璃或廢建筑垃圾，還有粉煤灰等。在中國和美國都有很多研究和產(chǎn)品，特別是近幾年，政策鼓勵下，在高速發(fā)展中，是很有前途的一個(gè)方向。新產(chǎn)品還比如英國公司生產(chǎn)的一些磚，通過用再生材料，改進(jìn)工藝，能減少碳排放。前面說的可以透水蓄水的磚，還可以把加熱絲和導(dǎo)線安裝在磚里面，冬天可以融雪。還有下圖是2018年英國的一個(gè)發(fā)明，通過磚上下兩面的溫度差來發(fā)電。

　　從2014-2015年開始，硅砂資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)研究，是在現(xiàn)有砂基透水磚最靠外的1-2毫米的面砂上，進(jìn)行光觸媒覆膜。也就是在前面介紹的二次覆膜技術(shù)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行第三次覆膜，從而可以在光照下吸收電子產(chǎn)生強(qiáng)氧化作用，破壞病毒和細(xì)菌結(jié)構(gòu)，包括冠狀病毒。有對此感興趣者如能找到合適的示范安裝的場地，如說醫(yī)院、學(xué)校、廣場鋪裝等，結(jié)合現(xiàn)在海綿城市項(xiàng)目，可以聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步的現(xiàn)場安裝試驗(yàn)。

　　4 結(jié)語

　　透水鋪裝是海綿城市建設(shè)的一個(gè)重要措施，在中國有大量使用。前面大致分了7個(gè)大類介紹了一下。其中的全表面透水磚，中國在此方面處于領(lǐng)先地位，也在城市建設(shè)中有廣泛的應(yīng)用。微米級別孔隙的砂基透水磚，還有現(xiàn)鋪的砂基透水路面，有很好的污染物去除效果，也可以削峰滯流、促滲地下水。

　　磚作為建設(shè)材料的歷史很長久，且依然不斷有很多新的理念，新的材料和新的應(yīng)用出現(xiàn)。一些跨學(xué)科的新技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)出來，是一個(gè)活躍的領(lǐng)域。