聚氨酯碎石透水路面的設(shè)計(jì)與研究

聚氨酯碎石透水路面的設(shè)計(jì)與研究

一、高透水生態(tài)路面的技術(shù)應(yīng)用總結(jié)城市洪水已成為每年夏天不可避免的重要話題，而且有一種惡化的趨勢(shì)，虛弱的城市排水管網(wǎng)也在增加。但下水道排水能力弱只是導(dǎo)致城市內(nèi)澇的直接原因,城市內(nèi)部越來(lái)越多的不透水地面也是加大下水道排水壓力的一個(gè)重要原因。高透水生態(tài)路面的開(kāi)發(fā)與推廣,將是解決城市不透水地面困擾的良方。對(duì)于高透水生態(tài)路面而言,透水性能高是首要的,同時(shí)透水性能必須長(zhǎng)期穩(wěn)定有效,即具有合適的儲(chǔ)水性能和濾水性能,并有足夠的抗凍融性能。其次,高透水生態(tài)路面本身的材料與施工也應(yīng)該做到生態(tài)環(huán)保。最后,高透水生態(tài)路面在日常使用中最好也能有獨(dú)特的效果,而不只是僅僅為雨天準(zhǔn)備的路面。聚氨酯碎石透水路面的成功開(kāi)發(fā),完全實(shí)現(xiàn)了高透水生態(tài)路面的開(kāi)發(fā)目標(biāo)。它不僅帶來(lái)了很高的透水效果,有著良好的儲(chǔ)水和濾水性能,可避免雨天形成徑流影響通行,有助于維持地表上下的水系平衡,并具有環(huán)保、易用、美觀、舒適、耐老化、耐凍融的特點(diǎn):聚氨酯碎石透水路面在生產(chǎn)和施工中不使用任何溶劑,且大量使用天然無(wú)機(jī)材料和植物性原料,源于石油化工的材料成分僅0.5%,產(chǎn)品施工中簡(jiǎn)便易用且完工后1天即可上人,成品展現(xiàn)天然石彩的豐富本色,使用中吸音降噪腳感舒適,且長(zhǎng)時(shí)間使用后性能穩(wěn)定耐凍融的特點(diǎn)體現(xiàn)了聚氨酯材料高韌耐候的性能。二、透水性能的影響因素高透水性是高透水生態(tài)地坪最重要的性能。同時(shí),足夠的儲(chǔ)水能力、透水能力、防倒灌性能和抗凍融性能是確保透水性能必須長(zhǎng)期穩(wěn)定有效的關(guān)鍵因素。而且優(yōu)異的透水性能也不應(yīng)僅僅是單向的,在干燥季節(jié)對(duì)水分的平衡與循環(huán)也應(yīng)是其重要的性能。1、聚氨酯礫石透水路面系統(tǒng)聚氨酯碎石透水路面的透水系數(shù)約12mm/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前最有效的降雨在最優(yōu)秀的排水配置下的排出速率。同時(shí)聚氨酯碎石透水路面的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了30%的空隙率,使得短時(shí)大量的積水可以儲(chǔ)存其中,不會(huì)在地表形成徑流影響通行。因此,擁有出色透水儲(chǔ)水功能的聚氨酯碎石透水路面可以有效緩解城市排水管網(wǎng)壓力,維持大雨環(huán)境下的路面通行功能。聚氨酯碎石透水路面包含有特別的中間層——厚度超過(guò)20cm,空隙率超過(guò)30%的透水結(jié)構(gòu)層。透水結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)既保證了出色的排水透水儲(chǔ)水性,更能有效地防止特殊情況下出現(xiàn)雨水倒灌,回流表面層的現(xiàn)象。(1)雨水濾過(guò)地面有利于防止地下水沉降聚氨酯碎石透水路面在透水性能上最優(yōu)異之處在于它不僅可以將地表水排走,更能通過(guò)逐級(jí)下滲將雨水濾過(guò)地面慢慢補(bǔ)充至地下,緩解地面沉降的趨勢(shì),也可以在干燥時(shí)將水分由地表下?lián)]發(fā)而出,維持地表水分與地下水系之間的動(dòng)態(tài)平衡。顯然,擁有出色透水功能的聚氨酯碎石透水路面在緩解城市排水管網(wǎng)壓力,維持雨季路面通行同時(shí),還有助于解決更深層面的城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。(2)凍融循環(huán)對(duì)中國(guó)多數(shù)地域而言,除透水儲(chǔ)水性能外,給排水設(shè)施另一個(gè)重要的性能指標(biāo)是凍融穩(wěn)定性,即耐凍融循環(huán)的性能。冷庫(kù)溫度在0℃以上的時(shí)間較長(zhǎng),使結(jié)構(gòu)體表面的冰霜融化成水滴,水分將沿著結(jié)構(gòu)表面的孔隙或毛細(xì)孔通路向結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲透;當(dāng)庫(kù)溫降低為0℃以下時(shí),其中的水分結(jié)成冰,產(chǎn)生膨脹,膨脹應(yīng)力較大時(shí),結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。結(jié)構(gòu)件表面和內(nèi)部所含水分的凍結(jié)和融化的交替出現(xiàn),稱為凍融循環(huán)。耐凍融循環(huán)的性能直接決定了透水儲(chǔ)水性能的穩(wěn)定性與持久性。聚氨酯碎石透水路面以聚氨酯為有機(jī)基料,具有優(yōu)良的耐磨性、耐油性、彈性好、吸震性能好,對(duì)于凍融循環(huán)所帶來(lái)的膨脹應(yīng)力有著很好的表現(xiàn)。如表1顯示,聚氨酯碎石透水路面的耐凍融循環(huán)性能達(dá)到F200,確保其排水透水儲(chǔ)水性能的穩(wěn)定。三、透水聚氨酯基巖聚氨酯碎石透水路面由聚氨酯碎石面層(也稱透水聚氨酯面層)、透水結(jié)構(gòu)層(含動(dòng)態(tài)層、承重層)和基層(含路基增強(qiáng)層、素土路基)組成,如圖1所示。1、聚氨酯實(shí)行彈性未干預(yù)防材料整理后的腳感、吸濕節(jié)能效果和吸音噪聲聚氨酯碎石面層有四個(gè)主要作用:(1)展現(xiàn)路面石彩裝飾的藝術(shù)效果。(2)實(shí)現(xiàn)水分迅速下滲的高透水效果。(3)確保路面藝術(shù)裝飾效果的耐候耐久和出色的凍融穩(wěn)定性。(4)提供出色的使用性能,包括良好的吸震性能及其帶來(lái)的舒適的步行腳感,以及良好的防滑效果和吸音降噪效果。聚氨酯碎石面層由疏水聚氨酯材料配合級(jí)配砂礫粘結(jié)組成,石子的最大粒徑不超過(guò)5mm,面層厚度不低于40mm,空隙率高于30%,透水系數(shù)約12mm/s,彎拉強(qiáng)度不低于3.0MPa,抗凍等級(jí)不低于F200。因此,其耐磨性好、透水率高,并可抵抗高低溫環(huán)境的劣化影響。其表面展現(xiàn)了天然彩石的豐富本色,色澤裝飾可調(diào)易配(參見(jiàn)圖2),且彩石色澤的耐候性耐曬性好,使用年限長(zhǎng),腳感舒適。特殊的工藝也讓聚氨酯碎石面層有著出色的干濕防滑效果。它30%的空隙率不僅有著很好的透水效果,更能帶來(lái)不錯(cuò)的應(yīng)急儲(chǔ)水性,避免地面出現(xiàn)徑流而給人員通行造成麻煩。聚氨酯碎石面層同時(shí)還有吸音降噪的效果,讓路面更加寧?kù)o。2、透水鋪裝技術(shù)透水結(jié)構(gòu)層含有級(jí)配砂礫、級(jí)配礫石及級(jí)配碎石,空隙率、透水性、強(qiáng)度等級(jí)及耐久性均與透水面層相仿,起到一個(gè)承上啟下傳遞荷載的作用,并對(duì)透過(guò)的水分進(jìn)行過(guò)濾、儲(chǔ)存和傳遞,且在大雨等特殊氣候時(shí)防止雨水倒灌。透水結(jié)構(gòu)層按結(jié)構(gòu)可以分為動(dòng)態(tài)層和承重層。動(dòng)態(tài)層在保證透水、滯水的同時(shí),主要目的是分散荷載應(yīng)力,提供面層均勻的、永久的支撐。動(dòng)態(tài)層使用級(jí)配砂礫及級(jí)配礫石組成,石子粒徑不超過(guò)16mm,動(dòng)態(tài)層厚度不低于50mm;鋪時(shí)應(yīng)注意防止石子分布不均勻,可使用輥軸壓路機(jī)等壓實(shí)。承重層在保證透水、滯水、承載的同時(shí),主要目的是儲(chǔ)水防止雨水向表面層回流。承重層使用級(jí)配礫石及級(jí)配碎石組成,石子粒徑不超過(guò)32mm,承重層厚度不低于150mm;施工時(shí)應(yīng)充分壓實(shí),可使用輥軸壓路機(jī)等。3、水泥、混凝土基聚氨酯碎石透水路面的基層包括地基層和地基增強(qiáng)層,主要作用是承受荷載,同時(shí)具備透水、滯水的效果。聚氨酯碎石透水路面的地基允許的范圍很寬,水泥混凝土基層和素土地基均可。而穩(wěn)固的素土地基更能體現(xiàn)聚氨酯碎石透水路面維持地表上下的水系平衡的特色。素土地基應(yīng)夯實(shí),壓實(shí)度、平整度、滲透性和水穩(wěn)定性須符合設(shè)計(jì)要求,在素土地基需要反濾、隔離、加筋和防護(hù)的區(qū)域,可在地基上增加土工布?；鶎由喜捎玫鼗鰪?qiáng)層,進(jìn)一步增強(qiáng)基層承受載荷的能力。地基增強(qiáng)層由級(jí)配碎石組成,石子粒徑不超過(guò)64mm,增強(qiáng)層厚度不低于100mm,具有不低于透水結(jié)構(gòu)層的透水、滯水能力。四、環(huán)保的生態(tài)效應(yīng)高透水性是聚氨酯碎石透水路面作為高透水生態(tài)路面的首要性能。同時(shí),聚氨酯碎石透水路面在生產(chǎn)、施工、使用和維修中都具有綠色環(huán)保的生態(tài)效應(yīng),在設(shè)計(jì)和使用上體現(xiàn)了天然石彩豐富多彩的藝術(shù)裝飾效果,步行其上更有著舒適的腳感和出色的干濕防滑性。1、水的使用效果聚氨酯碎石透水路面綠色環(huán)保的生態(tài)效應(yīng),體現(xiàn)在原料選用的天然綠色,短期使用中的吸音降噪保水,和長(zhǎng)期使用中幫助水生態(tài)恢復(fù)正常循環(huán)的效果上。(1)聚氨酯涂膜透水路面有機(jī)基料的制備聚氨酯碎石透水路面的原料可以分為無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料兩大類。無(wú)機(jī)材料基本取材于天然的石材,如各類級(jí)配砂礫、級(jí)配礫石及級(jí)配碎石。聚氨酯碎石透水路面有機(jī)基料屬于聚氨酯的范疇。聚氨酯是聚氨基甲酸酯樹(shù)脂的簡(jiǎn)稱,由含羥基的樹(shù)脂與異氰酸酯類化合物反應(yīng)制得。其中,聚酯、聚醚及其它含羥基樹(shù)脂大部分為柔性鏈段;芳基、氨基甲酸酯基團(tuán)、酯基、醚基、脲基、縮二脲基、異氰脲環(huán)及其它氫化脂環(huán)都可以看做剛性鏈段。整體上,可以將聚氨酯涂膜看作由柔性鏈段(即軟段)和剛性鏈段(即硬段)構(gòu)成的嵌段聚合物,通過(guò)改變聚氨酯樹(shù)脂的成分(軟段和硬段的種類和比例)配比來(lái)調(diào)節(jié)漆膜的硬度、拉伸強(qiáng)度、延伸率和彈性。在聚氨酯碎石透水路面有機(jī)基料中,引入了高比例的源于天然可再生植物的特殊原料,以達(dá)到綠色環(huán)保的效果。而在引入高比例植物性原料的同時(shí),聚氨酯基料體現(xiàn)了出色的物理性能(表2)、耐熱空氣老化性能(表3)、耐人工氣候加速(氙弧燈)老化性能(表4)。聚氨酯碎石透水路面在達(dá)到出色物理性能和耐久性能的同時(shí),其原料多來(lái)自自然界,源于石油化工的原料僅約占總材料的0.5%。且在整個(gè)聚氨酯碎石透水路面的生產(chǎn)與施工中,均不添加或者使用有機(jī)溶劑,合理的操作使用過(guò)程不會(huì)對(duì)操作環(huán)境操作人員帶來(lái)危害。綜述,整個(gè)聚氨酯碎石透水路面產(chǎn)品的原料使用具有很好的綠色環(huán)保效果。(2)吸音噪聲效果聚氨酯碎石透水結(jié)構(gòu)體高于30%的空隙率,配合聚氨酯的韌性結(jié)構(gòu),使得它有著不錯(cuò)的吸音降噪效果。因此也可將其直接用于墻面作為吸音畫(huà)。聚氨酯碎石透水結(jié)構(gòu)體鋪設(shè)在路面上,吸音降噪效果的價(jià)值雖不及墻面,但是在寧?kù)o的綠色環(huán)境中,夜晚的安靜環(huán)境中,它的吸音降噪的效果對(duì)環(huán)境很有幫助。(3)聚氨酯礫石透水路面如前所述,不透水路面會(huì)影響地表的生態(tài)系統(tǒng)。聚氨酯碎石透水路面能將地表水分濾至地下水,幫助水生態(tài)恢復(fù)正常循環(huán),有助緩解地面下沉的壓力,恢復(fù)城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡。2、同顏色、圖案的設(shè)計(jì)聚氨酯碎石透水路面展現(xiàn)出天然彩石的豐富本色,通過(guò)不同的設(shè)計(jì)調(diào)配,可以長(zhǎng)久展現(xiàn)的藝術(shù)效果。一方面,它采用不同顏色的石料來(lái)設(shè)計(jì)可以得到不同顏色或圖案的路面(圖3),施工時(shí)通過(guò)調(diào)配,就可以像真石漆一樣呈現(xiàn)不同彩石的配合色彩,豐富了路面的視覺(jué)效果。另一方面,通過(guò)對(duì)地面紋理圖案的設(shè)計(jì)處理,可以做出各類圖形花紋甚至文字等藝術(shù)效果(圖4)。這既給項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員提供了廣闊的設(shè)計(jì)規(guī)劃空間,也能避免產(chǎn)品應(yīng)用于高端領(lǐng)域時(shí)呈現(xiàn)雷同效果。3、聚氨酯礫石透水面的和硬段硬段聚氨酯碎石透水路面采用了聚氨酯為基料。如前所述,聚氨酯同時(shí)由柔性鏈段(即軟段)和剛性鏈段(即硬段)構(gòu)成。它具有優(yōu)良的耐磨性、耐油性、彈性好、吸震性能好,步行在聚氨酯碎石透水路面上腳感舒適沒(méi)有生硬的感覺(jué)。同時(shí),專業(yè)的施工設(shè)計(jì)確保聚氨酯碎石透水路面無(wú)論在干燥的晴天還是在潮濕的雨天,均有著良好的防滑效果,確保人員順利通行。五、透水結(jié)構(gòu)層施工聚氨酯碎石透水路面的操作簡(jiǎn)潔明了,僅需培訓(xùn)建筑工人就可以進(jìn)行操作。實(shí)際施工時(shí),宜在天氣良好情形下施工,施工時(shí)氣溫范圍建議5℃~30℃,所用的材料設(shè)備應(yīng)保持干燥,表面潔凈無(wú)灰塵。施工透水結(jié)構(gòu)層應(yīng)充分壓實(shí),可使用輥軸壓路機(jī)等輔助設(shè)備。施工聚氨酯碎石面層則使用長(zhǎng)條或平整壓實(shí)機(jī)將表面整平壓實(shí)(如圖5)。施工時(shí),每個(gè)工人平均每天可完