聚氨酯碎石透水路面的设计与研究

聚氨酯碎石透水路面的设计与研究

一、高透水生态路面的技术应用总结城市洪水已成为每年夏天不可避免的重要话题，而且有一种恶化的趋势，虚弱的城市排水管网也在增加。但下水道排水能力弱只是导致城市内涝的直接原因,城市内部越来越多的不透水地面也是加大下水道排水压力的一个重要原因。高透水生态路面的开发与推广,将是解决城市不透水地面困扰的良方。对于高透水生态路面而言,透水性能高是首要的,同时透水性能必须长期稳定有效,即具有合适的储水性能和滤水性能,并有足够的抗冻融性能。其次,高透水生态路面本身的材料与施工也应该做到生态环保。最后,高透水生态路面在日常使用中最好也能有独特的效果,而不只是仅仅为雨天准备的路面。聚氨酯碎石透水路面的成功开发,完全实现了高透水生态路面的开发目标。它不仅带来了很高的透水效果,有着良好的储水和滤水性能,可避免雨天形成径流影响通行,有助于维持地表上下的水系平衡,并具有环保、易用、美观、舒适、耐老化、耐冻融的特点:聚氨酯碎石透水路面在生产和施工中不使用任何溶剂,且大量使用天然无机材料和植物性原料,源于石油化工的材料成分仅0.5%,产品施工中简便易用且完工后1天即可上人,成品展现天然石彩的丰富本色,使用中吸音降噪脚感舒适,且长时间使用后性能稳定耐冻融的特点体现了聚氨酯材料高韧耐候的性能。二、透水性能的影响因素高透水性是高透水生态地坪最重要的性能。同时,足够的储水能力、透水能力、防倒灌性能和抗冻融性能是确保透水性能必须长期稳定有效的关键因素。而且优异的透水性能也不应仅仅是单向的,在干燥季节对水分的平衡与循环也应是其重要的性能。1、聚氨酯砾石透水路面系统聚氨酯碎石透水路面的透水系数约12mm/s,远远高于目前最有效的降雨在最优秀的排水配置下的排出速率。同时聚氨酯碎石透水路面的工艺结构设计了30%的空隙率,使得短时大量的积水可以储存其中,不会在地表形成径流影响通行。因此,拥有出色透水储水功能的聚氨酯碎石透水路面可以有效缓解城市排水管网压力,维持大雨环境下的路面通行功能。聚氨酯碎石透水路面包含有特别的中间层——厚度超过20cm,空隙率超过30%的透水结构层。透水结构层的设计既保证了出色的排水透水储水性,更能有效地防止特殊情况下出现雨水倒灌,回流表面层的现象。(1)雨水滤过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优异之处在于它不仅可以将地表水排走,更能通过逐级下渗将雨水滤过地面慢慢补充至地下,缓解地面沉降的趋势,也可以在干燥时将水分由地表下挥发而出,维持地表水分与地下水系之间的动态平衡。显然,拥有出色透水功能的聚氨酯碎石透水路面在缓解城市排水管网压力,维持雨季路面通行同时,还有助于解决更深层面的城市生态环境问题。(2)冻融循环对中国多数地域而言,除透水储水性能外,给排水设施另一个重要的性能指标是冻融稳定性,即耐冻融循环的性能。冷库温度在0℃以上的时间较长,使结构体表面的冰霜融化成水滴,水分将沿着结构表面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透;当库温降低为0℃以下时,其中的水分结成冰,产生膨胀,膨胀应力较大时,结构出现裂缝。结构件表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现,称为冻融循环。耐冻融循环的性能直接决定了透水储水性能的稳定性与持久性。聚氨酯碎石透水路面以聚氨酯为有机基料,具有优良的耐磨性、耐油性、弹性好、吸震性能好,对于冻融循环所带来的膨胀应力有着很好的表现。如表1显示,聚氨酯碎石透水路面的耐冻融循环性能达到F200,确保其排水透水储水性能的稳定。三、透水聚氨酯基岩聚氨酯碎石透水路面由聚氨酯碎石面层(也称透水聚氨酯面层)、透水结构层(含动态层、承重层)和基层(含路基增强层、素土路基)组成,如图1所示。1、聚氨酯实行弹性未干预防材料整理后的脚感、吸湿节能效果和吸音噪声聚氨酯碎石面层有四个主要作用:(1)展现路面石彩装饰的艺术效果。(2)实现水分迅速下渗的高透水效果。(3)确保路面艺术装饰效果的耐候耐久和出色的冻融稳定性。(4)提供出色的使用性能,包括良好的吸震性能及其带来的舒适的步行脚感,以及良好的防滑效果和吸音降噪效果。聚氨酯碎石面层由疏水聚氨酯材料配合级配砂砾粘结组成,石子的最大粒径不超过5mm,面层厚度不低于40mm,空隙率高于30%,透水系数约12mm/s,弯拉强度不低于3.0MPa,抗冻等级不低于F200。因此,其耐磨性好、透水率高,并可抵抗高低温环境的劣化影响。其表面展现了天然彩石的丰富本色,色泽装饰可调易配(参见图2),且彩石色泽的耐候性耐晒性好,使用年限长,脚感舒适。特殊的工艺也让聚氨酯碎石面层有着出色的干湿防滑效果。它30%的空隙率不仅有着很好的透水效果,更能带来不错的应急储水性,避免地面出现径流而给人员通行造成麻烦。聚氨酯碎石面层同时还有吸音降噪的效果,让路面更加宁静。2、透水铺装技术透水结构层含有级配砂砾、级配砾石及级配碎石,空隙率、透水性、强度等级及耐久性均与透水面层相仿,起到一个承上启下传递荷载的作用,并对透过的水分进行过滤、储存和传递,且在大雨等特殊气候时防止雨水倒灌。透水结构层按结构可以分为动态层和承重层。动态层在保证透水、滞水的同时,主要目的是分散荷载应力,提供面层均匀的、永久的支撑。动态层使用级配砂砾及级配砾石组成,石子粒径不超过16mm,动态层厚度不低于50mm;铺时应注意防止石子分布不均匀,可使用辊轴压路机等压实。承重层在保证透水、滞水、承载的同时,主要目的是储水防止雨水向表面层回流。承重层使用级配砾石及级配碎石组成,石子粒径不超过32mm,承重层厚度不低于150mm;施工时应充分压实,可使用辊轴压路机等。3、水泥、混凝土基聚氨酯碎石透水路面的基层包括地基层和地基增强层,主要作用是承受荷载,同时具备透水、滞水的效果。聚氨酯碎石透水路面的地基允许的范围很宽,水泥混凝土基层和素土地基均可。而稳固的素土地基更能体现聚氨酯碎石透水路面维持地表上下的水系平衡的特色。素土地基应夯实,压实度、平整度、渗透性和水稳定性须符合设计要求,在素土地基需要反滤、隔离、加筋和防护的区域,可在地基上增加土工布。基层上采用地基增强层,进一步增强基层承受载荷的能力。地基增强层由级配碎石组成,石子粒径不超过64mm,增强层厚度不低于100mm,具有不低于透水结构层的透水、滞水能力。四、环保的生态效应高透水性是聚氨酯碎石透水路面作为高透水生态路面的首要性能。同时,聚氨酯碎石透水路面在生产、施工、使用和维修中都具有绿色环保的生态效应,在设计和使用上体现了天然石彩丰富多彩的艺术装饰效果,步行其上更有着舒适的脚感和出色的干湿防滑性。1、水的使用效果聚氨酯碎石透水路面绿色环保的生态效应,体现在原料选用的天然绿色,短期使用中的吸音降噪保水,和长期使用中帮助水生态恢复正常循环的效果上。(1)聚氨酯涂膜透水路面有机基料的制备聚氨酯碎石透水路面的原料可以分为无机材料和有机材料两大类。无机材料基本取材于天然的石材,如各类级配砂砾、级配砾石及级配碎石。聚氨酯碎石透水路面有机基料属于聚氨酯的范畴。聚氨酯是聚氨基甲酸酯树脂的简称,由含羟基的树脂与异氰酸酯类化合物反应制得。其中,聚酯、聚醚及其它含羟基树脂大部分为柔性链段;芳基、氨基甲酸酯基团、酯基、醚基、脲基、缩二脲基、异氰脲环及其它氢化脂环都可以看做刚性链段。整体上,可以将聚氨酯涂膜看作由柔性链段(即软段)和刚性链段(即硬段)构成的嵌段聚合物,通过改变聚氨酯树脂的成分(软段和硬段的种类和比例)配比来调节漆膜的硬度、拉伸强度、延伸率和弹性。在聚氨酯碎石透水路面有机基料中,引入了高比例的源于天然可再生植物的特殊原料,以达到绿色环保的效果。而在引入高比例植物性原料的同时,聚氨酯基料体现了出色的物理性能(表2)、耐热空气老化性能(表3)、耐人工气候加速(氙弧灯)老化性能(表4)。聚氨酯碎石透水路面在达到出色物理性能和耐久性能的同时,其原料多来自自然界,源于石油化工的原料仅约占总材料的0.5%。且在整个聚氨酯碎石透水路面的生产与施工中,均不添加或者使用有机溶剂,合理的操作使用过程不会对操作环境操作人员带来危害。综述,整个聚氨酯碎石透水路面产品的原料使用具有很好的绿色环保效果。(2)吸音噪声效果聚氨酯碎石透水结构体高于30%的空隙率,配合聚氨酯的韧性结构,使得它有着不错的吸音降噪效果。因此也可将其直接用于墙面作为吸音画。聚氨酯碎石透水结构体铺设在路面上,吸音降噪效果的价值虽不及墙面,但是在宁静的绿色环境中,夜晚的安静环境中,它的吸音降噪的效果对环境很有帮助。(3)聚氨酯砾石透水路面如前所述,不透水路面会影响地表的生态系统。聚氨酯碎石透水路面能将地表水分滤至地下水,帮助水生态恢复正常循环,有助缓解地面下沉的压力,恢复城市生态系统的平衡。2、同颜色、图案的设计聚氨酯碎石透水路面展现出天然彩石的丰富本色,通过不同的设计调配,可以长久展现的艺术效果。一方面,它采用不同颜色的石料来设计可以得到不同颜色或图案的路面(图3),施工时通过调配,就可以像真石漆一样呈现不同彩石的配合色彩,丰富了路面的视觉效果。另一方面,通过对地面纹理图案的设计处理,可以做出各类图形花纹甚至文字等艺术效果(图4)。这既给项目的设计开发人员提供了广阔的设计规划空间,也能避免产品应用于高端领域时呈现雷同效果。3、聚氨酯砾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为基料。如前所述,聚氨酯同时由柔性链段(即软段)和刚性链段(即硬段)构成。它具有优良的耐磨性、耐油性、弹性好、吸震性能好,步行在聚氨酯碎石透水路面上脚感舒适没有生硬的感觉。同时,专业的施工设计确保聚氨酯碎石透水路面无论在干燥的晴天还是在潮湿的雨天,均有着良好的防滑效果,确保人员顺利通行。五、透水结构层施工聚氨酯碎石透水路面的操作简洁明了,仅需培训建筑工人就可以进行操作。实际施工时,宜在天气良好情形下施工,施工时气温范围建议5℃~30℃,所用的材料设备应保持干燥,表面洁净无灰尘。施工透水结构层应充分压实,可使用辊轴压路机等辅助设备。施工聚氨酯碎石面层则使用长条或平整压实机将表面整平压实(如图5)。施工时,每个工人平均每天可完