CN105463965A

CN105463965A - 一种易恢复和保持透水能力的长寿命透水板

Info

Publication number: CN105463965A
Application number: CN201511012982.7A
Authority: CN
Inventors: 赵筠
Original assignee: Jiangxi Beirong Circular Materials Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Beirong Circular Materials Co Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明公开一种使用水泥基复合材料制作的透水板，采用直通式透水槽或透水孔透水，槽、孔易于通过冲洗、负压抽吸等方法清理堵塞，恢复和长期保持透水能力。所使用的高延性水泥基复合材料、超高性能混凝土，为短纤维增强增韧的韧性水泥基材料，铺装路面不易折断；且这两类材料的抗冻融、耐候性能优良，具有长使用寿命。现有透水砖、透水板产品普遍存在的缺点包括：不抗冻；易折断；树脂基产品不耐候，老化快；孔隙容易堵塞，可导致透水能力大幅度下降，且难以恢复。本发明的透水板，良好地解决了这些问题，在使用性能、工作寿命等方面大幅度超越现有透水铺装产品，广泛适用于各种气候条件下的透水广场、人行道、非机动车道、小区道路和轻载机动车道路。

Description

一种易恢复和保持透水能力的长寿命透水板

技术领域

本发明涉及一种地面、路面透水铺装使用的透水板，尤其是一种易于清理堵塞和恢复透水能力透水板，并且是不易折断和具备优良抗冻融、耐候性能的透水板。

背景技术

在中国住房城乡建设部2014年10月颁布的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》中指出：“透水砖铺装和透水水泥混凝土铺装主要适用于广场、停车场、人行道以及车流量和荷载较小的道路，如建筑与小区道路、市政道路的非机动车道等，…..”。透水砖铺装的优缺点包括：“透水铺装适用区域广、施工方便，可补充地下水并具有一定的峰值流量削减和雨水净化作用，但易堵塞，寒冷地区有被冻融破坏的风险。”

现有的透水砖、板主要为透水混凝土和透水砂浆产品。胶凝材料为水泥（硅酸盐或硫铝酸盐水泥）或树脂（环氧、聚氨酯、丙烯酸树脂等），以不饱和用量或薄层胶凝材料浆体包裹单级配砂、石骨料，将骨料粘结为整体的同时形成一定比例的孔隙，成为砖或板的透水通道。这种随机形成的、无规则的、曲折的透水通道，在自然使用环境中容易被粉尘、泥土、草木碎屑等堵塞，可能导致透水能力大幅度降低，需要经常和及时采用冲洗、负压抽吸方式清理，费工费时、效果常常也不理想。在北方，冬季有雨雪时，这类透水砖、板往往在透水孔隙含水状态受到冰冻，冻胀压力会损伤砖或板的整体性，经历多个冻融循环可能使砖或板出现剥落甚至崩溃。此外，透水铺装的基层经常出现不均匀沉降，会使透水砖或板处于受弯状态，大块砖或板容易折断。树脂基透水砖或板的胶结材料——环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等，受阳光照射和高温（35^oC以上）作用易老化，难以满足基础工程建设要求的耐久性（30～100年）。

针对现有透水砖、板的上述缺点，本发明转换思路，从选用合适材料和改变透水方式两个方面，全面解决上述问题。

透水板耐用耐久解决方案

选用的合适材料有两种，分别为高延性水泥基复合材料（HDCC或ECC）和超高性能混凝土（UHPC）。这两种材料均为短纤维增强、增韧的韧性水泥基复合材料，使有透水槽、孔的透水板实现高抗弯或抗折能力。HDCC具备良好的抗冻融和耐磨性能，UHPC则完全不受冻融损害且具有超高耐磨性能。在自然环境中和正常使用条件下，预期HDCC和UHPC的耐久性分别能够超过50年和100年。因此，使用这两种材料可以制作出耐用耐久的透水板，解决易折断、不抗冻融、不耐磨、不耐候等问题。迄今，HDCC和UHPC材料已经获得许多应用，但尚未用于透水板制造。

高延性水泥基复合材料（HDCC或ECC、HSCC）简介：

上世纪九十年代初，美国密西根大学的V.C.Li教授基于微观断裂力学和纤维桥接理论，使用短切聚乙烯醇（PVA）纤维，制备出了具有多缝开裂和应变硬化行为的水泥基复合材料，成功使水泥基材料实现高断裂韧性和拉伸应变。Li教授将该材料称作ECC（Engineeredcementitiouscomposite），后来被更广泛地称作“高延性水泥基复合材料”（Highductilitycementitiouscomposite，简称HDCC）和“应变硬化水泥基复合材料（Strain-hardeningcement-basedcomposite,简称SHCC）。使用的增强增韧纤维还可以扩展到其它有机（聚合物）纤维如高强高模聚乙烯（PE）纤维、聚酰胺（PA）纤维、聚丙烯晴纤维等，无机纤维如耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维等，以及连续纤维织物。

HDCC是一种具有应变硬化、多缝开裂和高延性等特性的新型纤维增强水泥基复合材料，抗压强度通常在30-70MPa，抗拉强度在3.0-8.0MPa，抗拉极限变形可达到2%以上。目前，HDCC的制备技术已经成熟，并应用在结构节点抗震加固、无缝桥面板和无缝路面板（不透水）等。透水板是HDCC适宜的新应用。

超高性能混凝土（UHPC）简介：

超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete，简称UHPC），因为一般需掺入钢纤维或高强聚合物纤维，也被称作超高性能纤维增强混凝土（Ultra-HighPerformanceFibreReinforcedConcrete，简称UHPFRC）。UHPC不同于传统的高强混凝土（HSC）和钢纤维混凝土（SFRC），也不是传统意义“高性能混凝土（HPC）”的高强化，而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料。UHPC较有代表性的定义或需要具备的特性如下：是一种组成材料颗粒的级配达到最佳的水泥基复合材料；水胶比小于0.25，含有较高比例的微细短钢纤维增强材料；抗压强度不低于150MPa；具有受拉状态的韧性，开裂后仍保持抗拉强度不低于5MPa（法国要求7MPa）；内部具有不连通孔结构，有很高抵抗气、液体浸入的能力，与传统混凝土和高性能混凝土（HPC）相比，耐久性可大幅度提高。

UHPC属于现代先进材料，创新了水泥基材料（混凝土或砂浆）与纤维、钢材（钢筋或高强预应力钢筋）的复合模式，大幅度提高了纤维和钢筋在混凝土中的强度利用效率，使水泥基结构材料的全面性能发生了跨越式进步。使用UHPC可以建造轻质高强和高韧性的结构，彻底改变混凝土结构“肥梁胖柱”状态；其结构所拥有的耐久性和工作寿命，远远超越钢、铝、塑料等其它所有结构材料。目前的研究认为，在自然环境中（除重化学腐蚀环境外）UHPC材料的工作寿命至少100年。日本规范中，UHPC结构的基准工作寿命为100年。透水板也是UHPC适宜的新应用，特别是铺装机动车道的透水板。

透水板透水能力恢复保持方案

在透水板上设计制作透水槽或透水孔，直线（垂直或斜向）穿透整个透水板厚度作为透水通道。透水槽宽度或透水孔尺寸以不影响地面、路面交通为准，符合相关人行道、机动车道规范对接缝宽度的要求。透水槽或透水孔水平总面积占透水板总面积的5%～40%，保证有足够的透水通道和快速排水能力。

直线通透的透水槽或透水孔，有较高的雨水径流速率，可以带走进入透水槽、孔的粉尘类物质；进入透水槽、孔的泥土、草木碎屑，以及附着的微生物等，则可通过冲刷、负压抽吸等方法清理，恢复透水能力。

板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度可为较大面积的镂空区，作为地面、路面快速排水和水下渗过程之间的储水空间。

如果要利用透水板过滤雨水，可在透水板透水槽或透水孔中填充适宜细度的砂子作为过滤介质。这样的优点在于，砂子可以定期抽取出来清洗或更换，确保透水板的透水能力和过滤效果。

现有技术的实现方案

现有透水铺装材料主要分为：透水砖或板产品、现场铺设水泥透水混凝土路面和现场铺设沥青透水混凝土路面。其中，现场铺设水泥或沥青混凝土主要用于轻载机动车和非机动车道路；透水砖或板产品主要用于广场、人行道、非机动车道、小区道路等。

透水砖或板产品又分为烧结砖、水泥基砖或板（水泥透水混凝土或砂浆）、树脂基透水砖或板（环氧、聚氨酯、丙烯酸等胶结砂或石）。多数水泥基和树脂基透水砖、板，由透水砂浆装饰面层和透水混凝土基层复合而成。

上述所有透水铺装材料，透水通道均为环绕砂、石随机形成的、无规则的、曲折的孔隙。长期的应用显示，这样的透水通道容易被粉尘、泥土、草木碎屑或其它杂物堵塞，导致透水能力逐步下降。通过冲洗、负压抽吸等养护方法，可以清除靠近表面的堵塞物，但难以显著恢复透水能力。

上述水泥基透水砖、板应用较多，因为造价较低，但抗折强度低，容易折断和堵塞，耐用性差。另外，其抗冻融性的耐久性差，不适合北方使用。

上述树脂基透水砖、板，树脂砂浆面层美观，滤水作用好，但造价较高，并且树脂的耐候性差，露天使用易老化，工作寿命有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于恢复和保持透水能力、耐用、耐久耐候的透水板，适用于各种气候环境条件下的透水地面、路面铺装。

本发明的技术方案为：一种易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，该透水板上均匀分布有的透水槽或透水孔，透水孔穿透整个透水板。

该透水板上均匀分布有的透水槽和透水孔，透水孔穿透整个透水板。

透水槽或透水孔的水平截面积总和占透水板水平表面总面积的5～40%；相对于透水板水平表面平面，透水槽或透水孔的方向为垂直直线或斜线；透水槽在透水板表面平面上为直线、折线或曲线。

透水板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度为镂空区，作为地面、路面快速排水和水下渗过程之间的储水空间。

透水板采用水泥基复合材料，具备高韧性、高耐久和高耐候性能，选用高延性水泥基复合材料和超高性能混凝土。

高延性水泥基复合材料包括聚合物纤维或耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维，以及连续纤维织物增强、增韧的水泥砂浆和净浆。

超高性能混凝土包括钢纤维或聚合物纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维增强、增韧的超高强混凝土或砂浆。

其透水槽或透水孔可以填充适宜细度的砂子，作为雨水过滤介质。砂子定期抽取出来清洗或更换，确保透水板的透水能力和过滤效果。

透水板上表面成型制作3～5mm厚度的表面凹凸纹理图案层，美化透水板，同时提高表面防滑性能。

透水板的颜色为灰色、白色和彩色。

本发明的优点在于：使用两种韧性耐久水泥基复合材料制作、采用直通式透水槽或透水孔透水，很好地保障了透水板的基本使用功能，即透水能力易恢复和长期保持；保证了透水板耐用耐久性能，大幅度提高透水铺装材料的使用寿命；透水板透水槽或透水孔可以进行雨水过滤，过滤介质砂可清洗、可更换，保证了长期透水和过滤效果。采用高延性水泥基复合材料（HDCC）制作的透水板，造价适中，但具有较高的性价比。采用超高性能混凝土（UHPC）制作的透水板，虽然造价较高，但其超过百年的使用寿命，使其具有相对低的寿命周期成本。本发明的透水板在使用性能、工作寿命等方面大幅度超越现有透水铺装产品，广泛适用于各种气候环境条件下广场、人行道、非机动车道、小区道路和轻载机动车道路的透水铺装，是透水铺装更新换代、市场潜力巨大的产品。

本发明制作的透水板，可以很好地解决上述透水砖、板应用中遇到的问题。其中，采用高延性水泥基复合材料（HDCC）制作的透水板，造价适中，但具有较高的性价比。采用超高性能混凝土（UHPC）制作的透水板，虽然造价较高（低于树脂基产品），但其超过百年的使用寿命，使其具有相对低（低于所有其它产品）的寿命周期成本。

本发明的透水板是创新型产品，在使用性能、工作寿命等方面大幅度超越现有透水铺装产品，是透水铺装更新换代、市场潜力巨大的产品。

附图说明

图1为本发明透水板的俯视、正视剖面和右视剖面示意图，其透水通道为垂直直线型透水槽；

图2为本发明透水板的俯视、正视剖面和右视剖面示意图，其透水通道为斜向圆形透水孔；

图3为本发明透水板的俯视、正视剖面和右视剖面示意图，其透水通道为垂直十字形透水孔；

图4为本发明透水板的俯视、正视剖面和右视剖面示意图，其透水通道为垂直折线型透水槽；

图5为本发明透水板的俯视、正视剖面和右视剖面示意图，其透水通道为垂直曲线型透水槽;

图6为本发明透水板的俯视、仰视和右视剖面示意图，其透水通道为垂直直线型透水槽，板垂直方向距下表面一半厚度有矩形镂空区;

图7为本发明透水板的俯视、仰视和右视剖面示意图，其透水通道为垂直直线型透水槽，板垂直方向距下表面一半厚度有椭圆形镂空区。

附图标号说明：

1-透水板，11-表面凹凸纹理图案层，12-垂直直线型透水槽，13-斜向圆形透水孔，14-垂直十字形透水孔，15-垂直折线型透水槽，16-垂直曲线型透水槽，17-矩形镂空区，18-椭圆形镂空区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

针对透水板应用环境条件，以及现有透水产品遇到的不耐用不耐久问题，选用两种合适材料——高延性水泥基复合材料（HDCC或ECC）和超高性能混凝土（UHPC）来制作透水板。这两种材料均为短纤维增强、增韧的韧性水泥基复合材料，使有透水槽、孔的透水板实现高抗弯或抗折能力，可以制作较大尺寸的透水板。HDCC具备良好的抗冻融和耐磨性能，UHPC则完全不受冻融损害且具有超高耐磨性能。在自然环境中和正常使用条件下，预期HDCC和UHPC的耐久性分别能够超过50年和100年。

针对透水通道易被堵塞的问题，在透水板上设计制作直线、折线或曲线透水槽12、15、16或透水孔13、14，直线（垂直或斜向）穿透整个透水板厚度作为透水通道。透水槽或透水孔水平总面积占透水板总面积的5%～40%（图1-图5），保证有足够的直接透水通道和快速排水能力。直线通透的透水槽或透水孔，有较高的雨水径流速率，可以带走进入透水槽、孔的粉尘类物质；进入透水槽、孔的泥土、草木碎屑，以及附着的微生物等，则可通过冲刷、负压抽吸等方法清理，恢复和保持透水能力。

板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度可为较大面积的镂空区17、18，作为地面、路面快速排水和水下渗过程之间的储水空间。

在透水板透水槽、孔中填充适宜细度的砂子作为过滤介质，可利用透水板过滤雨水。这样的优点在于，砂子可以定期抽取出来清洗或更换，确保透水板的透水能力和过滤效果。

透水板表面成型制作3～5mm厚度的表面凹凸纹理图案层11，美化透水板，同时提高表面防滑性能。也可以制作彩色透水板。

实施例1

本实施例使用高延性水泥基复合材料（HDCC）制作透水板，对应图1-图3所示矩形透水板，透水槽或透水孔面积在10%～20%范围。其中，图1透水通道为垂直直线型透水槽12，图2透水通道为斜向圆形透水孔13，图3透水通道为垂直十字形透水孔14。

对高延性水泥基复合材料（HDCC）的要求为：聚乙烯醇纤维增强增韧HDCC，标准养护（20^oC、湿度不小于95%）28天抗折强度不低于10MPa（40x40x160mm试件、3点抗折）、抗压强度不低于50MPa（40x40x160mm试件）。

HDCC透水板制作方法：制作模型；将原材料水泥、粉煤灰、细砂、高效减水剂、聚乙烯醇短切纤维和水拌和，搅拌均匀，所制备的HDCC拌和物具有较好工作性，适合砂浆泵输送；将HDCC拌和物泵送注入模型；HDCC透水板成型后，带模保湿静置，直至HDCC达到脱模强度（抗压强度约30MPa），脱模；继续进行保湿养护，直至HDCC抗压强度达到50MPa，得到HDCC透水板成品。

实施例2

本实施例使用超高性能混凝土（UHPC）制作透水板，对应图4-图7所示矩形透水板，透水槽面积在10%～40%范围。其中，图4透水通道为垂直折线型透水槽15；图5透水通道为垂直曲线型透水槽16；图6透水通道为垂直直线线型透水槽12,垂直方向距下表面一半厚度有矩形镂空区17；图7透水通道为垂直直线线型透水槽（12），垂直方向距下表面一半厚度有椭圆形镂空区18。

对超高性能混凝土（UHPC）的要求为：钢纤维增强增韧UHPC，标养28天抗折强度不低于15MPa（100x100x400mm试件、3点抗折）、抗压强度不低于150MPa（100mm立方试件）。

UHPC透水板制作方法：制作模型；将原材料水泥、硅灰、超细石英粉、砂、高效减水剂、微细钢纤维和水拌和，搅拌均匀，所制备的UHPC拌和物具有自密实性能；低频震动模型的同时，将UHPC拌和物灌入模型；UHPC透水板成型后，保湿养护直至达到脱模强度（抗压强度约30MPa），脱模；然后继续保湿养护至抗压强度达到130MPa，得到UHPC透水板成品。

Claims

1.一种易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：该透水板（1）上均匀分布有的透水槽（12、15、16）或透水孔（13、14），透水孔穿透整个透水板。

2.根据权利要求1所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：该透水板（1）上均匀分布有的透水槽（12、15、16）和透水孔（13、14），透水孔穿透整个透水板。

3.根据权利要求1或2所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：透水槽或透水孔的水平截面积总和占透水板水平表面总面积的5～40%；相对于透水板水平表面平面，透水槽（12、15、16）或透水孔（13、14）的方向为垂直直线或斜线；透水槽（12、15、16）在透水板表面平面上为直线、折线或曲线。

4.根据权利要求1或2所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：透水板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度为镂空区（17、18）。

5.根据权利要求1或2所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：透水板采用水泥基复合材料，选用高延性水泥基复合材料和超高性能混凝土。

6.根据权利要求5所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：高延性水泥基复合材料包括聚合物纤维或耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维，以及连续纤维织物增强、增韧的水泥砂浆和净浆。

7.根据权利要求5所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：超高性能混凝土包括钢纤维或聚合物纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维增强、增韧的超高强混凝土或砂浆。

8.根据权利要求1或2所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：透水板的透水槽（12、15、16）或透水孔（13、14）填充适宜细度的砂子，作为雨水过滤介质。

9.根据权利要求1或2所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：透水板上表面成型制作3～5mm厚度的表面凹凸纹理图案层（11）。

10.根据权利要求1或2所述的易恢复和保持透水能力的长寿命透水板，其特征在于：透水板的颜色为灰色、白色和彩色。