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實驗室副主任蘇雨明先生在會上發表了題為《透水鋪裝的控流截污及在海綿城市中的應用》的精彩演講。他詳細介紹了透水類鋪裝的分類，并就每一類的外觀、結構和透水效果等優缺點做了分析，同時針對每一類材料介紹了相關應用案例。此外還分享了透水鋪裝的控流截污試驗研究成果，并對國內外磚材料的一些最新研究進展和趨勢進行了介紹。

美國水資源工程師院資格工程師、硅砂資源利用國家重點實驗室副主任蘇雨明

　　1 透水類鋪裝的分類和應用案例

　　“海綿城市”是指城市像海綿一樣，下雨的時候能把水留住，干旱的時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。海綿城市建設其中很重要的一個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現的。普通磚材料的磚，比如水泥材料、粘土燒結材料還有一些橡膠材料都可以。一般通過側面突起或者底下定位的卡槽，保持磚與磚之間縫隙。縫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計，如PAVEDRAIN（普潤）公司的產品，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目海綿小區示范點中有應用。磚縫透水的磚技術簡單也容易生產，但縫隙容易進土長草，維護起來比較麻煩。因為磚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品之一。生產需要嚴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。國內透水瀝青的新技術和新產品也很多，上海格林路得的蘇州運河風光帶項目，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，透水水泥材料生產也需要嚴格的骨料控制，固化過程的用水量和壓實也比較關鍵，對固化時候的環境條件要求也比較高一些，以保持同時具有足夠的孔隙和材料強度。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），初始建設成本會比普通水泥要高，但長期的環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，美國幾個北方地區的項目的冬季表面剝離破損比較嚴重，近年來水泥材料行業針對這個問題在配方方面優化研究，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、網格狀等，厘米級別的大孔中間填土種草，鋪設在地面上有很好的穩固性，能經受行人、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）做成一個網格和格柵，生產成本比和運輸成本都較低，安裝時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展，結合很多廠家在土壤沖刷侵蝕方面的研究基礎，現在產品也有很多了。

　　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，和現鋪透水水泥類似但材料是預制的，在可控的工廠環境生產，可以有比較好的環境因素的控制，不受安裝場地氣候的影響，這就是在廠里預制生產的優勢。在中國生產的傾向于規格尺寸比較小的磚，在美國更常見的是做成比較大的預制透水水泥板，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地，但是如果石子骨料太細，技術上需要解決好“既能把細小的骨料粘結好，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，在高溫燒結過程中保留了陶瓷顆粒間的孔結構，因此可以吸水和透水。中國是陶瓷生產大國，陶瓷透水磚技術比美國好。美國陶瓷透水磚的生產和使用都很少，且還有一些是中國出口美國的產品。

　　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，分散。此外，沙子資源基本是免費，要多少有多少。生產好砂基透水磚需要若干核心技術支持，第一是預覆膜技術，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，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的親水性能。沙子本身是弱親水物質，經過二次覆膜后，讓它有一層微納結構，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技術關鍵點，以保證砂基透水磚的表面孔隙在50-100μm左右，且孔隙聯通，孔型圓潤，表面光滑。這個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。這種免燒結的工藝對環境也更友好。

　　奧運水立方、北京園博會、國家科技部、上海世博會中國館等項目都有砂基透水磚的應用。

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

　　當項目鋪裝的面積比較大的時候，類似透水水泥和瀝青的現鋪技術就更有突出優勢了。最近兩年，實驗室在砂基透水磚的基礎上，研制的一個新技術，是把預覆膜的硅砂散料和固化劑等運到場地，采用現鋪工藝現場鋪設透水路面，運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鋪路面。砂基的材料細膩，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。

　　從環境角度來說，硅砂透水材料透水可以削峰滯流并回補地下水；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，還有很好的蒸發性能，可以緩解廣場的熱島效應。

　　與全表面透水的透水磚類似，國外的現鋪透水路面技術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。比較大的有BASF公司的ElastoPave和FilterPave品牌的現鋪材料，類似國內也有聚氨酯類石子現鋪材料。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驗室研究

　　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。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），這樣可以在維護時候被清掃走。而不是像大多數透水瀝青、透水水泥，其孔形不規則且尖銳，污染物更多的是嵌入材料本身更容易引起難以恢復的堵塞（Deep bed filtration）。

　　微米級透水有一個的優勢，是污染去除效果要比大孔隙透水好。介紹剛剛完成的一個控流截污的試驗。在實驗室環境下做兩個試驗箱，按照實際的砂基透水磚鋪裝安裝進行裝填和鋪裝，然后采集雨水徑流進行人工降雨，對透水磚的雨水水量水質的控制效果進行研究。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，去除率高于大多數美國對透水類鋪裝的研究報道。還分別跟蹤測試了顆粒和離子態的金屬污染物，發現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到了99.6%~99.8%；離子態金屬也有一定的去除率，比如離子態金屬鋅去除率也能達了90%左右。

　　總的來講，材料表現出了很好水量和水質控制效果，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果要高。

　　3 磚材料最新研究進展

　　介紹幾種比較新型的生態環保磚材料。介紹前先要說一句，磚本身是一種可以重復利用的建筑材料，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境友好的一些項目中，有的時候專門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品，特別是近幾年，政策鼓勵下，在高速發展中，是很有前途的一個方向。新產品還比如英國公司生產的一些磚，通過用再生材料，改進工藝，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年英國的一個發明，通過磚上下兩面的溫度差來發電。

　　從2014-2015年開始，硅砂資源利用國家重點實驗室有一個研究，是在現有砂基透水磚最靠外的1-2毫米的面砂上，進行光觸媒覆膜。也就是在前面介紹的二次覆膜技術的基礎上，再進行第三次覆膜，從而可以在光照下吸收電子產生強氧化作用，破壞病毒和細菌結構，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，如說醫院、學校、廣場鋪裝等，結合現在海綿城市項目，可以聯系實驗室做進一步的現場安裝試驗。

　　4 結語

　　透水鋪裝是海綿城市建設的一個重要措施，在中國有大量使用。前面大致分了7個大類介紹了一下。其中的全表面透水磚，中國在此方面處于領先地位，也在城市建設中有廣泛的應用。微米級別孔隙的砂基透水磚，還有現鋪的砂基透水路面，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，新的材料和新的應用出現。一些跨學科的新技術也在不斷涌現出來，是一個活躍的領域。