9月16日，河北省第四届（邯郸）园林博览会盛大开幕。17日上午召开健康宜居与韧性城市主题论坛，美国水资源工程师院资格工程师、硅砂资源利用国家重点实验室副主任苏雨明先生在会上发表了题为《透水铺装的控流截污及在海绵城市中的应用》的精彩演讲。他详细介绍了透水类铺装的分类，并就每一类的外观、结构和透水效果等优缺点做了分析，同时针对每一类材料介绍了相关应用案例。此外还分享了透水铺装的控流截污试验研究成果，并对国内外砖材料的一些最新研究进展和趋势进行了介绍。

美国水资源工程师院资格工程师、硅砂资源利用国家重点实验室副主任苏雨明

　　1 透水类铺装的分类和应用案例

　　“海绵城市”是指城市像海绵一样，下雨的时候能把水留住，干旱的时候能把水缓慢释放出来。海绵城市的六字方针为渗、滞、蓄、净、用、排。海绵城市建设其中很重要的一个措施就是透水类铺装。透水类铺装涵盖范围很广，大致可以分为：1) 砖缝透水砖；2) 透水沥青；3) 透水水泥；4) 植草砖；5) 塑料格栅；6）全表面透水砖；7）其他现铺透水路面等。

　　1.1 砖缝透水砖（Permeable interlocking pavers）

　　这类砖本身材料并不透水，透水是靠砖之间的缝隙来实现的。普通砖材料的砖，比如水泥材料、粘土烧结材料还有一些橡胶材料都可以。一般通过侧面突起或者底下定位的卡槽，保持砖与砖之间缝隙。缝隙填入石子或也有留空的，美国一般要求缝隙小于1.3cm。一些此类砖还可以有透水蓄水一体的设计，如PAVEDRAIN（普润）公司的产品，砖下半部分的拱形空间里还可以蓄水，在武汉的潘庙新家园项目海绵小区示范点中有应用。砖缝透水的砖技术简单也容易生产，但缝隙容易进土长草，维护起来比较麻烦。因为砖本身没有任何过滤功能，缝隙大，所以污染物去除能力差。

　　1.2 透水沥青（Pervious / porous asphalt）

　　透水沥青是比较早的透水类产品之一。生产需要严格控制使用的骨料的直径范围，保证石子之间粘合并有缝隙。国内透水沥青的新技术和新产品也很多，上海格林路得的苏州运河风光带项目，使用的就是采用新型粘贴剂的彩色透水沥青，景观效果和环境效益都很好。

　　1.3 透水水泥 （Pervious / porous concrete）

　　类似的，透水水泥材料生产也需要严格的骨料控制，固化过程的用水量和压实也比较关键，对固化时候的环境条件要求也比较高一些，以保持同时具有足够的孔隙和材料强度。材料单位体积成本比普通水泥略高，且厚度美国一般需要至少6英寸（普通水泥4英寸），初始建设成本会比普通水泥要高，但长期的环境效益等因素考虑好于普通铺装。透水水泥的透水速度还是很好的。一些透水水泥比较怕盐和除雪剂，抗冻融性能差，美国几个北方地区的项目的冬季表面剥离破损比较严重，近年来水泥材料行业针对这个问题在配方方面优化研究，有一些改善。

　　1.4 植草砖（Concrete grid pavers）

　　植草砖常见的是由水泥等材料制成的，可以是井字形、背心形、8字形、网格状等，厘米级别的大孔中间填土种草，铺设在地面上有很好的稳固性，能经受行人、车辆的辗压，绿草的根部是生长在植草砖下面和孔格里，因此草根不会受到伤害。除了植草，也可在中间填充石子。

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

　　用塑料类的材料（或土工材料）做成一个网格和格栅，生产成本比和运输成本都较低，安装时候在中间填入石子或者植草。简单高效，使用效果也还不错。伴随着土工材料的发展，结合很多厂家在土壤冲刷侵蚀方面的研究基础，现在产品也有很多了。

　　1.6 全表面透水砖 （Pervious bricks）

　　这一类材料其本身是可以透水的。它还可以大概分为四类：透水水泥砖、透水石子砖、陶瓷透水砖、和砂基透水砖。

　　第一类透水水泥砖，和现铺透水水泥类似但材料是预制的，在可控的工厂环境生产，可以有比较好的环境因素的控制，不受安装场地气候的影响，这就是在厂里预制生产的优势。在中国生产的倾向于规格尺寸比较小的砖，在美国更常见的是做成比较大的预制透水水泥板，透水速度是非常高的。

　　第二类透水石子砖，把石子等颗粒物作为骨料，用高分子材料做粘合。砖可以有各种颜色质地，但是如果石子骨料太细，技术上需要解决好“既能把细小的骨料粘结好，又能透水”的难题。美国主流一般最小到几毫米粒径的小石子的级别。

　　第三类陶瓷透水砖，在高温烧结过程中保留了陶瓷颗粒间的孔结构，因此可以吸水和透水。中国是陶瓷生产大国，陶瓷透水砖技术比美国好。美国陶瓷透水砖的生产和使用都很少，且还有一些是中国出口美国的产品。

　　第四类砂基透水砖，砂基透水砖用的是沙漠中的沙子。沙子表面自由能低，颗粒比较细，分散。此外，沙子资源基本是免费，要多少有多少。生产好砂基透水砖需要若干核心技术支持，第一是预覆膜技术，增加骨料物理性能和圆润度；第二是二次覆膜和表面改性技术，添加亲水添加剂，且增加材料的微表面粗糙度，有利于材料总体表现的亲水性能。沙子本身是弱亲水物质，经过二次覆膜后，让它有一层微纳结构，可以更亲水，增加透水，吸水和保水的功能。

　　最后，砂基透水砖的成形工艺也是一个技术关键点，以保证砂基透水砖的表面孔隙在50-100μm左右，且孔隙联通，孔型圆润，表面光滑。这个过程除了使用特殊的粘合剂外，用量，压力过程及成型工艺也很考究，把两次覆膜的散沙通过特别的震动挤压成最后的透水砖。这种免烧结的工艺对环境也更友好。

　　奥运水立方、北京园博会、国家科技部、上海世博会中国馆等项目都有砂基透水砖的应用。

　　1.7 其他现铺透水材料（Cast-in-place pervious/porous pavers）

　　当项目铺装的面积比较大的时候，类似透水水泥和沥青的现铺技术就更有突出优势了。最近两年，实验室在砂基透水砖的基础上，研制的一个新技术，是把预覆膜的硅砂散料和固化剂等运到场地，采用现铺工艺现场铺设透水路面，运输和人工成本都更低也更具有竞争力。

　　2019年，在北京的世界园林博览会中国馆广场，就是采用的砂基透水现铺路面。砂基的材料细腻，还可以通过使用不同颜色的覆膜砂组合，铺出不同形状和图案，景观效果十分好。

　　从环境角度来说，硅砂透水材料透水可以削峰滞流并回补地下水；材料具有微米级孔隙滤水，可以减少雨水径流的污染；材料透气和保水，还有很好的蒸发性能，可以缓解广场的热岛效应。

　　与全表面透水的透水砖类似，国外的现铺透水路面技术其骨料还主要还是小石子级别的比较粗，还不能做到沙子这么细。比较大的有BASF公司的ElastoPave和FilterPave品牌的现铺材料，类似国内也有聚氨酯类石子现铺材料。除了石子外，骨料也可使用一些废玻璃、废轮胎等再生材料。

　　2 透水铺装的控流截污实验室研究

　　前面介绍的砂基透水材料，是微米级别透水的。要控制好孔径分布、通孔率，以及孔形状等参数。砂基透水砖使用均匀的沙粒，并保持圆润且直径近似的孔隙，这样很多灰尘和雨水中的颗粒污染物都会截留在材料的表面（Cake filtration），这样可以在维护时候被清扫走。而不是像大多数透水沥青、透水水泥，其孔形不规则且尖锐，污染物更多的是嵌入材料本身更容易引起难以恢复的堵塞（Deep bed filtration）。

　　微米级透水有一个的优势，是污染去除效果要比大孔隙透水好。介绍刚刚完成的一个控流截污的试验。在实验室环境下做两个试验箱，按照实际的砂基透水砖铺装安装进行装填和铺装，然后采集雨水径流进行人工降雨，对透水砖的雨水水量水质的控制效果进行研究。研究表明，砂基透水铺装和原土孔隙有很高的透水性能，减少径流和削峰促渗回补地下水作用显著。此外，有很多污染物都可以通过透水砖体系有很好的去除，详见下表，去除率高于大多数美国对透水类铺装的研究报道。还分别跟踪测试了颗粒和离子态的金属污染物，发现不只是颗粒状的金属污染物得到了很好的去除，比如金属锌去除率达到了99.6%~99.8%；离子态金属也有一定的去除率，比如离子态金属锌去除率也能达了90%左右。

　　总的来讲，材料表现出了很好水量和水质控制效果，砂基透水砖体系的去除率比大多美国对透水水泥、透水沥青等研究的结果要高。

　　3 砖材料最新研究进展

　　介绍几种比较新型的生态环保砖材料。介绍前先要说一句，砖本身是一种可以重复利用的建筑材料，在美国符合回用要求的砖从回收测试，到再销售和再使用，是有成熟的渠道的。景观师、建筑师或工程师在环境友好的一些项目中，有的时候专门买旧砖来做新的建筑。

　　再生砖可以使用废塑料、废玻璃或废建筑垃圾，还有粉煤灰等。在中国和美国都有很多研究和产品，特别是近几年，政策鼓励下，在高速发展中，是很有前途的一个方向。新产品还比如英国公司生产的一些砖，通过用再生材料，改进工艺，能减少碳排放。前面说的可以透水蓄水的砖，还可以把加热丝和导线安装在砖里面，冬天可以融雪。还有下图是2018年英国的一个发明，通过砖上下两面的温度差来发电。

　　从2014-2015年开始，硅砂资源利用国家重点实验室有一个研究，是在现有砂基透水砖最靠外的1-2毫米的面砂上，进行光触媒覆膜。也就是在前面介绍的二次覆膜技术的基础上，再进行第三次覆膜，从而可以在光照下吸收电子产生强氧化作用，破坏病毒和细菌结构，包括冠状病毒。有对此感兴趣者如能找到合适的示范安装的场地，如说医院、学校、广场铺装等，结合现在海绵城市项目，可以联系实验室做进一步的现场安装试验。

　　4 结语

　　透水铺装是海绵城市建设的一个重要措施，在中国有大量使用。前面大致分了7个大类介绍了一下。其中的全表面透水砖，中国在此方面处于领先地位，也在城市建设中有广泛的应用。微米级别孔隙的砂基透水砖，还有现铺的砂基透水路面，有很好的污染物去除效果，也可以削峰滞流、促渗地下水。

　　砖作为建设材料的历史很长久，且依然不断有很多新的理念，新的材料和新的应用出现。一些跨学科的新技术也在不断涌现出来，是一个活跃的领域。