一種易恢復和保持透水能力的長壽命透水板的制作方法

一種易恢復和保持透水能力的長壽命透水板的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種易恢復和保持透水能力的長壽命透水板，采用直通式透水槽或透水孔，透水槽、孔易于通過沖洗、負壓抽吸等方法清理堵塞，恢復和長期保持透水能力。所使用的高延性水泥基復合材料、超高性能混凝土，為短纖維增強增韌的韌性水泥基材料，鋪裝路面不易折斷；且這兩類材料的抗凍融、耐候性能優良，具有長使用壽命。現有透水磚、透水板產品普遍存在的缺點包括：不抗凍；易折斷；樹脂基產品不耐候，老化快；孔隙容易堵塞，可導致透水能力大幅度下降，且難以恢復。本實用新型的透水板，良好地解決了這些問題，在使用性能、工作壽命等方面大幅度超越現有透水鋪裝產品，廣泛適用于各種氣候條件下的透水廣場、人行道、非機動車道、小區道路和輕載機動車道路。
【專利說明】
一種易恢復和保持透水能力的長壽命透水板
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種地面、路面透水鋪裝使用的透水板，尤其是一種易于清理堵塞和恢復、保持透水能力透水板，并且是不易折斷和具備優良抗凍融、耐候性能的透水板。
【背景技術】
[0002]在中國住房城鄉建設部2014年10月頒布的《海綿城市建設技術指南一一低影響開發雨水系統構建(試行)》中指出:“透水磚鋪裝和透水水泥混凝土鋪裝主要適用于廣場、停車場、人行道以及車流量和荷載較小的道路，如建筑與小區道路、市政道路的非機動車道等，…。透水磚鋪裝的優缺點包括:“透水鋪裝適用區域廣、施工方便，可補充地下水并具有一定的峰值流量削減和雨水凈化作用，但易堵塞，寒冷地區有被凍融破壞的風險。”
[0003]現有的透水磚、板主要為透水混凝土和透水砂漿產品。膠凝材料為水泥(硅酸鹽或硫鋁酸鹽水泥)或樹脂(環氧、聚氨酯、丙烯酸樹脂等)，以不飽和用量或薄層膠凝材料漿體包裹單級配砂、石骨料，將骨料粘結為整體的同時形成一定比例的孔隙，成為磚或板的透水通道。這種隨機形成的、無規則的、曲折的透水通道，在自然使用環境中容易被粉塵、泥土、草木碎肩等堵塞，可能導致透水能力大幅度降低，需要經常和及時采用沖洗、負壓抽吸方式清理，費工費時、效果常常也不理想。在北方，冬季有雨雪時，這類透水磚、板往往在透水孔隙含水狀態受到冰凍，凍脹壓力會損傷磚或板的整體性，經歷多個凍融循環可能使磚或板出現剝落甚至崩潰。此外，透水鋪裝的基層經常出現不均勻沉降，會使透水磚或板處于受彎狀態，大塊磚或板容易折斷。樹脂基透水磚或板的膠結材料一一環氧樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂等，受陽光照射和高溫(35°C以上)作用易老化，難以滿足基礎工程建設要求的耐久性(30?100年)。
[0004]針對現有透水磚、板的上述缺點，本實用新型轉換思路，從選用合適材料和改變透水方式兩個方面，全面解決上述問題。
[0005]透水板耐用耐久解決方案
[0006]選用的合適材料有兩種，分別為高延性水泥基復合材料(HDCC或ECC)和超高性能混凝土(UHPC)。這兩種材料均為短纖維增強、增韌的韌性水泥基復合材料，使有透水槽、孔的透水板實現高抗彎或抗折能力。HDCC具備良好的抗凍融和耐磨性能，UHPC則完全不受凍融損害且具有超高耐磨性能。在自然環境中和正常使用條件下，預期HDCC和UHPC的耐久性分別能夠超過50年和100年。因此，使用這兩種材料可以制作出耐用耐久的透水板，解決易折斷、不抗凍融、不耐磨、不耐候等問題。迄今，HDCC和UHPC材料已經獲得許多應用，但尚未用于透水板制造。
[0007]高延性水泥基復合材料(HDCC或ECC、HSCC)簡介:
[0008]上世紀九十年代初，美國密西根大學的V.C.Li教授基于微觀斷裂力學和纖維橋接理論，使用短切聚乙烯醇(PVA)纖維，制備出了具有多縫開裂和應變硬化行為的水泥基復合材料，成功使水泥基材料實現高斷裂韌性和拉伸應變。Li教授將該材料稱作ECC(Engineered cementit1us composite)，后來被更廣泛地稱作“高延性水泥基復合材料”(High ductility cementit1us composite，簡稱HDCC)和“應變硬化水泥基復合材料(Strain-hardening cement-based composite,簡稱SHCC)。使用的增強增韌纖維還可以擴展到其它有機(聚合物)纖維如高強高模聚乙烯(PE)纖維、聚酰胺(PA)纖維、聚丙烯晴纖維等，無機纖維如耐堿玻璃纖維、玄武巖纖維等，以及連續纖維織物。
[0009]HDCC是一種具有應變硬化、多縫開裂和高延性等特性的新型纖維增強水泥基復合材料，抗壓強度通常在30_70MPa，抗拉強度在3-8MPa，抗拉極限變形最高可達5%。目前，HDCC的制備技術已經成熟，并應用在結構節點抗震加固、無縫橋面板和無縫路面板(不透水)等。透水板是HDCC適宜的新應用。
[0010]超高性能混凝土 (UHPC)簡介:
[0011 ]超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，簡稱UHPC)，因為一般需摻入鋼纖維或高強聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強混凝土(Ultra-HighPerformance Fibre Reinforced Concrete，簡稱UHPFRC) dUHPC不同于傳統的高強混凝土(HSC)和鋼纖維混凝土(SFRC)，也不是傳統意義“高性能混凝土(HPC)”的高強化，而是性能指標明確的新品種水泥基結構工程材料。UHPC較有代表性的定義或需要具備的特性如下:是一種組成材料顆粒的級配達到最佳的水泥基復合材料;水膠比小于0.25，含有較高比例的微細短鋼纖維增強材料;抗壓強度不低于150MPa;具有受拉狀態的韌性，開裂后仍保持抗拉強度不低于5MPa(法國要求7MPa);內部具有不連通孔結構，有很高抵抗氣、液體浸入的能力，與傳統混凝土和高性能混凝土(HPC)相比，耐久性可大幅度提高。
[0012]UHPC屬于現代先進材料，創新了水泥基材料(混凝土或砂漿)與纖維、鋼材(鋼筋或高強預應力鋼筋)的復合模式，大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強度利用效率，使水泥基結構材料的全面性能發生了跨越式進步。使用UHPC可以建造輕質高強和高韌性的結構，徹底改變混凝土結構“肥梁胖柱”狀態;其結構所擁有的耐久性和工作壽命，遠遠超越鋼、鋁、塑料等其它所有結構材料。目前的研究認為，在自然環境中(除重化學腐蝕環境外)UHPC材料的工作壽命至少100年。日本規范中，UHPC結構的基準工作壽命為100年。透水板也是UHPC適宜的新應用，特別是鋪裝機動車道的透水板。
[0013]透水板透水能力恢復保持方案
[0014]在透水板上設計制作透水槽或透水孔，直線(垂直或斜向)穿透整個透水板厚度作為透水通道。透水槽寬度或透水孔尺寸以不影響地面、路面交通為準，符合相關人行道、機動車道規范對接縫寬度的要求。透水槽或透水孔水平總面積占透水板總面積的5%?40%，保證有足夠的透水通道和快速排水能力。
[0015]直線通透的透水槽或透水孔，有較高的雨水徑流速率，可以帶走進入透水槽、孔的粉塵類物質;進入透水槽、孔的泥土、草木碎肩，以及附著的微生物等，則可通過沖刷、負壓抽吸等方法清理，恢復透水能力。
[0016]板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度可為較大面積的鏤空區，作為地面、路面快速排水和水下滲過程之間的儲水空間。
[0017]如果要利用透水板過濾雨水，可在透水板透水槽或透水孔中填充適宜細度的砂子作為過濾介質。這樣的優點在于，砂子可以定期抽取出來清洗或更換，確保透水板的透水能力和過濾效果。
[0018]現有技術的實現方案
[0019]現有透水鋪裝材料主要分為:透水磚或板產品、現場鋪設水泥透水混凝土路面和現場鋪設瀝青透水混凝土路面。其中，現場鋪設水泥或瀝青混凝土主要用于輕載機動車和非機動車道路;透水磚或板產品主要用于廣場、人行道、非機動車道、小區道路等。
[0020]透水磚或板產品又分為燒結磚、水泥基磚或板(水泥透水混凝土或砂漿)、樹脂基透水磚或板(環氧、聚氨酯、丙烯酸等膠結砂或石)。多數水泥基和樹脂基透水磚、板，由透水砂漿裝飾面層和透水混凝土基層復合而成。
[0021]上述所有透水鋪裝材料，透水通道均為環繞砂、石隨機形成的、無規則的、曲折的孔隙。長期的應用顯示，這樣的透水通道容易被粉塵、泥土、草木碎肩或其它雜物堵塞，導致透水能力逐步下降。通過沖洗、負壓抽吸等養護方法，可以清除靠近表面的堵塞物，但難以顯著恢復透水能力。
[0022]上述水泥基透水磚、板應用較多，因為造價較低，但抗折強度低，容易折斷和堵塞，耐用性差。另外，其抗凍融性的耐久性差，不適合北方使用。
[0023]上述樹脂基透水磚、板，樹脂砂漿面層美觀，濾水作用好，但造價較高，并且樹脂的耐候性差，露天使用易老化，工作壽命有限。

【發明內容】

[0024]本實用新型的目的在于提供一種易于恢復和保持透水能力、耐用、耐久耐候的透水板，適用于各種氣候環境條件下的透水地面、路面鋪裝。
[0025]本實用新型的技術方案為:一種易恢復和保持透水能力的長壽命透水板，透水板上均勻分布的透水槽或透水孔，透水孔穿透整個透水板。
[0026]透水板上均勻分布的透水槽和透水孔，透水孔穿透整個透水板。
[0027]透水槽或透水孔的水平截面積總和占透水板水平表面總面積的5?40%;相對于透水板水平表面平面，透水槽或透水孔的方向為垂直直線或斜線;透水槽在透水板表面平面上為直線、折線或曲線。
[0028]透水板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度可為鏤空區，作為地面、路面快速排水和水下滲過程之間的儲水空間。
[0029]透水槽或透水孔可以填充適宜細度的砂子，作為雨水過濾介質。砂子可以定期抽取出來清洗或更換，確保透水板的透水能力和過濾效果。
[0030]透水板上表面成型制作3?5mm厚度的表面凹凸紋理圖案層，美化透水板，同時提高表面防滑性能。
[0031]透水板顏色為灰色、白色和彩色。
[0032]本實用新型的優點在于:使用兩種韌性耐久水泥基復合材料制作、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，即透水能力易恢復和長期保持；保證了透水板耐用耐久性能，大幅度提高透水鋪裝材料的使用壽命;透水板透水槽或透水孔可以進行雨水過濾，過濾介質砂可清洗、可更換，保證了長期透水和過濾效果。采用高延性水泥基復合材料(HDCC)制作的透水板，造價適中，但具有較高的性價比。采用超高性能混凝土 (UHPC)制作的透水板，雖然造價較高，但其超過百年的使用壽命，使其具有相對低的壽命周期成本。本實用新型的透水板在使用性能、工作壽命等方面大幅度超越現有透水鋪裝產品，廣泛適用于各種氣候環境條件下廣場、人行道、非機動車道、小區道路和輕載機動車道路的透水鋪裝，是透水鋪裝更新換代、市場潛力巨大的產品。
[0033]本實用新型制作的透水板，可以很好地解決上述透水磚、板應用中遇到的問題。其中，采用高延性水泥基復合材料(HDCC)制作的透水板，造價適中，但具有較高的性價比。采用超高性能混凝土 (UHPC)制作的透水板，雖然造價較高(低于樹脂基產品)，但其超過百年的使用壽命，使其具有相對低(低于所有其它產品)的壽命周期成本。
[0034]本實用新型的透水板是創新型產品，在使用性能、工作壽命等方面大幅度超越現有透水鋪裝產品，是透水鋪裝更新換代、市場潛力巨大的產品。
【附圖說明】
[0035]圖1為本實用新型透水板的俯視、正視剖面和右視剖面示意圖，其透水通道為垂直直線型透水槽；
[0036]圖2為本實用新型透水板的俯視、正視剖面和右視剖面示意圖，其透水通道為斜向圓形的透水孔；
[0037]圖3為本實用新型透水板的俯視、正視剖面和右視剖面示意圖，其透水通道為垂直十字形的透水孔；
[0038]圖4為本實用新型透水板的俯視、正視剖面和右視剖面示意圖，其透水通道為垂直折線型透水槽；
[0039]圖5為本實用新型透水板的俯視、正視剖面和右視剖面示意圖，其透水通道為垂直曲線型透水槽。
[0040]圖6為本實用新型透水板的俯視、仰視和右視剖面示意圖，其透水通道為垂直直線線型透水槽，板垂直方向距下表面一半厚度有矩形的鏤空區；
[0041]圖7為本實用新型透水板的俯視、仰視和右視剖面示意圖，其透水通道為垂直直線線型透水槽，板垂直方向距下表面一半厚度有橢圓形的鏤空區。
[0042]附圖標號說明:
[0043]1-透水板，11-表面凹凸紋理圖案層，12-透水槽，13-透水孔，14-透水孔，15-透水槽，16-透水槽，17-鏤空區，18-鏤空區
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0045]針對透水板應用環境條件，以及現有透水產品遇到的不耐用不耐久問題，選用兩種合適材料——高延性水泥基復合材料(HDCC或ECC)和超高性能混凝土 (UHPC)來制作透水板。這兩種材料均為短纖維增強、增韌的韌性水泥基復合材料，使有透水槽、孔的透水板實現高抗彎或抗折能力，可以制作較大尺寸的透水板。HDCC具備良好的抗凍融和耐磨性能，UHPC則完全不受凍融損害且具有超高耐磨性能。在自然環境中和正常使用條件下，預期HDCC和UHPC的耐久性分別能夠超過50年和100年。
[0046]針對透水通道易被堵塞的問題，在透水板上設計制作直線、折線或曲線透水槽12、15、16或透水孔13、14，直線(垂直或斜向)穿透整個透水板厚度作為透水通道。透水槽或透水孔水平總面積占透水板總面積的5%?40% (圖1?圖5)，保證有足夠的直接透水通道和快速排水能力。直線通透的透水槽或透水孔，有較高的雨水徑流速率，可以帶走進入透水槽、孔的粉塵類物質;進入透水槽、孔的泥土、草木碎肩，以及附著的微生物等，則可通過沖刷、負壓抽吸等方法清理，恢復和保持透水能力。
[0047]板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度可為較大面積的鏤空區17、18，作為地面、路面快速排水和水下滲過程之間的儲水空間。
[0048]可在透水板透水槽、孔中填充適宜細度的砂子作為過濾介質，可利用透水板過濾雨水。這樣的優點在于，砂子可以定期抽取出來清洗或更換，確保透水板的透水能力和過濾效果。
[0049]透水板表面成型制作3?5mm厚度的表面凹凸紋理圖案層11美化透水板，同時提高表面防滑性能。也可以制作彩色透水板。
[0050]實施例1
[0051 ]本實施例使用高延性水泥基復合材料(HDCC)制作透水板，對應圖1-圖3所示矩形透水板，透水槽或透水孔面積在10%?20%范圍。其中，圖1透水通道為垂直直線型的透水槽12，圖2透水通道為斜向圓形的透水孔13，圖3透水通道為垂直十字形的透水孔14。
[0052]對高延性水泥基復合材料(HDCC)的要求為:聚乙烯醇纖維增強增韌HDCC，標準養護(20°C、濕度不小于95% )28天抗折強度不低于10MPa(40x40xl60mm試件、3點抗折)、抗壓強度不低于50MPa(40x40xl60mm試件)。
[0053]HDCC透水板制作方法:制作模型；將原材料水泥、粉煤灰、細砂、高效減水劑、聚乙烯醇短切纖維和水拌和，攪拌均勻，所制備的HDCC拌和物具有較好工作性，適合砂漿栗輸送;將HDCC拌和物栗送注入模型;HDCC透水板成型后，帶模保濕靜置，直至HDCC達到脫模強度(抗壓強度約30MPa)，脫模;繼續進行保濕養護，直至HDCC抗壓強度達到50MPa，得到HDCC透水板成品。
[0054]實施例2
[0055]本實施例使用超高性能混凝土(UHPC)制作透水板，對應圖4-圖7所示矩形透水板，透水溝槽面積在10%?40%范圍。其中，圖4透水通道為垂直折線型的透水槽15;圖5透水通道為垂直曲線型的透水槽16;圖6透水通道為垂直直線線型的透水槽12，垂直方向距下表面一半厚度有矩形的鏤空區17;圖7透水通道為垂直直線線型透水槽12，垂直方向距下表面一半厚度有橢圓形的鏤空區18。
[0056]對超高性能混凝土(UHPC)的要求為:鋼纖維增強增韌UHPC，標養28天抗折強度不低于15MPa(100xl00x400mm試件、3點抗折)、抗壓強度不低于150MPa( 10mm立方試件)。
[0057]UHPC透水板制作方法:制作模型；將原材料水泥、硅灰、超細石英粉、砂、高效減水劑、微細鋼纖維和水拌和，攪拌均勻，所制備的UHPC拌和物具有自密實性能;低頻震動模型的同時，將UHPC拌和物灌入模型；UHPC透水板成型后，保濕養護直至達到脫模強度(抗壓強度約30MPa)，脫模;然后繼續保濕養護至抗壓強度達到130MPa，得到UHPC透水板成品。
【主權項】
1.一種易恢復和保持透水能力的長壽命透水板，其特征在于:透水板(I)上均勻分布的透水槽(12、15、16)或透水孔(13、14)，透水孔穿透整個透水板;透水槽或透水孔的水平截面積總和占透水板水平表面總面積的5?40%;相對于透水板水平表面平面，透水槽(12、15、16)或透水孔(13、14)的方向為垂直直線或斜線;透水槽(12、15、16)在透水板表面平面上為直線、折線或曲線；透水板垂直方向距下表面的三分之一至三分之二厚度為鏤空區(17、18);透水槽(12、15、16)或透水孔(13、14)填充砂子，作為雨水過濾介質;透水板上表面成型制作3?5mm厚度的表面凹凸紋理圖案層(11)。
【文檔編號】C04B28/00GK205501766SQ201521121016
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月31日
【發明人】趙筠
【申請人】江西貝融循環材料股份有限公司