廣州市南沙新區(qū)城市道路人行道鋪裝選材研究

馬 躍，王瑞春，李先進(jìn)，卿仁杰，曹新玲，金學(xué)鋒

（1、廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司 廣州510060；2、廣州市南沙區(qū)建設(shè)工程項(xiàng)目代建局 廣州511400；3、廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州510080；4、廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣州510010）

0 引言

人行道是城市道路重要的組成部分，與城市人群的出行密切相關(guān)。廣州市南沙新區(qū)既是國家自主創(chuàng)新區(qū)，也是國家自貿(mào)區(qū)，而且地處粵港澳大灣區(qū)的中心位置，將打造成國際化都市區(qū)，其城市建設(shè)要求也必然會(huì)越來越高。目前區(qū)內(nèi)多用花崗巖、透水磚兩類人行道鋪裝材料。隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高以及海綿城市理念的逐步深入，花崗巖鋪裝材料不宜大范圍使用；而采用的透水磚主要存在產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、尺寸偏小、強(qiáng)度偏低等問題。因此，有必要引入更多種類的人行道鋪裝材料，應(yīng)用于南沙區(qū)的不同區(qū)域，同時(shí)，對(duì)這些材料提出更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，和南沙區(qū)的高定位相匹配。

1 人行道鋪裝材料性能要求及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在選擇人行道鋪裝材料的時(shí)候，技術(shù)要求主要包括尺寸規(guī)格、外觀質(zhì)量、強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度）、防滑性能、耐磨性能等方面［1］。在城市道路設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范中，對(duì)人行道鋪裝材料有明確的技術(shù)指標(biāo)。

《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范：CJJ169-2012》［2］中，對(duì)于普通型混凝土砌塊強(qiáng)度與厚度的規(guī)定如表1、表2 所示。

普通型混凝土砌塊物理性能如下：吸水率≤8%，磨坑長度≤35.0 mm，抗凍性要求經(jīng)25 次凍融試驗(yàn)的外觀質(zhì)量仍符合規(guī)范要求；強(qiáng)度損失不得大于20%。

對(duì)于透水磚，透水系數(shù)是重要的參數(shù)指標(biāo)之一，其相關(guān)的物理性能要求規(guī)定如下［3］。 磨坑長度≤35.0 mm，耐磨性≥1.9，透水等級(jí)（A 級(jí)）≥2.0×10-2，透水等級(jí)（B 級(jí)）≥1.0×10-2，防滑性（BPN）≥60。

《廣州市政府投資項(xiàng)目天然石材應(yīng)用指引》［4］中，對(duì)花崗石的物理力學(xué)性能規(guī)定如下：體積密度≥2.56 g/cm3，吸水率≤0.40%，壓縮強(qiáng)度≥131 MPa，彎曲強(qiáng)度≥8.3 MPa，耐磨性≥25/cm3。

由于廣州市南沙新區(qū)地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風(fēng)海洋氣候，冬季一般較溫暖，材料可以不考慮抗凍性，但抗風(fēng)化性能即材料抵抗干濕變化、酸雨腐蝕等作用的性能也是比較重要的。

表1 普通型混凝土砌塊的強(qiáng)度Tab.1 Strength of Ordinary Concrete Blocks

表2 普通型混凝土砌塊最小厚度Tab.2 Minimum Thickness of Ordinary Concrete Blocks

2 人行道鋪裝材料種類及對(duì)比

常用的人行道鋪裝材料類型有天然石材、仿石材、燒結(jié)磚、透水磚等，近年來，高性能混凝土磚以及高性能透水磚也逐漸興起。

天然石材具有硬度高、耐酸堿、耐摩擦、抗風(fēng)化能力強(qiáng)的特點(diǎn)，外觀色澤持久，尺寸可根據(jù)實(shí)際需求制作。缺點(diǎn)是造價(jià)較高，且不透水，不夠環(huán)保，單塊較重，施工不便，屬于高檔的鋪裝材料。

仿石材模仿大理石、花崗巖等天然石材的表面紋理進(jìn)行加工制造，其物理力學(xué)性能能夠滿足實(shí)際使用要求，造價(jià)較天然石材便宜，通過生產(chǎn)工藝的控制能夠?qū)崿F(xiàn)耐磨、耐污染、耐久的性能，可以在工程應(yīng)用中替代天然石材。其缺點(diǎn)是透水性差，大部分仿石材人行道磚在色澤和紋理上不及天然石材美麗自然柔和。

燒結(jié)磚是以粘土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為原料，經(jīng)成型和高溫焙燒而制得。具有透氣性、吸水性、抗氧化等特點(diǎn)。燒結(jié)磚較為常用的是仿古磚，給人素雅、沉穩(wěn)、古樸、自然的美感，可以在工程中應(yīng)用于一些特定的城市區(qū)域。其缺點(diǎn)是尺寸受限，對(duì)于動(dòng)輒3 m、5 m寬的人行道，不夠大氣，難以保證整體的平整度。

透水磚能通過有效的透水性能，減少城市的徑流量，緩和城市的熱島效應(yīng)，雨天行走較為舒適、防滑，是當(dāng)前人行道鋪裝材料的重要發(fā)展趨勢之一。一般的透水磚可分為面層及主體，面層為耐磨材料層（一般為1 cm 厚），主體為承載層。由于主體采用了透水性結(jié)構(gòu)，孔隙率較大，透水磚的強(qiáng)度、耐久性整體上要低于非透水磚，但隨著近年來工藝上的改進(jìn)和創(chuàng)新，這方面已經(jīng)有了比較大的改善。

高性能混凝土磚采用的是一種新型混凝土材料，相對(duì)普通混凝土其性能有大幅提高，以耐久性作為主要指標(biāo)。針對(duì)不同用途，對(duì)下列性能有重點(diǎn)地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等［5］。高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，并除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。

高性能混凝土透水磚解決了普通透水混凝土磚強(qiáng)度低、耐磨性差等問題，拓寬了透水混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域，使得透水混凝土可直接用于城市道路人行道鋪裝（見表3）。

表3 各類人行道鋪裝材料對(duì)比分析Tab.3 Analysis of Various Pavement Materials for Sidewalks

3 國內(nèi)透水人行道磚生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

透水磚是當(dāng)前人行道鋪裝材料的重要發(fā)展趨勢之一，目前南沙新區(qū)大量采用。通過實(shí)地考察國內(nèi)部分知名企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品，充分了解其生產(chǎn)工藝、材料特點(diǎn)及應(yīng)用情況，為今后南沙新區(qū)的工程應(yīng)用提供參考。

3.1 陶瓷透水磚

陶瓷透水磚是通過陶瓷的生產(chǎn)工藝，將建筑廢瓷、工業(yè)廢瓷及礦渣等生產(chǎn)加工為具備高強(qiáng)、高透水性、抗風(fēng)化、不褪色、耐磨防滑等性能的透水磚。因?yàn)槠洳捎媒ㄖU瓷、工業(yè)廢瓷及礦渣為骨料，屬國家鼓勵(lì)的固廢利用，加之生產(chǎn)時(shí)采用天然氣進(jìn)行加熱和燒制，充分體現(xiàn)了環(huán)保理念。

陶瓷透水磚采用的廢陶瓷顆粒級(jí)配、成型壓力及燒成溫度對(duì)透水磚的透水性能和強(qiáng)度影響顯著［6］，通過對(duì)原料質(zhì)地的挑選、燒制過程的控制，能夠保證產(chǎn)品的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定，使得產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度不低于50 MPa，抗折強(qiáng)度不低于6 MPa，透水系數(shù)達(dá)到3.0×10-2cm/s，同時(shí)具備抗風(fēng)化性、耐磨、防滑等優(yōu)點(diǎn)。

陶瓷透水磚目前在北京、重慶、上海、杭州、廈門、深圳、成都、武漢、西安、鄭州、南昌等各大城市均有應(yīng)用，澳門特別行政區(qū)也在推廣該產(chǎn)品，使用比較廣泛。其造價(jià)大約為265～280 元/m2（見圖1）。

圖1 陶瓷透水磚Fig.1 Ceramic Permeable Brick

3.2 砂基透水磚/現(xiàn)澆砂基濾水路面

砂基透水磚和現(xiàn)澆砂基濾水路面是以硅砂為主要骨料或?qū)用婀橇?，以有機(jī)粘結(jié)劑為主要粘結(jié)材料，經(jīng)免燒成型工藝后制成［7］，達(dá)到高強(qiáng)度、微孔透水、高耐磨的平衡。砂基透水磚和現(xiàn)澆砂基路面具有透水、透氣、耐壓、耐磨、防滑等特性，而且對(duì)地面水具有過濾、凈化的作用，是一種有益于生態(tài)環(huán)保的新型節(jié)能透水產(chǎn)品。

現(xiàn)澆砂基抗壓強(qiáng)度在40～50 MPa，抗折強(qiáng)度可高達(dá)12.5～20 MPa。內(nèi)部孔徑＜1 μm，塵埃無法進(jìn)入透水結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不易堵塞，透水時(shí)效長，后期易維護(hù)。磚面細(xì)膩，色彩豐富，規(guī)格多樣，可塑性強(qiáng)。

砂基透水磚和現(xiàn)澆砂基濾水路面在北京、武漢、深圳、廈門等城市均有應(yīng)用，“承載著世人對(duì)未來之城的夢(mèng)想”的雄安新區(qū)也廣泛采用了砂基透水磚。其造價(jià)大約為250～280 元/m2（見圖2）。

圖2 砂基透水磚和現(xiàn)澆砂基濾水路面Fig.2 Sand-based Permeable Brick and Cast-in-situ Sand Permeable Pavement

3.3 仿石材透水磚

仿石材透水磚采用磚體自透水和邊緣縫隙透水相結(jié)合，磚與磚之間縫隙要大于普通路面磚的縫隙寬度，縫隙中填入粗砂，使其成為雨水下滲的通道，縫隙透水系數(shù)不小于4.0×10-2cm/s，大大增加了鋪裝材料的整體透水性。

生產(chǎn)該產(chǎn)品采用的設(shè)備基礎(chǔ)壓力強(qiáng)度≥150 t，結(jié)合壓制成型激振力55 kN，有效保證產(chǎn)品指標(biāo)滿足抗折強(qiáng)度≥3.5 MPa，抗壓強(qiáng)度≥35 MPa。

仿石材透水磚具有石材的感觀效果、耐磨抗風(fēng)化、色澤持久等特點(diǎn)，能夠很大程度展示人居景觀的效果。

仿石材透水磚在華東、華南沿海城市均有廣泛應(yīng)用。其造價(jià)大約為150～210 元/m2（見圖3）。

3.4 高性能混凝土透水磚

高性能混凝土透水磚以水泥和特殊級(jí)配的骨料為主要原料，摻加適量的化學(xué)外加劑［8］，以高性能混凝土的技術(shù)制作透水材料，具有較理想的連通孔隙，孔隙率達(dá)到30%。雖然孔隙率大，但是透水材料依然可以達(dá)到較高的力學(xué)性能，從而改變現(xiàn)有普通透水材料力學(xué)性能不夠、容易破損的狀況。

圖3 仿石材透水磚Fig.3 Imitation Stone Permeable Brick

高性能混凝土透水磚透水速度快，透水系數(shù)可達(dá)3.0×10-2cm/s，抗折抗壓強(qiáng)度高，其抗折強(qiáng)度可達(dá)到4～6 MPa，耐酸雨腐蝕性能和抗凍性能都較高，易于清洗。

高性能混凝土透水磚在武漢、杭州已有應(yīng)用。其造價(jià)大約為150 元/m2（見圖4）。

圖4 高性能混凝土透水磚Fig.4 High Performance Concrete Permeable Brick

4 國內(nèi)高性能混凝土磚（不透水）生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

高性能混凝土磚（不透水）是采用高強(qiáng)、高韌性、高耐久性、體積穩(wěn)定性良好的水泥基復(fù)合材料［9］生產(chǎn)制成，現(xiàn)有的工藝已經(jīng)可以提高路面磚的強(qiáng)度、質(zhì)感、耐磨性，提高外觀的觀感度、流暢性，增加道路美觀性，并保證施工質(zhì)量。

高性能混凝土磚的高抗壓、高抗折特點(diǎn)，使其可以根據(jù)需要，定制比其他材料人行道磚更大的尺寸。而且同等尺寸下，較天然石材有明顯優(yōu)勢。以500 mm×500 mm的尺寸為例，在相同抗折能力的前提下，高性能混凝土磚的厚度可由原來的大理石的120 mm 減小到50 mm，每塊磚的重量由大理石的84 kg 減小到30 kg，約減少到原來的1/3。通過高性能混凝土人行道磚替代天然石材，能夠節(jié)約資源，具有良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。其造價(jià)大約為180 元/m2（見圖5）。

5 應(yīng)用建議

考慮到廣州市南沙新區(qū)多雨的氣候，并且響應(yīng)目前海綿城市概念的推行，通過產(chǎn)品市場調(diào)研，建議南沙新區(qū)人行道鋪裝選材以新型透水磚材料為主，根據(jù)道路功能類型與周邊地塊功能和需求，合理選擇材料［10］。

圖5 高性能混凝土磚Fig.5 High Performance Concrete Brick

生活型道路建議采用陶瓷透水磚、高性能混凝土透水磚或者現(xiàn)澆砂基透水路面，商業(yè)型道路建議采用天然石材或仿石材磚，交通型道路建議采用仿石材透水磚，景觀型道路建議采用砂基透水磚，工業(yè)型道路建議采用仿石材磚或高性能混凝土磚（見表4）。

表4 人行道鋪裝材料與道路體系對(duì)應(yīng)表Tab.4 Correspondence Table between Pavement Materials for Sidewalks and Road System

6 工程實(shí)例

南沙新區(qū)天后路位于大角山天后宮北面，東起港前大道南與天后路交叉口，西止海港大道與天后路交叉口，全長約1 700 m。該路緊鄰地產(chǎn)樓盤和自然山體，周邊自然環(huán)境條件良好，但現(xiàn)狀道路人行道破舊不堪、平整度差，部分人行道不連續(xù)，十分有必要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)及連通，現(xiàn)已納入南沙區(qū)“一路一品”品質(zhì)化提升改造計(jì)劃。本研究成果應(yīng)用于該項(xiàng)目，作為試驗(yàn)路段，驗(yàn)證材料性能、景觀效果以及經(jīng)濟(jì)合理性，以取得工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

具體設(shè)計(jì)情況如下：結(jié)合天后路沿線路口、建筑類型和景觀節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分段，高層洋房和別墅區(qū)選擇質(zhì)量較好的透水鋪裝（陶瓷透水磚約950 m2、高性能混凝土透水磚約770 m2、現(xiàn)澆砂基透水路面約500 m2），停車場區(qū)域采用強(qiáng)度較高的鋪裝（高性能混凝土磚約200 m2），景觀節(jié)點(diǎn)路段采用砂基透水磚（約1 600 m2），魚塘周邊排水順暢路段采用仿石材透水磚（約600 m2），村莊周邊排水困難路段采用不透水鋪裝（仿石材磚約500 m2和高性能混凝土磚約1 400 m2）。該項(xiàng)目各類人行道鋪裝材料費(fèi)用合計(jì)約180 萬元。

7 結(jié)論

⑴經(jīng)過調(diào)查研究，可以替代花崗巖、普通透水磚且在國內(nèi)其他城市廣泛應(yīng)用的人行道鋪裝材料，有陶瓷透水磚、砂基透水磚、仿石材透水磚、高性能混凝土透水磚、高性能混凝土磚等，建議在南沙新區(qū)采用。

⑵推薦采用的透水磚抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度普遍較高，透水系數(shù)均能達(dá)到規(guī)范要求的A 級(jí)水平；高性能混凝土磚在強(qiáng)度、耐久性以及外觀等方面能夠較好地替代天然石材，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良。

⑶本研究推薦的人行道鋪裝材料造價(jià)約為150～280 元/m2，大部分低于天然石材價(jià)格，少量和天然石材相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。

⑷考慮各類人行道鋪裝材料的技術(shù)性能及特點(diǎn)，宜通過鋪筑試驗(yàn)路段的形式對(duì)其展開驗(yàn)證，取得工程經(jīng)驗(yàn)后再進(jìn)一步推廣使用。