Přidat na Seznam.cz Přidat na Google News

Vodopropustný beton (pervious concrete)

Trvalý rozmach nepropustných materiálů ve stavebnictví (asfaltu, betonu) a zemědělská kultivace zabraňují dešťové vodě vsakování do půdy. To logicky ústí v pokles hladiny spodních vod. Pro zajímavost: v bilanci přirozeného ekosystému převažuje odpařování vody (72 %) nad odtokem a vsakováním, zatímco v případě městských aglomerací je tomu naopak, tedy odtok převažuje (54 %) nad odpařováním a vsakováním vody. Je tedy nutno zintenzivnit úsilí za účelem tvorby systémů hospodaření s vodou ve stavebnictví. A jedním z nástrojů je právě vodopropustný beton.

Představení vodopropustného betonu

Vodopropustný beton (v angličtině pervious concrete, zkratkou PC) je z důvodu jeho mnohých benefitů široce využíván již od 80. let v různých variacích především v USA, Japonsku a severských zemích (Finsko). PC byl dosavadně úspěšně aplikován hlavně na méně frekventovaných silnicích, parkovištích, chodnících, nádvořích, příjezdových komunikacích, golfových cestách, opěrných zdech, francouzských kanalizacích, dlažbě atd.

V České republice je výroba vodopropustného betonu zatím jen v prvopočátcích, probíhá primárně produkce podkladových vrstev. V našich zemích navíc chybí zkouška vodopropustnosti, která je základem porovnání kvality PC. V současnosti jsou k testování vodopropustnosti používány jen zkoušky ne zcela přesného charakteru: americká testovací metoda zkoumající rychlost vsakování vody do propustného betonu a zkušební metoda dle ČSN EN pro asfaltové směsi za horka. Leč zmínit je nutné společnost ZAPA beton, která za svůj drenážní beton ZAPA Drop (až 95% propustnost i při intenzivních srážkách, cena cca 2.000 Kč za m3) získala v minulém roce čestné uznání veletrhu FOR ARCH.

Zapa Drop je v ČR doposud jediným vodopropustným betonovým materiálem, který je možno využít nejen na podkladové, ale taktéž na finální povrchové vrstvy, a to v různých barevných variantách za použití minerálních pigmentů a s možností výběru mezi variantou z kulatého nebo drceného kameniva.

Pokládka betonu Zapa Drop byla úspěšně realizována na mnohých místech České i Slovenské republiky, a to především v místech nové zástavby, kde by jinak z důvodu vysokých požadavků na zachování vsakovacích poměrů bylo nutné budování retenčních nádrží. Projekty slovenských parků Gaštanica a Jama v Bratislavě byly dokonce z důvodu výrazných environmentálních pozitiv financovány z norských fondů. Za podotknutí také stojí projekt Zapy v prezidentském paláci v Bratislavě, kde společnost realizovala pokládku tohoto produktu do podkladových vrstev, na finální vrstvu byly pak použity žulové kostky.

V parku Gaštanica v Bratislavě byl realizován ZAPA vodopropustný beton. Voda tedy neodtéká z parku pryč, ale zůstává v místě. Umístěné vsakovací jámy pak postupně uvolňují vodu do půdy či ke kořenům stromů. To zabraňuje erozi

Výroba, materiály

Je nutné rozlišovat mezi vodopropustným betonem a betonem mezerovitým neboli drenážním, už vůbec nelze PC zaměňovat s válcovanými betony. Drenážní beton bývá využíván hlavně jako podkladová část konstrukce, vodopropustný beton má značně složitější provedení. Nejedná se jen o jednu vrstvu, ale o souvrství s plynulým průchodem vody s nutností dodržet zásady jako je například založení stavby pod úrovní nezámrzné oblasti či dodržení tlouštěk násypu vrstev.

„Receptur“ pro produkci vodopropustného betonu je mnoho, materiál je stále předmětem bádání stovek výzkumných center po celém světě. Fundamentálně je v případě výroby PC využíváno stejných materiálů jako u konvenčního betonu, avšak s tou výjimkou, že jemný agregát je obvykle zcela vyloučen a třídění hrubého kameniva je velmi přesné za účelem lepších vytvrzovacích vlastností. Výsledkem je směs, která vyžaduje různé eventuality při míchání, umisťování, zhutňování či vytvrzování. Vlastnosti výsledné směsi jsou méně vodoodpudivé než u běžné betonové směsi a pro dosažení požadovaných výsledků je nezbytná přísná kontrola dávkování všech složek.

Stejně jako v případě tradičních betonových směsí lze i do směsi vodopropustného betonu využít jako pojivo portlandský cement a jiné směsné cementy. V PC se pečlivě řízené množství vody a cementových materiálů používá k vytvoření pasty, která tvoří tlustý povlak okolo agregovaných částic. Použití dostatečného množství pasty k vázání hrubých částic spolu vytváří systém propojených dutin, které jsou vysoce prostupné. Jako doplňky jsou často používány cementové materiály jako oxid křemičitý, popílek, pucolán a vysokopecní struska, které zvyšují trvanlivost materiálu tím, že snižují praskání, ale i požadovanou propustnost. Pevnost PC může být maximalizována mimo jiné instalací podkladových hladin nebo jemných agregátů pod betonem. Z chemických příměsí se užívají v případě vodopropustného betonu zpravidla zpomalovače a přísady stabilizující hydrataci.

Pro chodníky v parku Jama v Bratislavě byl zvolen drenážní beton ZAPA drop, který propouští dešťovou vodu. Ta je dále pomocí drenážního potrubí odváděna do jezírka, které slouží k zavlažování zeleně celého areálu

Aplikace, realizace

Již před započetím samotného projektování a dále při stavbě dopravních ploch je nutno dbát na použití vodopropustných i mrazuvzdorných materiálu nejen pro kryt, ale také pro podklad konstrukce. Pomocí vhodných hydrogeologických průzkumů je potřeba zjistit vodopropustnost půdy a nejvyšší stav podzemní vody v podloží (v souvislosti s nutností udržení dostatečné vzdálenosti od podzemních vod). Podkladová vrstva musí dále přijímat a odvádět prosakující dešťovou vodu (v některých případech je žádoucí odvodnění zemní pláně drenáží).

Dešťová voda je ve vzduchu a při stékání z povrchu silnic více či méně znečišťována škodlivinami, proto musí být taktéž zaručena ochrana podzemní vody a blízké zástavby. Materiál musí obstát v ekologických zkouškách (schopnost zadržovat olej, benzín, těžké kovy).

PC je na staveniště dodáván běžnými sklápěči a umístěn do standardních forem. Vzhledem k faktu, že propustný beton je hustší než tradiční beton, používá se k jeho vyrovnání mechanické vibrování. Následuje zhutnění těžkým ocelovým válečkem.

Vodopropustný beton má nízký obsah vody, je tedy zvláště důležitý další krok – vytvrzování. Aby byla umožněna plná hydratace cementu, povrch se zalije vodou a zakryje plastovou folií. Takto se beton udržuje vlhký po nejméně 7 dní.

Není však už potřeba – na rozdíl od realizace pokládky tradičního betonu – zpracovávat vodopropustný beton například pomocí hladítek. Tyto dokončovací operace by totiž příliš utěsnily povrch betonu a tak nežádoucím způsobem snížily průnik vody.

Park Jama, Bratislava

Vlastnosti

Fyzikální charakteristiky vodopropustného betonu se velmi zřetelně liší od vlastností betonu konvenčního. V případě PC je samozřejmě stoprocentně žádoucí velmi vysoká propustnost vody a vzduchu. Pro prostup kapaliny vodopropustným betonem jsou tedy zcela zásadní hodnoty pórovitosti. Průduchy mezi zrny v betonu vznikají použitím úzké frakce zrn a vytvářejí souvislé dutiny. Efektivní mezerovitost pro uspokojivou vodopropustnost je 15 – 30 %. Mezery ve struktuře jsou průměrně 1 - 8 mm. S pórovitostí je úzce spojena i objemová hmotnost PC, která činí cca 70 % v porovnání s konvenčním betonem. Průtok vody přes PC je obvykle okolo 0,34 cm/s, což činí 200 l/m2/min (ale v některých případech i mnohem více).

Související články

Je ovšem logické a z výzkumů patrné, že se stoupající hladinou porozity klesá pevnost betonu, jeho pružnost za ohybu a tlaku (minimální potřebná pevnost v tlaku by měla činit 40 MPa), odolnost betonu vůči mrazu, otěru a oděru, a tedy celková trvanlivost betonu na pojížděných komunikacích. I proto je výzkum vodopropustného betonu nadále naléhavý.

Výhody

Začněme těmi nejdiskutovanějšími, tedy ekologickými výhodami. Použití vodopropustného betonu v první řadě zmírní odtok vody do kanalizace, přirozeně tak doplní hladiny spodních vod a tím eliminuje znečišťující látky jako jsou uhlovodíky z asfaltových dlažeb a těsnění, které mohou kontaminovat povodí řek a poškozovat ekosystém jako je tomu v případě umělého shromažďování dešťové vody a jejího masového vypouštění do vodních toků (výzkumy dokazují, že 97 - 99 % olejů zavedených do propustných betonů je zachyceno a přirozeně biodegradováno). Vodopropustné betonové terény jsou také ceněny i za své druhotné vlastnosti jako je všeobecné zlepšování kvality vody, přispění k nárůstu okolní vegetace a celkové zkvalitnění sousedícího ekosystému.

PC je prokazatelně ekonomičtější variantou zpevnění ploch, redukuje totiž prvotní náklady stavby, eliminuje potřebu kanalizačních vazníků, redukuje náklady na instalaci podzemních potrubí a odtokových vpustí, není nutná ani investice do pozemků za účelem výstavby retenčních rybníků či filtračních systémů. Majitelé nemovitostí mohou tak využít okolní půdu podstatně efektivněji a maximalizovat návratnost svých vkladů. Z hlediska sumárních nutných investic je tedy vodopropustný beton absolutním vítězem.

Vodopropustné chodníky jsou přese všechny překážky (jako je nadstandardní pórovitost) schopny odolat tlaku přesahujícího 20,7 MPa), tedy jsou dostatečně silné k nosnosti například hasičského vozu. Z pohledu řidiče automobilu na silnici je velmi přínosný také texturovaný finální povrch propustného betonu. Během jízdy ve složitějších povětrnostních podmínkách, například při dešti či sněhových přeháňkách, zlepšuje propustný beton bezpečnost jízdy. Déšť se totiž do betonu vstřebá, nezůstává na povrchu, čímž je vyloučeno sdružování vody a tím výrazně sníženo riziko tzv. aquaplaningu na mokré vozovce.

Povrch ZAPA DROPu nebylo nutné spádovat a nevytváří se na něm louže. Drenážní beton je díky své mezerovitosti silně mrazuvzdorný

Nevýhody

Kromě výše uvedené snížené pevnosti propustného betonu z důvodu nižšího obsahu malty a vysoké pórovitosti je třeba říci, že je PC pro své vysoké hodnoty porozity většinou prozatím méně trvanlivý než betony konvenční, které jsou standardně využívány na frekventovaných silnicích vyšších tříd . Je také známo, že otevřený porézní beton má nedostatečnou tuhost ve srovnání s tradičními betonovými poklady.

V oblastech s chladnějším klimatem jako jsou skandinávské země mohou být aplikace materiálu PC navíc značně problematické. Životnost pórovitého betonu je snížená v důsledku dlouhodobého poškozování pravidelným zmrazováním a rozmrazováním vody, která není schopna odtéct bočně z porézní povrchové vrstvy. Výzkumy, především ve Finsku, však dokazují, že speciální beton vyvinutý pro nordické klimatické podmínky může mít životnost více než 15 let.

Nelze také nezmínit potenciální problémy s případným ucpáním propustného betonu. Na povrchu PC se může shromažďovat vegetační hmota, což může vést až k jeho ucpání. Tento problém je však jednoduše řešitelný zametením či vysátím. Průzkumy prokázaly, že tlakové čištění betonu zcela obnoví původní poréznost ucpaného propustného betonu.

Údržba

Vodopropustný beton vyžaduje údržbu. Jedná se o příležitostné zametení, tlakové čištění či vysátí vozovky za účelem obnovení propustnosti materiálu, jak již zmiňuji výše. Mimoto lze říci, že je PC silný a vysoce odolný materiál. Například korektně vyprojektované a zkonstruované parkovací plochy mohou mít životnost 20-40 let, a to s velmi občasnou nebo dokonce nulovou nutností údržby.

Vývoj, trendy, novinky

Nedávná studie (United States Environmental Protection Agency – EPA) ukazují, že porézní betonový povrch může výrazně snížit efekt městského tepelného ostrova, který vykazuje znatelné vyšší letní teploty, než jeho okolí. Chladicí účinek je způsoben především absorpcí obrovského výparného tepla při odpařování vlhkosti pod porézním betonovým povrchem. Stejná studie dokazuje také schopnost propustných betonů zvýšit povrchové tření a tím snížit riziko aquaplaningu, či snížit hluk pneumatik až o 8 decibelů.

Také Americká komora stavebních inženýrů již v roce 2013 zveřejnila studii, v níž autoři popisují měření absorpčního koeficientu. Bylo prokázáno, že lze za pomocí PC zredukovat hluk způsobený pneumatikami motorového vozidla o 4 až 8 decibelů. Průzkum dokazuje, že redukce hluku je závislá na konkrétní charakteristice dané směsi a na tloušťce betonu a že ideální hodnoty jsou 80 mm silný beton s maximální velikostí agregátu 9,5 mm. Zkouška pohltivosti hluku byla provedena na běžné betonové dlažbě pokryté pórovitým betonem v oblasti poblíž pneuservisu, kdy byla měřena hlučnost při různých rychlostech jízdy automobilů.

Co se pevnosti povrchu vodopropustného betonu týče, vědci také ukazují různorodé možnosti posílení této vlastnosti, a to například přidáním odpadního kompozitního materiálu z uhlíkových vláken. Výzkumníci z oddělení stavebního environmentálního inženýrství na Washingtonské Státní Univerzitě přidali uhlíkový šrot společnosti Boeing do betonové směsi. Využili mechanické frézování k vytvarování kompozitních vzorků do ideálních velikostí a tvarů. Přidaný materiál výrazně zvýšil jak trvanlivost, tak pevnost propustného betonu. Dr. Somayeh Nassiri: „Pokud se jedná o pevnost v ohybu, máme skutečně výborné výsledky, které dosahují až kvalit konvenčního betonu.“

Závěr

Lze říci, že vývoj vodopropustného betonu je stále ještě na počátku. Výzkum jde sice poměrně rychle kupředu, ale je nadále nutno vyřešit mnohé problematické body s tímto materiálem související, a to tak, aby byl využitelný v různých klimatických podmínkách a dokázal úspěšně čelit silné konkurenci tradičního betonu.

Autor: Bc. Helena Široká
Foto: Archiv firmy ZAPA beton, a.s.