Vähemmistö pitää betonia läpäisemättömänä – onhan sitä käytetty uima-altaiden ja keittiön lavuaarien rakentamiseen. Ja suurin osa betonista on todellakin lähes vedenpitävää. Mutta uudenlainen betoni, jonka läpi vesi pääsee virtaamaan käytännöllisesti katsoen esteettä, on kasvattamassa suosiotaan. Läpäisevää betonia käytetään pääasiassa pysäköintialueiden rakentamisessa, mutta myös jalkakäytävillä, pyöräteillä, leikkikentillä ja eroosionestossa. Läpäisevä betonipäällyste ei kuitenkaan sovellu alueille, joilla liikennemäärät tai -nopeudet ovat suuria.

Sekoitus on kaikki kaikessa

Läpäisevä betoni on melko yksinkertaista materiaalia – tyypillisesti hernesoraa, portlandsementtiä ja vettä (paljon sementtiä, vähän vettä, ei hienojakoista kiviainesta). Tyypillinen kuutiometri läpäisevää betonia sisältää 2650 kiloa #89-soraa, 600 kiloa portlandsementtiä ja vesi-sementtisuhde on noin 0,30. Tämän seoksen puristuslujuus on noin 2500 psi ja tehollinen tyhjätilasuhde 20 %. Tämä mahdollistaa veden valumisen pohjarakenteeseen nopeudella 2-18 gallonaa minuutissa neliöjalkaa kohti – 275-400 tuumaa sadetta tunnissa – paljon enemmän kuin mitä todennäköisesti koskaan koet.

Työmaalla asiat ovat kuitenkin harvoin näin yksinkertaisia. Erilaisia lisäaineita käytetään kiviaineksen ja ympäristöolosuhteiden perusteella. ”Käytämme ilmaa sitovia aineita, veden vähentäjiä, joitakin hidasteita ja joskus viskositeetin muokkaajaa”, kertoo läpäiseviin betonipäällysteisiin erikoistunut urakoitsija Dale Fisher, PCI Systems, Alpharetta, Ga. ”Sekoitussuunnittelu on kaikki kaikessa. Meidän on usein muokattava sitä hieman kentällä. Määritämme betonin yksikköpainon mukaan, mikä kertoo huokosrakenteen. Käytämme pysäköintialueilla 15-20 prosentin tyhjätiloja. Mutta äskettäisellä bussipysäkillä, jossa kuormat olivat raskaampia, käytimme suurempaa yksikköpainoa ja noin 12 %:n tyhjätiloja lujuuden lisäämiseksi.” Pieni määrä hienoainesta on yleinen tapa lisätä puristuslujuutta, mutta se vähentää kuivatusastetta. Usein hienoaines on lentotuhkaa tai kuonasementtiä. ”Teemme yksikköpainokokeita, koska ne kertovat meille, mitä seoksessa tapahtuu”, Fisher sanoo. ”Jos se on raskas, se voi tarkoittaa, että hienoainesta on enemmän, joten muutamme seosta pitämään sen hieman kuivempana. Jos se on kevyttä, voimme kaataa sen hieman kosteampana.”

Läpäisevää betonia valmistetaan yleensä valmisbetonitehtaassa ja toimitetaan sekoitusautoilla, mutta sitä ei voi pumpata. Ohio Concrete, jota Ohio Ready Mixed Concrete Association julkaisee, sponsoroi hiljattain läpäisevän päällysteen esittelytyötä, jonka asensi Ball Brothers Foundations, Monroe, Ohio. Moraine Materials toimitti betonin. Ohio Concrete raportoi, että ”maksimissaan 8 kuutiometrin kuorman annostelua varten he lisäsivät ilmaa sitovat lisäaineet etukäteen puolet vedestä, sitten karkean kiviaineksen, sitten sementin ja sitten loput vedestä”. Näin saatiin aikaan onnistunut seos.

Läpäisevä päällyste ei kuitenkaan ole pelkkä päällyste vaan pikemminkin maaperän, pohjamaan ja päällysteen muodostama järjestelmä (ks. sivupalkki). Jokainen järjestelmän osa on olennainen menestyksen kannalta.

Suunnittelu ja rakentaminen

Esimerkkispesifikaatio on saatavilla Charger Enterprisesin, Seminolessa, Flacon osavaltiossa toimivan betoniurakoitsijan, verkkosivustolla. (www.chargerconcrete.com). Läpäiseviä päällysteitä on käytetty Floridassa jo vuosia, ja Chargerilla on paljon kokemusta. Se totesi, että tärkeä ensimmäinen näkökohta on pohjamaan alla oleva maaperä – osa maaperästä voi olla sopimatonta, koska maaperän on kestettävä pohjamaa, päällyste ja käytettävät kuormat. Pyydä geotekninen insinööri arvioimaan maaperä.

Ensimmäinen kerros maaperää vasten on tyypillisesti kuitukangas geotekstiilikangas (joka valuu helposti). Tämän päälle asennetaan välipohja, joka on rakennettu vähintään 6 tuuman paksuisesta nro 57-kivestä, joka on hyvin tiivistetty niin, että Chargerin verkkosivujen mukaan ”täyteen lastattu valmiiksi sekoitettu kuorma-auto ei rämpi sitä”.

Päällysteen paksuus vaihtelee sen suunnittelukuorman ja sen mukaan, kuinka paljon vettä päällysteen ja välipohjan odotetaan varastoivan, mutta 6 tuumaa on tyypillinen parkkipaikan paksuus. Urakoitsija asettaa tasoitekiskot tai sivumuotit, usein shimmaten ne lyömisen aikana ½ – ¾ tuumaa korkeammalle kuin lopullinen pinnankorkeus, jotta ne voidaan myöhemmin tiivistää teloilla.

Taannoisessa PCI-hankkeessa, jossa rakennettiin Safewayn pysäköintialuetta Denverissä (ks. sivupalkki), yksi työntekijä ohjasi kourua ja työnsi lähes nollakumpuisen betonin alas kädellään. Toiset siirsivät betonia paikalleen kurottajilla. Kun uusi kuorma-autolasti saapui, työntekijät ruiskuttivat 15 minuutin kylmää saumaa vedellä. Kun betoni oli paikoillaan ja karkeasti lyöty pois, pinta tiivistettiin ja viimeisteltiin ristikkotasoitteella, jota seurasi käsikäyttöinen teräsputkitela, jota suihkutettiin säännöllisesti muotin irrotusöljyllä tarttumisen estämiseksi. Lopuksi työntekijät piikkasivat liituviivoja ja leikkasivat supistumisliitoksia vakiovälillä käyttäen telaa, jossa oli 1,5 tuuman suomi. Sen jälkeen reunat työstettiin, ja lopullinen tasoitus saatiin valmiiksi.

Värähtely ei tehoa läpäisevään betoniin. ”Kun tärinä koskettaa normaalia betonia, se ”sulaa” tai uppoaa konsolidoituneeksi massaksi, joka johtuu sekä tärinän energian aiheuttamasta työntö- että vetovoimasta”, sanoo David Mitchell Bunyanilta. ”Pervossa tärinän tuottamalla energialla on vain työntövoimaa, ja se pikemminkin rakentaa murenevaa massaa kuin konsolidoi sitä. Telatasoitteessa* käytetään leikkausta, joka kohdistuu pintaan pyörivän putken pinnasta. Tämä puristaa materiaalia ja lujittaa sitä sen edetessä pinnan yli. Pyörivä putki liikkuu helposti molempiin suuntiin, jolloin operaattorit voivat kylvää lisää materiaalia pintaan ja lyödä sen uudelleen.”

* Fisher käyttää Bunyan Strikeriä.

Pintaprofiili ei ole kriittinen läpäisevän betonin kohdalla – et tule saamaan lintukylpyjä – ja tyypillinen eritelmä edellyttää enintään 3/8 tuuman poikkeamaa 10 jalan matkalla. ”Tasaisuus on tärkeämpää alapohjan pohjalle kuin päällysteelle”, Fisher huomauttaa. ”Mitä tasaisempi maa on, sitä enemmän vettä päällyste ja pohjarakenne pidättävät. Jopa 2 prosentin kaltevuus antaisi veden valua ulos melko nopeasti ja tekisi tyhjäksi osan tarkoituksesta.” Kaltevilla alueilla maanpinta on toisinaan terassoitu, jotta järjestelmä voisi pidättää vettä. Äskettäisessä Atlantan kaupunginkirjaston parkkipaikkahankkeessa PCI asensi 4000 kuutiometrin kokoisen ”lammen” pohjamaahan (järjestelmä, joka koostui halkaistusta ja kiinteästä PVC-putkesta). Tähän järjestelmään varastoitua vettä käytetään kirjaston maisemoinnin kasteluun.

Hyvin alhaisen vesi-sementtisuhteen ja avoimen matriisin vuoksi, joka sallii ilman liikkumisen betonimatriisin läpi, läpäisevä betoni voi kuivua hyvin nopeasti. Kovettuminen on siksi kriittisen tärkeää. ”Olen nähnyt huonosti kovettunutta läpäisevää betonia, jonka voi kaivaa ulos käsin”, Fisher sanoo. Vääränlainen kovettuminen saattaa olla yleisin yksittäinen syy läpäisevän betonin vioittumiseen. Charger suosittelee, että kovettuminen aloitetaan 20 minuutin kuluessa betonin asentamisesta. Tavallinen märkäkovettaminen, esimerkiksi sprinklerin avulla, ei kuitenkaan ole vaihtoehto, koska ylimääräinen vesi valuu läpi, huuhtoo tahnan päällysteen pohjaan ja tuhoaa läpäisevyyden. Siksi päällyste yksinkertaisesti peitetään 6-millisellä polyeteenikalvolla, joka tiivistetään tiiviisti, ja joskus sitä edeltää kevyt sumutus kuivissa olosuhteissa.

Kestävyys käytössä

On ollut läpäiseviä asennuksia, jotka eivät ole toimineet odotetulla tavalla suunnitteluun, materiaaleihin tai rakentamiseen liittyvän kokemuksen puutteen vuoksi. Jos hienoainesta ja vettä on liikaa, massa voi laskeutua ja muodostaa läpäisemättömän kerroksen päällysteen pohjaan. Jos seos on liian kuiva, se voi olla työstämätön. Jos urakoitsija viimeistelee pinnan liikaa, läpäisemätön kerros voi muodostua. Jos kovettumista ei tehdä kunnolla, betoni ei saa lujuutta. Kaikki nämä ongelmat on kuitenkin helppo voittaa kokemuksen myötä.

Käytössä olevaan läpäisevään betoniin kohdistuu tyypillisesti se, että se tuhoutuu jäätymisen ja sulamisen vaikutuksesta tai että se tukkeutuu liasta. National Ready Mixed Concrete Association (www.nrmca.org) on tuottanut erinomaisen läpäisevää betonia koskevan esitteen, jossa vastataan näihin syytöksiin. Jäätymisen ja sulamisen osalta voidaan todeta, että monet läpäisevät päällysteet on asennettu onnistuneesti kylmään ilmastoon. NRMCA toteaa, että näillä päällysteillä ”on kaksi yhteistä suunnittelun piirrettä – sementtimassa on ilmarakenteista ja läpäisevä betoni on sijoitettu 6-12 tuuman salaojitettavan kiviainespohjan päälle.”

Tukkeutuminen ei myöskään ole varsinainen ongelma, kunhan maaperä ei itse asiassa eroosioidu päällysteen pinnalle. ”Tukkeutumisen ei pitäisi olla ongelma hyvän läpäisevän päällysteen kanssa”, Fisher sanoo. ”Tarvittaessa sen voi pestä ja imuroida, ja se palauttaa 90 prosenttia alkuperäisestä salaojituksesta. Jos se ei tyhjene, kyse on todennäköisemmin huonosta päällysteestä kuin tukkeutumisesta.”

Läpäisevä betonipäällyste on tulossa parkkipaikalle lähellesi. ”Tällä hetkellä ei ole liikaa hyviä läpäiseviä urakoitsijoita”, sanoo Fisher, ”yksinkertaisesti siksi, että heillä ei ole kokemusta. Sitä tulee, kun niitä asennetaan lisää. NRMCA on luomassa läpäisevän betonin käsityöläissertifiointia, jonka pitäisi auttaa paljon.”

Tietoa PCI Systemsistä löytyy osoitteesta www.pervious.com: tietoa Bunyanista löytyy osoitteesta www.bunyanusa.com.

Läpäisevän betonin edut

• Pidättää hulevedet, joten pysäköintipaikoilla ei tarvita viivytysaltaita.
• Mahdollistaa hulevesien imeytymisen maaperään pohjavesiesiintymien täydentämiseksi.
• Pitää päällystepinnat kuivina myös kosteissa tilanteissa, kuten kasvihuoneissa.
• Mahdollistaa pysäköintialueiden jäättömyyden pakkas-/sulamisalueilla, koska lumen sulaminen valuu välittömästi pois pinnalta.
• Mahdollistaa veden ja ilman pääsyn puiden juurille pysäköintialueella.
• Aerobiset bakteerit, jotka kehittyvät päällystematriisin sisällä, voivat hajottaa öljyä ja poistaa muita epäpuhtauksia vedestä, joka huuhtoutuu pois pinnalta.
• Valonheijastuskyky, joka on korkeampi kuin asfalttipinnoilla, vähentää lämpösaareke-ilmiötä ja säästää valaistuskustannuksia.
• Mahdollistaa hankkeelle LEED-pisteiden hakemisen.
• Voi kerätä ja pidättää vettä kasteluun käytettäväksi.

Läpäisevä pysäköintialue

Joulukuussa 2004 PCI Systems asensi Denverin Safeway-myymälään läpäisevän betonipysäköintialueen merkkipaalun. ”Pysäköintialue oli korvaava, ja läpäisevää betonia käytettiin kaupungin vahvasta kannustuksesta korvaamaan hulevesien pidätysjärjestelmän tarvetta”, sanoo NRMCA:n läpäisevän betonin asiantuntija Dan Huffman. Kylmän sään vuoksi kovettumista seurasi eristepeitteiden käyttö. Tämä tontti on äärimmäinen testi jäätymisen ja sulamisen kestävyydelle, sillä Denverin aurinkoisilla päivillä ja kylmillä öillä se kiertää usein kosteissa olosuhteissa. Yksi tämän päällysteen ensimmäisistä suurista testeistä oli huhtikuun lopun lumimyrsky. Seuraavana iltapäivänä läpäisevän betonin edut olivat ilmeiset.

Läpäisevän päällysteen suunnittelu

• Pohjan kaltevuus ei yleensä saisi ylittää 5 %.
• Ei saa käyttää alueilla, joissa on mahdollista saastumista (esimerkiksi huoltoasemilla).
• Vedenpinnan on oltava vähintään 3 jalkaa pohjan alapuolella.
• Kallion on oltava vähintään 2 jalkaa pohjan alapuolella.

Maaperä

• Maaperän on oltava tiivistämätöntä ja tasaista.
• Alustan maaperän läpäisevyys on testattava ja todettava hyväksyttäväksi.
• Massassa ei saa olla orgaanista ainesta, joka voisi hajota ja mahdollistaa laskeutumisen.
• Liukoiset savet eivät sovellu.
• Heikosti läpäisevillä mailla järjestelmä voidaan suunnitella siten, että se pidättää kaiken sadeveden.
• Hyvin hiekkaisilla mailla läpäisevä betoni voidaan sijoittaa suoraan hiekan päälle.

Geotekstiilikangas

• Kaivannon pohjamaa ja sivut on peitettävä kuitukankaalla; Pennsylvanian sadevesien hallintakäsikirjassa luetellaan Mirafi 140N, Amoco 4547 ja Geotex 451 hyväksyttäviksi tyypeiksi.

Kiviainespohja

• Kiviainespohjan syvyys riippuu pidätettäväksi vaadittavasta hulevesimäärästä.
• Varmista 40 %:n tyhjä tila.
• Suositeltava kiviaines on 6-12 tuumaa #57-kiveä.

Läpäisevä betoni

• Sekoitetaan #89 pestystä kivestä, 600 paunaa portlandsementtiä kuutiometriä kohden, 0,30 w/c-suhde, mutta ei hiekkaa.
• Tyypillisesti tyhjätilat ovat 20-25 %.
• Rakennetaan siten, että veden tunkeutumisnopeus on 20 tuumaa tunnissa.
• On kuusi tuumaa tai enemmän syvyydeltään.
• Lyötiin pois tärylevyllä ja valssattiin teräsputkijyrällä tai karkeasti lyötiin pois ja tiivistettiin jyrällä.
• Peitettiin muovilla ja kovetettiin vähintään seitsemän päivän ajan.