Większość ludzi uważa beton za nieprzepuszczalny – w końcu jest on używany do budowy basenów i zlewów kuchennych. I rzeczywiście, większość betonu jest prawie wodoszczelna. Ale nowy rodzaj betonu, który pozwala wodzie przepływać praktycznie bez przeszkód, zyskuje na popularności. Beton organiczny jest wykorzystywany głównie do budowy parkingów, ale także chodników, ścieżek rowerowych, placów zabaw i kontroli erozji. Betonowa nawierzchnia nie jest jednak odpowiednia dla obszarów o dużym natężeniu ruchu lub wysokiej prędkości.

Mieszanka jest wszystkim

Beton jest dość prostym materiałem – zazwyczaj jest to żwir, cement portlandzki i woda (ciężka na cement, lekka na wodę i bez drobnego kruszywa). Typowy jard sześcienny betonu oczyszczonego miałby 2650 funtów żwiru #89, 600 funtów cementu portlandzkiego, a stosunek woda-cement około 0,30. Ta mieszanka zapewni wytrzymałość na ściskanie około 2500 psi i efektywny współczynnik pustki 20%. Pozwoli to na odprowadzenie wody do warstwy podkładowej z prędkością od 2 do 18 galonów na minutę na stopę kwadratową – od 275 do 400 cali deszczu na godzinę – czyli o wiele więcej, niż jest prawdopodobne, że kiedykolwiek doświadczysz.

Na placu budowy, jednak, rzeczy rzadko są tak proste. Stosowane są różne domieszki w zależności od kruszywa i warunków środowiskowych. „Stosujemy środki porujące powietrze, reduktory wody, opóźniacze, a czasem modyfikatory lepkości” – mówi Dale Fisher z firmy PCI Systems z Alpharetta w stanie Ga, wykonawcy specjalizującego się w nawierzchniach z betonu przepuszczalnego. „Projekt mieszanki to wszystko. Często musimy go nieco zmodyfikować w terenie. Określamy beton według masy jednostkowej, która mówi nam o strukturze pustki. Na parkingach stosujemy od 15% do 20% pustki. Ale na ostatnim przystanku autobusowym, z cięższymi ładunkami, przeszliśmy na wyższy ciężar jednostkowy i około 12% pustki dla większej wytrzymałości. Stosowanie niewielkiej ilości drobnych cząstek jest powszechnym sposobem na zwiększenie wytrzymałości na ściskanie, ale takie postępowanie powoduje zmniejszenie szybkości odwadniania. Często drobiny to popiół lotny lub cement żużlowy. „Przeprowadzamy testy wagi jednostkowej, ponieważ mówią nam one, co dzieje się z mieszanką”, mówi Fisher. „Jeśli jest ciężka, może to oznaczać więcej drobin, więc zmieniamy mieszankę, aby była nieco bardziej sucha. Jeśli jest lekki, wtedy możemy wlać go nieco bardziej mokry.”

Beton zachowawczy jest zazwyczaj produkowany w zakładzie produkcji mieszanek gotowych i dostarczany ciężarówkami z mieszalnikami, ale nie jest pompowalny. Ohio Concrete, opublikowane przez Ohio Ready Mixed Concrete Association, sponsorował pokazową pracę pervious pavement niedawno, że został zainstalowany przez Ball Brothers Foundations, Monroe, Ohio. Beton dostarczyła firma Moraine Materials. Ohio Concrete donosi, że „przy dozowaniu maksymalnego ładunku 8 jardów sześciennych dodano domieszki zatrzymujące powietrze z przodu z połową wody, następnie kruszywo grube, potem cement, a następnie pozostałą część wody”. To dało udaną mieszankę.

Przepuszczalna nawierzchnia to jednak nie tylko nawierzchnia, ale raczej system składający się z gruntu, podbudowy i nawierzchni (patrz pasek boczny). Każda część systemu jest niezbędna do osiągnięcia sukcesu.

Projektowanie i budowa

Przykładowa specyfikacja jest dostępna na stronie internetowej firmy Charger Enterprises, wykonawcy robót betonowych w Seminole, Fla. (www.chargerconcrete.com). Nawierzchnie utwardzone są stosowane na Florydzie od wielu lat, a firma Charger zdobyła duże doświadczenie. Firma zwróciła uwagę, że na początku należy zwrócić uwagę na glebę pod podłożem – niektóre z nich mogą być nieodpowiednie, ponieważ gleba musi być w stanie utrzymać podłoże, nawierzchnię i obciążenia, które zostaną zastosowane. Pierwszą warstwą gleby jest zazwyczaj geowłóknina (łatwo odprowadzająca wodę). Na to nakłada się podbudowę zbudowaną z minimum 6 cali kamienia nr 57, dobrze zagęszczonego tak, że „nie będzie koleinowany przez w pełni załadowaną ciężarówkę z mieszanką gotową”, jak podaje strona internetowa firmy Charger.

Grubość nawierzchni będzie się różnić w zależności od jej obciążenia projektowego i ilości wody, którą ma przechowywać nawierzchnia i podbudowa, ale 6 cali to typowa grubość parkingu. Wykonawca ustawia szyny jastrychu lub formy boczne, często podkładając je podczas rozdeskowania o ½ do ¾ cala wyżej niż ostateczna wysokość nawierzchni, aby umożliwić późniejsze zagęszczenie walcami.

Podczas niedawnego projektu PCI, polegającego na budowie parkingu Safeway w Denver (patrz pasek boczny), jeden z pracowników kierował zsuwnią i spychał ręką beton o niemal zerowym osypywaniu. Inni pracownicy przenosili beton na miejsce za pomocą przenośników. Kiedy przyjeżdżała nowa ciężarówka, pracownicy spryskiwali wodą 15-minutową spoinę na zimno. Gdy beton był już na miejscu i z grubsza odtarty, powierzchnia została zagęszczona i wykończona za pomocą jastrychu kratownicowego, a następnie ręcznie obsługiwanego stalowego walca rurowego, który był regularnie spryskiwany olejem antyadhezyjnym, aby zapobiec przywieraniu. Na koniec pracownicy nanieśli linie kredowe i wycięli fugi skurczowe w standardowych odstępach przy użyciu wałka z 1½-calową lamelą. Krawędzie zostały następnie obrobione, a końcowe zacieranie zostało zakończone.

Wibracje nie są skuteczne w przypadku betonu perystaltycznego. „Gdy wibracja styka się z normalnym betonem, 'topi się’, lub zapada w skonsolidowaną masę spowodowaną zarówno pchaniem jak i ciągnięciem przez energię wibracji,” mówi David Mitchell z Bunyan. „W przypadku betonu perv, energia dostarczana przez wibracje ma jedynie działanie pchające i buduje kruszącą się masę, zamiast ją konsolidować. Stół rolkowy* wykorzystuje ścinanie powierzchni przez czoło obracającej się rury. Ściska ona materiał, konsolidując go w miarę przesuwania się po powierzchni. Wirująca rura porusza się z łatwością w obu kierunkach, umożliwiając operatorom wysiewanie większej ilości materiału na powierzchni i ponowne jego uderzanie.”

* Fisher używa Bunyan Striker.

Profil powierzchni nie jest krytyczny w przypadku betonu przepuszczalnego – nie będziesz miał żadnych łazienek dla ptaków – a typowa specyfikacja wymaga maksymalnego odchylenia 3/8 cala na 10 stóp. „Płaskość jest ważniejsza dla dna podbudowy niż dla chodnika” – zauważa Fisher. „Im bardziej płaski jest grunt, tym więcej wody zatrzyma nawierzchnia i podbudowa. Nawet 2% nachylenie umożliwiłoby dość szybki odpływ wody i zniweczyłoby częściowo cel.” Na terenach nachylonych powierzchnia gleby jest czasami tarasowana, aby pomóc systemowi w zatrzymywaniu wody. Przy niedawnym projekcie parkingu w Atlancie dla biblioteki miejskiej firma PCI zainstalowała w podbudowie „staw” o pojemności 4000 stóp sześciennych (system szczelinowych i pełnych rur PVC). Woda zmagazynowana w tym systemie zostanie wykorzystana do nawadniania roślinności biblioteki.

Ze względu na bardzo niski stosunek wody do cementu i otwartą matrycę, która pozwala na ruch powietrza przez matrycę betonową, beton przepuszczalny może wyschnąć bardzo szybko. Utwardzanie ma więc krytyczne znaczenie. „Widziałem słabo utwardzony beton perypetyjny, który można było wykopać rękami” – mówi Fisher. Nieprawidłowe utwardzanie może być najczęstszą przyczyną awarii betonu perystaltycznego. Charger zaleca, aby utwardzanie rozpocząć w ciągu 20 minut od położenia betonu. Jednak standardowe utwardzanie na mokro, np. za pomocą zraszaczy, nie wchodzi w grę, ponieważ nadmiar wody spływałby, wymywając pastę na dno chodnika i niszcząc przepuszczalność. Dlatego nawierzchnię pokrywa się po prostu 6-milimetrową folią polietylenową, która jest szczelnie zamykana, a w suchych warunkach czasem poprzedzona lekkim zamgleniem.

Wytrzymałość w eksploatacji

Były instalacje z materiałów przepuszczalnych, które nie działały zgodnie z oczekiwaniami z powodu braku doświadczenia w projektowaniu, materiałów lub konstrukcji. Jeśli jest za dużo drobnych cząstek i za dużo wody, pasta może się osadzać i tworzyć nieprzepuszczalną warstwę na spodzie nawierzchni. Jeśli mieszanka jest zbyt sucha, może być niewykonalna. Jeśli wykonawca przesadzi z wykończeniem powierzchni, może powstać warstwa nieprzepuszczalna. Jeśli utwardzanie nie zostanie przeprowadzone prawidłowo, beton nie nabierze wytrzymałości. Ale wszystkie te problemy są łatwe do przezwyciężenia dzięki doświadczeniu.

Obawy zwykle podnoszone na temat betonu przepuszczalnego w eksploatacji są takie, że zostanie on zniszczony przez działanie mrozu/rozmrożenia lub że będzie się zatykał brudem. National Ready Mixed Concrete Association (www.nrmca.org) wydało doskonałą broszurę na temat betonu przepuszczalnego, która odpowiada na te zarzuty. Podsumowując kwestię zamrażania/rozmrażania, należy stwierdzić, że w zimnym klimacie powstało wiele udanych nawierzchni peryferyjnych. NRMCA stwierdza, że nawierzchnie te „mają dwie wspólne cechy konstrukcyjne – pasta cementowa jest nasycona powietrzem, a beton przepuszczalny jest ułożony na 6 do 12 calach odwadnianej podbudowy z kruszywa.”

Zatykanie się nie stanowi również problemu, o ile gleba nie eroduje na powierzchnię chodnika. „Zatykanie nie powinno być problemem w przypadku dobrej nawierzchni przepuszczalnej” – mówi Fisher. „W razie potrzeby można ją umyć i odkurzyć, a to przywróci 90% pierwotnego drenażu. Jeśli nie będzie odpływu, bardziej prawdopodobne jest, że to zła nawierzchnia, niż że jest zatkana.”

Przepuszczalna nawierzchnia betonowa jest na najlepszej drodze do parkingu w pobliżu Ciebie. „Nie ma zbyt wielu dobrych wykonawców pervious tam teraz”, mówi Fisher, „po prostu dlatego, że nie mają doświadczenia. To się pojawi, gdy będzie ich coraz więcej”. NRMCA tworzy certyfikat rzemieślnika dla pervious, który powinien bardzo pomóc.”

Informacje na temat PCI Systems można znaleźć na stronie www.pervious.com: informacje na temat firmy Bunyan można znaleźć na stronie www.bunyanusa.com.

Zalety betonu przepuszczalnego

• Otrzymuje wodę burzową, dzięki czemu stawy retencyjne nie są potrzebne w przypadku parkingów.
• Pozwala wodzie burzowej infiltrować do gruntu w celu uzupełnienia warstw wodonośnych wód gruntowych.
• Pozwala na utrzymanie suchych powierzchni chodników, nawet w wilgotnych sytuacjach, takich jak szklarnie.
• Pozwala na tworzenie się lodu na parkingach w strefach zamarzania/rozmarzania, ponieważ topniejący śnieg natychmiast odpływa z powierzchni.
• Pozwala wodzie i powietrzu dotrzeć do korzeni drzew na terenie parkingu.
• Bakterie beztlenowe, które rozwijają się w matrycy nawierzchni, mogą rozkładać olej i usuwać inne zanieczyszczenia z wody spłukiwanej z powierzchni.
• Odbijanie światła większe niż w przypadku nawierzchni asfaltowych zmniejsza efekt wyspy ciepła i pozwala zaoszczędzić na kosztach oświetlenia.
• Pozwala projektowi ubiegać się o punkty LEED.
• Może zbierać i zatrzymywać wodę, którą można wykorzystać do nawadniania.

Przebijalny parking

W grudniu 2004 r. firma PCI Systems zainstalowała przełomowy parking z betonu przepuszczalnego przy sklepie Safeway w Denver. W grudniu 2004 roku PCI Systems zainstalowała przełomowy parking przy sklepie Safeway w Denver. „Parking został wymieniony, a beton perlitowy został użyty za namową miasta, aby zrównoważyć potrzebę zastosowania systemu retencji wody burzowej” – powiedział Dan Huffman, ekspert NRMCA w dziedzinie betonu perlitowego. Ze względu na zimną pogodę, po utwardzeniu zastosowano koce izolacyjne. Ta działka będzie ostatecznym testem wytrzymałości na zamrażanie i rozmrażanie, ponieważ przy słonecznych dniach i zimnych nocach w Denver będzie często poddawana cyklicznym zmianom w warunkach wilgotnych. Jednym z pierwszych poważnych testów tej nawierzchni była burza śnieżna pod koniec kwietnia. Do następnego popołudnia zalety betonu przepuszczalnego były oczywiste.

Projektowanie nawierzchni przepuszczalnej

• Nachylenie podłoża zwykle nie powinno przekraczać 5%.
• Nie należy stosować w miejscach potencjalnego zanieczyszczenia (na przykład na stacjach benzynowych).
• Zwierciadło wody musi znajdować się co najmniej 3 stopy poniżej podstawy.
• Skała macierzysta musi znajdować się co najmniej 2 stopy poniżej podstawy.

Gleba

• Gleba musi być niezagęszczona i równa.
• Przepuszczalność gruntu musi być zbadana i uznana za dopuszczalną.
• Nie może występować materiał organiczny, który mógłby ulec degradacji i umożliwić osiadanie.
• Gliny ekspansywne nie są odpowiednie.
• W przypadku gleb słabo przesiąkających system można zaprojektować tak, aby zatrzymywał całą wodę deszczową.
• W przypadku gleb bardzo piaszczystych beton przepuszczalny można umieścić bezpośrednio na piasku.

Tkanina geotekstylna

• Podłoże i boki wykopu muszą być pokryte włókniną geotekstylną; podręcznik Pennsylvania Stormwater Management Manual wymienia Mirafi 140N, Amoco 4547 i Geotex 451 jako akceptowalne typy.

Podbudowa z kruszywa

• Głębokość podbudowy zależy od objętości spływu wymaganej do zatrzymania.
• Zapewnić pustą przestrzeń 40%.
• Sugerowany kamień to 6 do 12 cali kamienia #57.

Beton peryferyjny

• Mieszanka z kamieniem płukanym #89, 600 funtów cementu portlandzkiego na jard sześcienny, 0,30 w/c, ale bez piasku.
• Typowo ma 20% do 25% pustych przestrzeni.
• Zbudowany, aby umożliwić infiltrację wody na poziomie 20 cali na godzinę.
• Głębokość wynosi sześć cali lub więcej.
• Uderzany za pomocą stołu wibracyjnego i walcowany za pomocą walca z rur stalowych lub zgrubnie uderzany i zagęszczany za pomocą stołu walcowego.
• Pokryty tworzywem sztucznym i utwardzany przez minimum siedem dni.

.