Lapszámok

Városi és ipari környezetünkben a burkolt felületek térnyerésével, valamint a klímaváltozás hatására egyre nagyobb problémát jelent a szélsőséges csapadékmennyiség elvezetése, aszályos időszakban pedig talajaink vízpótlása. A vízáteresztő betonburkolatok részleges megoldást nyújthatnak ezekre a kihívásokra, amelyek ugyanakkor számos feladatot támasztanak a betontechnológia számára.

A vízáteresztő burkolatoknak a városi mikroklímára, vízgazdálkodásra vagy éppen a közlekedésbiztonságra gyakorolt hatását számos publikáció és kutatás feltárta (Tárczy 2017, Schaefer et al. 2006, Fergusson 2005). A legfontosabb előnyei az aszfalt burkolattal szemben:

• elősegíti a talajvíz-utánpótlást;
• a csatornahálózat tehermentesíthető;
• felületén nem alakul ki aquaplanning;
• magasabb a csúszási ellenállása és jobb a gördülési zaj elnyelése;
• csökken a burkolt felület felmelegedése;
• gyorsabban szűnik meg a hó- és jégborítás;
• öntött vízáteresztő pályabetonok esetén kisebb a zsugorodási hajlam, ritkábban kell dilatációs hézaggal is megszakítani.

Ezeket az előnyös tulajdonságokat a szemcsehiányos adalékanyagvázzal lehet elérni, amely a betontechnológiától is más megközelítést vár. Az alábbiakban ezeket kívánom megvilágítani.

A vízáteresztő burkolatok típusai
Vízáteresztő burkolatot számos módon tudunk kialakítani. A szerkezetet és a kivitelezést tekintve megkülönbözetünk a helyszínen terített vízáteresztő aszfalt- és betonburkolatokat, valamint kiselemes burkolóelemeket. Léteznek még a víz számára átjárható műgyanta-, gumiőrlemény- stb. burkolatok is, de ezek csak korlátozott élettartammal, teherbírással és csúszási ellenállással rendelkeznek, így ezekkel jelen írásban nem foglalkozunk.

1–3. képek: Vízáteresztést biztosító beton burkolóelemek típusai

A kiselemes beton burkolókövekkel kétféle módon biztosíthatjuk a vízáteresztést (1-3. ábra). Lehet anyagában átjárható hézagstruktúrával rendelkező betonelem (vízáteresztő térkő/járdalap), vagy hagyományos összetételű és porozitású, de a formai kiképzés által átjárható betonelem (pl. széles fugakiképzés vagy hézagos rácselem).

Mind az öntött, mind a kiselemes betonburkolatoknak megvan az előnyük és a hátrányuk. Bár a helyszínen öntött és tömörített vízáteresztő betonburkolatok technológiája még gyerekcipőben jár, de főleg az Egyesült Államokban, ahol – hazánktól eltérően rendkívül nagy a betonutak és -burkolatok aránya – már vannak hosszú távú tapasztalatok, amelyek egyértelműen megmutatják az előnyeiket is. Ilyen például az, hogy nem szükséges előregyártó- és csomagolósort fenntartani, ill. többször is megmozgatni a nagy tömegű elemeket. További előny, hogy a helyszíni adottságokhoz, a jellemző csapadék- és lejtési viszonyokhoz, valamint a teherbírási követelményekhez jobban alakíthatók a burkolat jellemzői, úgymint a vízáteresztő képesség vagy a nyomó- és hajlítószilárdság.

Tény viszont, hogy a hagyományos betonöszszetétellel és a sorozatgyártásban készíthető elemeknél sokkal nagyobb odafigyelésre van szükség a betontechnológia és a kivitelezés terén. A terített burkolat el nem hanyagolható további előnye, hogy a gépjármű-közlekedés számára sokkal nagyobb komfortot biztosít, mint a kiselemes burkolat, különösen mint a széles fuga- vagy gyephézagos elemek, melyek felhasználási területe emiatt csak korlátozott (tipikusan parkolók).

Bár hazánkban még kuriózumnak számítanak az ilyen burkolatok, szabvány hiányában a tavalyi évben megjelent e-UT 06.03.43:2022 UME már műszaki előírásokat és ajánlásokat is ad a kiselemes vízáteresztő burkolatok rétegrendi és vízáteresztési kapacitásának tervezéséhez, valamint jellemző vizsgálati módszerére is.

Vízáteresztő betonok összetétel-tervezése
Az amerikai definíció szerint azt tekintjük vízáteresztő betonnak („pervious concrete”), amely 15–30 v/v%-ot kitevő átjárható hézagrendszerrel és 0,14–1,22 cm/s vízáteresztő képességgel (k-tényező) rendelkezik (Cahill 2005). Ez a paraméter természetesen az átjárható hézagtérfogattól és a hézagok méreteloszlásától függ, melyet az adalékanyag frakcióhiányos szemeloszlásával, a cementpép-tartalommal és a tömörítés technológiájával állíthatunk be.

1. ábra: A hézagtérfogat változása a tömörítés hatására (Tennis et al. 2004 alapján)

Az adalékanyagváz összeállításánál a megfelelő szilárdság érdekében nem hiányozhat a homokfrakció, de a nagyobb mérettartományok közül egy változó szélességű intervallum igen, attól függően, hogy milyen vízáteresztési tényezőre és felületi érdességre van szükség. Azt is figyelembe kell venni, hogy a burkolat anyagába nemcsak víz, hanem vele együtt hordalék és szennyezőanyagok is a beton szerkezetébe jutnak, melyek idővel lezárhatják az átszivárgási útvonalakat. Ennek kitisztítása növeli a fenntartási költséget és rontja a tervezett vízáteresztést. Az eltömődés mértékének csökkentése, valamint a felület járhatóságának komfortja és hangkeltése miatt a felbetonhoz ezért finomabb (0/8–14), az alapréteghez 10/14, 6/20, 20/60 frakciókat használnak (Tárczy 2017).

2. ábra: A porozitás hatása a nyomószilárdságra és vízáteresztő képességre (Schaefer et al. 2006 alapján)

A cementpéptartalom számításánál figyelembe kell vennünk, hogy az ideálisnál nagyobb pépmennyiség csökkenti a hézagtérfogatot, valamint, hogy alacsony (0,28–0,4) víz–cement tényezőt kell alkalmaznunk az adalékanyagváz megtartásához. Az így megtervezett elméleti hézagtérfogatot a tömörítési technológia lerontja (1. ábra), ezért próbakeverések és tömörítések során kell pontosítani az összetételt, ahogy azt is csak előzetes vizsgálatokkal tudjuk meghatározni, hogy a teljes hézagtérfogatnak mekkora része lesz hatékony porozitású.

Amennyiben már rendelkezésre áll a tervezett vízáteresztést kielégítő összetétel, a szilárdsági követelménynek is meg kell felelni. A vízáteresztő képesség–hatékony porozitás–szilárdság között természetesen szoros, de nem egyenes arányú kapcsolat van. Megfelelő számú nyomószilárdság- és k-tényező-értékekre a 2. ábrán látható görbéket lehet illeszteni, valamint meghatározható az a sáv (1. zóna), amely a hatékony porozitás és szilárdság mint egymásra fordítottan ható jellemzők tervezésekor a mozgásterünk.

A 2. ábrán az 1 mm/s-os k-tényező és a 20 MPa nyomószilárdság az USA-ban tehergépjárművel is terhelhető vízáteresztő betonburkolatok határértékei. Ha ezeken kívüli értékre kell tervezni, pl. adott szilárdsági követelmény mellett magasabb hatékony porozitás, akkor úgy kell növelnünk a beton nyomószilárdságát, hogy hézagtérfogatot, tehát az adalékanyag szemeloszlását és a cementpéptartalmat nem változtatjuk. Ezt alapvetően három módon érhetjük el: a cementpép szilárdságának növelésével, a cementpép–adalékanyag kontaktus javításával, vagy egyszerűen a burkolat vastagságának növelésével, illetve ezek kombinációjával.

A cementpép szilárdságát növelhetjük a finomrész mennyiségének emelésével (ideális az 5–10 m/m% Olek et al 2003 szerint), vagy műanyagszálak, szilikapor, netán akár latex emulzió (ideális a 10 m/m% Beeldens 2001 szerint) alkalmazásával, de számos kutatás folyik egyéb ipari vagy mezőgazdasági melléktermékek felhasználására is.

A cementpép–adalékanyag kontaktust a kvarckavics zúzott kőanyaggal történő részleges helyettesítésével érhetjük el legkönnyebben, ugyanakkor figyelembe kell venni az ilyen szemek magasabb vízfelvételét, rosszabb fagyállóságát is.

A szilárdságot a burkolat, vagy burkolóelem vastagságával is növelhetjük. Tennis et al. 2004 szerint 0,3 cm vastagságváltozás 0,17 MPa hasítószilárdság-változást okoz, ugyanakkor a gyártási, szállítási, beépítési költségek is ezzel arányosan növekednek, ezért inkább az első két lehetőséget érdemes kihasználni.

A szilárdság mellett természetesen a fagyállóság is fontos szempont. Bár a vízáteresztő beton átjárható hézagrendszere miatt gyorsabban elvezeti a téli csapadékot és így hamarabb megszűnhet a kapillárisok víztelítettsége, a cementpépnek ugyanakkor vékonyabb és nagyobb szabad felülete van, így a fagyhatásra bekövetkező jégnyomás jobban károsíthatja. Ezért a hagyományos betonoknál alkalmazott vizsgálati módszerek, melyeknél folyamatos a víztelítettség, rosszabb eredményeket hozhatnak a valós környezetnél. Természetesen ha az alépítménynek nincs meg a helyileg várhatóan előforduló csapadékmennyiséghez tervezett áteresztőképessége, akkor valóban megvalósulhat a teljes víztelítettség.

A hagyományos térköveknél, illetve pályabetonoknál a fagyállóságot a levegőtartalom kivibrálásával is tudjuk növelni, ami ennél a betontípusnál csak korlátozottan alkalmazható, hiszen fokozottan fennáll a túlvibrálással bekövetkező hézagrendszer-összeroskadás. Ezért inkább adalékszerrel és kiegészítő anyaggal érhetjük el az elvárt fagyállóságot. Használhatunk légbuborékképzőt is, viszont az ismert szilárdságcsökkentő hatása miatt, valamint az ilyen típusú betonokban kevésbé hatékony volta miatt számos kutatás fordul inkább az olyan kiegészítőanyagok felé, melyek nem vagy csak kis mértékben befolyásolják a szilárdságot. Ezt kétféle módon érhetjük el: a cementpép porozitásának csökkentésével (pl. szilikapor, pernye, homok finomrész növelésével), vagy a cementpép szilárdságának növelésével (pl. gumiőrlemény, puccolános tulajdonságú anyagok). Amit viszont kerülni kell, az az olykor nagy porozitással rendelkező adalékanyag használata (pl. tört beton, mészkő, dolomit, salak).

Amint látható, ennél a speciális betontípusnál némileg más összetétel-tervezési szemszögre van szükség: meg kell találni a kompromisszumot az elvárt vízáteresztő-képességet és teherbírást biztosító hézagtérfogat és szilárdsági, valamint időállósági jellemzők között.

Irodalom:
Beeldens, A. 2001. Behavior of Porous PCC Under Freeze-Thaw Cycling. Paper presented at the Tenth International Congress on Polymers in Concrete, Honolulu, HI.
Ferguson, B. K. 2005. Porous Pavements. New York: Taylor and Francis Group. p. 600
Olek, J., W. J. Weiss, N. Neithalath, A. Marolf, E. Sell, and W.D. Thornton. 2003. Development of quiet and durable porous Portland cement concrete paving materials. Final Report SQDH 2003-5. West Lafayette, IN: Purdue University.
Schaefer V., Wang K., Suleiman M., Kevern J. 2006: Mix desing development for pervious concrete in cold weather climates. Center for Transportation Research and Education, Iowa State University p. 67.
Tárczy L. (2017): Kreatív válasz a klímaváltozásra – Vízáteresztő térkövek. BETON újság XXV. évf. VI.sz.
Tennis, P. D., M. L. Leming, and D. J. Akers. 2004. Pervious Concrete Pavements. Special publication by the Portland Cement Association and the National Ready Mixed Concrete Association.

(fotók és ábrák: a szerző)