Beton - Liapor

EKOLOGIE
ECOLOGY
PROTIHLUKOVÉ
STĚNY Z LEHKÉHO MEZEROVITÉHO BETONU
A JEJICH SCHOPNOST SNIŽOVAT ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ
NOISE BARRIERS MADE FROM LIGHTWEIGHT CONCRETE
WITH OPEN STRUCTURE AND THEIR ABILITY TO REDUCE AIR
POLLUTION
MIC HAL A HU B E RTOVÁ,
O N D Ř E J M AT Ě J K A
VÝROB KOVÁ
NORMA PRO
P R OT I H L U K O V É S T Ě N Y , D E K L A R O VÁ N Í
VLASTNOSTÍ VÝROBCEM
Velká část emisí hluku i nežádoucích plynných látek, které znepříjemňují život v hustě
osídlených oblastech, pochází z automobilové dopravy. Moderní technologie aplikované do výroby stavebních materiálů
umožňují účinně eliminovat obě složky
znečištění životního prostředí pomocí integrovaného řešení – fotokatalyticky aktivního lehkého mezerovitého betonu pohltivé
vrstvy protihlukových panelů.
A large part of the noise emission and
undesirable gaseous substances which
are embarrassing our life in densely
populated areas, comes from the road
traffic. Modern technology applied to
production of building materials enables
to eliminate effectively both components
of environmental pollution through an
integrated solution – photocatalytic active lightweight concrete with an open
structure of the noise barriers layer.
Na základě Směrnice č. 2002/49/ES
Evropského parlamentu a Evropské rady,
o hodnocení a řízení hluku ve vnějším
prostředí, musí všechny členské státy
Evropské unie vypracovat strategické hlukové mapy a tzv. akční plány snižování hlukové zátěže. Hlukové mapy a akční
plány jsou nástrojem k postupnému snižování počtu osob vystavených nadlimitnímu hluku, který poškozuje jejich zdraví.
V České republice je největší část obyvatel zatížena hlukem z pozemní dopravy,
a to zejména ve velkých městech, v okolí
dálnic a hlavních komunikací. Při hledání
konkrétních opatření ke snižování hlukové
zátěže v určité obci nebo její části je třeba
přihlížet na místní situaci. Zdrojem hluku
je zejména silniční doprava. Mimo opatření organizačně dopravní (snížení rychlosti, zúžení vozovky, snížení počtu jízdních pruhů atd.) lze použít protihlukových
stěn (či valů). Zajímavým řešením je
systém, který kromě snížení hluku přinese i snížení znečištění ovzduší výfukovými plyny.
70
V červnu 2006 byla vydána norma ČSN
EN 14388 Zařízení pro snížení hluku silničního provozu – specifikace, která stanovuje funkční požadavky a metody pro
hodnocení zařízení pro snížení hluku silničního provozu. Norma zahrnuje akustické, neakustické a dlouhodobé vlastnosti,
nikoliv požadavky na vnější vzhled a odolnost vůči vandalismu. Přechodné období
normy skončilo v červnu 2008 a od tohoto termínu musí každý výrobce označovat své výrobky CE štítkem právě dle uvedené normy. Jedním z otazníků při prokazování shody dle této normy je prokázání vlastnosti „Očekávaná trvanlivost
neakustických vlastností“. Norma nedefinuje naprosto jednoznačně, jak postupovat při prokazování této vlastnosti a jednotliví výrobci protihlukových systémů
postupují různě.
Protihlukové stěny z lehkého
mezerovitého betonu s absorbční
schopností
Hladiny hluku vyvolané jednotlivými
dopravními prostředky jsou závislé především na skladbě, hustotě a rychlosti dopravního proudu, na druhu pokryvu vozovky a případně na režimu práce
motoru. Imisní hodnoty hluku v posuzovaném bodě závisí na útlumových faktorech prostředí, jako je zejména útlum vlivem přízemního efektu. Zde rozlišujeme,
šíří-li se zvuk nad terénem akusticky pohltivým (tráva, obilí, nízké zemědělské kultury) nebo odrazivým (beton, asfalt, vodní
hladina), útlum vlivem vzrostlé zeleně
a útlum zvuku vlivem překážek.
Protihlukové stěny jsou dnes velmi
často využívány ke snížení negativního účinku hluku ze silniční automobilové dopravy na životní prostředí obyvatel
měst a obcí.
Obecně platí, čím je větší aktivní povrch
protihlukových stěn, tím je vyšší stupeň
absorpce hluku, kterého lze dosáhnout
různými kombinacemi tloušťky žeber,
popř. osovými vzdálenostmi žeber z lehkého mezerovitého betonu. Protihlukovou stěnu Liadur tvoří velkoformátové
betonové prefabrikované panely, které se
vyrábějí se staticky nosnou železobetonovou deskou. Na straně zdroje hluku je
absorpční vrstva z lehkého mezerovitého
betonu, jejímž základem je kamenivo Liapor zrnitosti 2 až 4 mm. Právě mezerovitý povrch pohltivé vrstvy na straně vozovky vybavený vlnovou, resp. trapézovou
strukturou, zajišťuje vysoký absorpční účinek. Odvrácená strana může být hladká,
příp. ji lze opatřit lamelovou strukturou
či „koštětovanou nebo hrabanou“ úpravou povrchu. Jak u lehké mezerovité vrstvy, tak u nosné vrstvy je možno dosáhnout optického zvýraznění probarvením
pomocí barvy pro betonové směsi. Dají
se optimálně sladit s architektonickými
požadavky. Použitá formovací technika
umožňuje prakticky libovolné tvary a profily dílců (trapézový, trojúhelníkový, obloukový).
Protihlukové stěny Liadur se vyrábějí metodou „čerstvý na čerstvý“, tj. bezprostředně po uložení mezerovitého lehkého betonu a jeho zhutnění se nanese
beton nosné vrstvy (minimálně C 30/37
XF4). Tím dojde k optimálnímu propojení obou materiálů v monolitický celek.
Spojení mezi lehkým betonem absorpční vrstvy a betonem nosné vrstvy je natolik pevné, že již není potřeba provádět
jejich vzájemné kotvení. To bylo dokumentováno mnohými odtrhovými zkouškami, které prokázaly, že odtržení v oblasti spoje je téměř vyloučené. Díky zkušenostem, které byly doposud získány při
vývoji a výzkumu, došlo k optimalizaci
technologie výroby a montážní techniky.
Pronikání srážkové vlhkosti do mezer
mezi zrny úzké frakce Liapor 2 až 4 mm
umožňuje efekt samočištění. Z tohoto
důvodu nemusí být systém Liadur shora
zakryt a je tedy bezúdržbový.
Deklarovaná životnost protihlukových
stěn Liadur dle ČSN EN 14388 je padesát
let. Životnost je prokazována nejen speciální metodikou odolnosti pohltivé vrst-
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
4/2009
EKOLOGIE
ECOLOGY
1a
1b
1c
vy proti vodě a chemicky rozmrazovacím
látkám, ale také rozsáhlou analýzou stávajících zabudovaných stěn zpracovanou
soudním znalcem v oboru stavebních
materiálů v roce 2005 v Německu [9].
Statické výpočty umožňují jednotlivá pole délky 6 m a více (průhyb je
při silné povětrnosti minimální). Pole
délky 6 m přinášejí úsporu v množství
sloupků a zemních prací až o třetinu.
Popsaný systém umožňuje libovolný
stupeň akustické pohltivosti v závislosti na tloušťce pohltivé vrstvy a tvaru vlny.
Dosažené hodnoty řadí protihlukové dílce
do kategorií A2, A3, A4. Vzduchová neprůzvučnost DLR = min 45 dB je stanovena
za předpokladu, že zadní vrstva hutného betonu je tlustá 110 mm a je z betonu s objemovou hmotností 2 400 kg/m3
(mezerovitý beton pohltivé vrstvy má
objemovou hmotnost 700 kg/m3)
a za předpokladu kvalitního provedení
styků stěnových dílců a sloupů. Systém
umožňuje snadnou montáž stěn bez
použití spojovacího materiálu (šrouby,
hřebíky atd.) a nabízí také oboustranně
absorpční stěny (obr. 1).
Obr. 1 Protihlukové stěny Liadur a) tunel
Valík, Plzeň, b) Chemnitz, Německo,
c) Vellern, Německo
Fig. 1 Noise barriers Liadur, a) tunnel
Valík, Plzeň, b) Chemnitz, Germany,
c) Vellernz Germany
SN IŽOVÁN Í ZN EČ IŠTĚ N Í OVZDUŠÍ
POMOCÍ TIO2
V mnohých evropských městech se kvalita ovzduší stává zásadním problémem
ovlivňujícím kvalitu života jejich obyvatel.
Vedle tolik diskutovaného mikroprachu
(PMx) jsou hlavními znečisťujícími látkami
městského ovzduší především oxidy dusíku (NOx) a těkavé organické látky (VOC).
Hlavním zdrojem uvedených polutantů je
v městských aglomeracích automobilová
doprava (obr. 2 a 3).
Vdechování oxidu dusičitého (NO2) má
významný vliv na lidské zdraví a může
vést k poškození dýchacích orgánů.
Odborná literatura uvádí, že dlouhodobá
expozice vnějšímu prostředí s koncentrací NO2 10 až 80 μg/m3 vede k častějšímu výskytu onemocnění dýchacího traktu např. kašle, bronchitidy či plicní nedostatečnosti. Ohroženi jsou především lidé žijící v oblastech s vysokou
intenzitou automobilové dopravy. Společný výskyt NOx a VOC je navíc prekurzorem tvorby přízemního ozónu, který je
rovněž zdraví nebezpečný. Takto vzniklá
směs nebezpečných plynů bývá nazývána „letní smog“.
Směrnice Rady Evropské Unie 1999/30/
ES z 22. dubna 1999 uvádí maximální
hodnoty ročního průměru (40 μg/m3)
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
4/2009
71
EKOLOGIE
ECOLOGY
HR`]XSS[Wa<=fd>`OhSd`]QS $
;]PWZ\hR`]XSh\SxWÈb‹\
AbOQW]\t`\hR`]XSh\SxWÈb‹\
#
&#
2
;]PWZ\hR`]XSS[Wa<=f
=a]P\Ocb][]PWZg
B‹ÐY{\tYZOR\Ocb][]PWZg
=abOb\
:SVY{\tYZOR\Ocb][]PWZg
/cb]Pcag
!
!
#$
$
3
a hodinového průměru (200 μg/m3)
koncentrace NO2 platné k 1. lednu 2010
a obdobné hodnoty pro předcházející
přechodná období. Např. pro rok 2009
je přípustný maximální roční průměr
42 μg/m3 a maximální hodinový průměr
210 μg/m3.
Dnes se zdá, že splnění zmíněných kritérií kvality ovzduší bez dalších opatření
nebude v okolí vysoce zatížených komunikací možné ani v případě, že by veškerá projíždějící vozidla splňovala emisní normu EURO 4. Doposud města využívala opatření regulující plynulost dopravy, posilování úlohy veřejné hromadné
4
72
dopravy či omezení vjezdu vybraných skupin automobilů do vnitřních částí. K uvedeným opatřením se nyní přidává i vysoce racionální řešení – katalytické odbourávání znečisťujících látek. Nositelem
tohoto řešení je technologie TX Active®
a odvozený produkt, cement TioCem®.
Působením světla, konkrétně UV-A záření, dochází k rozkladu mnoha látek včetně vzdušných polutantů. Tento přirozený
proces nazývaný fotolýza probíhá za běžných podmínek velmi pomalu, avšak použitím fotokatalyzátoru lze rychlost reakce významně urychlit. Na povrchu takového fotokatalyzátoru dochází díky polovodičovému efektu k tvorbě velmi reaktivních částic, které jsou následně schopny rozkládat některé organické a anorganické látky včetně plynných oxidů dusíku.
Konkrétní důkazy podal prostřednictvím
přímého měření například projekt PICADA (Photocatalytic Innovative Coverings
Applications for Depollution Assessment)
podporovaný Evropskou unií. Použitá
měřící aparatura byla umístěna do modelu tří rovnoběžných ulic v měřítku 1 : 5.
Jednotlivé ulice dlouhé 18 m a široké
2 m byly vymezeny pomocí běžných přepravních kontejnerů o výšce 5 m. „Fasáda“ prostřední ulice byla pokryta fotokatalyticky aktivní cementovou maltou. Pomocí systému potrubí byly do modelu rovnoměrně vypouštěny zplodiny spalovacího
motoru. Výsledky měření ukázaly snížení
koncentrace NOx o 40 až 80 % díky fotokatalyticky aktivní cementové maltě.
Po letech vědeckého výzkumu se fotokatalyticky aktivní materiály úspěšně přesouvají z laboratoří do praxe. Příkladem
může být TioCem®, fotokatalyticky aktivní cement dodávaný společností HeidelbergCement.
Fotokatalytická aktivita povrchu materiálu může být dokázána a také kvantifikována pomocí degradace organického barviva (test Rhodaminem B), kdy je
stejně jako u obdobných postupů zjišťována výhradně fotooxidační schopnost
materiálu (obr. 4). Na dvojici těles vyrobených z cementové malty podle EN
196-1 je aplikována modelová látka, organické barvivo Rhodamin B. Jedno těleso je jako referenční ponecháno v běžném laboratorním prostředí, druhé je
vystaveno působení světelného záření zdroje ULTRA Vitalux. Chromametrem
se změří intenzita zbarvení před aplikací barviva, po aplikaci a zaschnutí a dále
v určených časových intervalech působe-
ní světla bodového zdroje. K vyhodnocení slouží systém L*a*b a vypočtená celková změna zbarvení ΔE*. Míru aktivity
povrchu zkoušeného materiálu zjistíme
porovnáním hodnoty ΔE* obou těles.
Další z metod zkoušení fotokatalytické aktivity je založena na uzavření tělesa
z fotokatalyticky aktivního materiálu v testovací komoře, kterou proudí směs vzduchu a plynných polutantů. Na výstupu
z komory je měřena koncentrace polutantů měnící se v závislosti na zapnutí/vypnutí světelného zdroje ozařujícího
zkoušený povrch. Jako znečisťující plynná látka může být použit NO2, NO nebo
jejich směs (obr. 5). Na takovém principu
jsou založeny metody popsané v technických normách ISO 22917-1 a UNI 11247.
Ačkoli se zkušební postupy jednotlivých
laboratoří, univerzit či soukromých společností nezanedbatelně liší, jsou získané výsledky v omezeném rozsahu porovnatelné.
Schopnost cementu TioCem® rozkládat vzdušné polutanty a snižovat tak
jejich koncentraci v ovzduší je ověřována
v laboratoři HeidelbergCement Technology Center (HTC) v Leimenu v Německu
pomocí měřící aparatury speciálně vyvinuté k tomuto účelu. Zařízení umožňuje
výrazně měnit základní parametry experimentu, průtok plynu, intenzitu světelného toku a koncentrace polutantů, a simulovat tak rozdílné podmínky blízké reálnému prostředí. Míra rozkladu NOx může být
vyjádřena jak v procentech, tak v absolutních jednotkách (mg/m2h). Z provedených měření vyplývá, že při výchozí koncentraci 1 000 ppb odpovídá 70% snížení koncentrace NOx absolutnímu úbytku 2,5 mg/m2h NOx. Při výchozí koncentraci NOx 3 000 ppb vzroste absolutně vyjádřený účinek na 4,5 mg/m2h,
relativně pak klesne na 55 %. S rostoucí intenzitou záření jednoznačně roste
i míra rozkladu polutantů. K uspokojivým
výsledkům však postačuje i záření výrazně nižších intenzit, než jaké jsou používány v nejrůznějších zkušebních postupech. Směle proto můžeme říci, že rozklad polutantů pomocí fotokatalyticky
aktivních materiálů začíná již s východem slunce.
Fotokatalytická aktivita závisí také
na kvalitě povrchu. Např. u zámkové
dlažby může zvolený způsob povrchové úpravy či opracování při zachování
rozměrů prvku ovlivnit velikost povrchu,
a tím i velikost aktivního povrchu cemen-
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
4/2009
EKOLOGIE
ECOLOGY
tového tmele. Tryskaná dlažba obvykle
dosahuje vyšší fotoaktivity než klasická,
neopracovaná.
I když můžeme v laboratoři lehce ověřit, že kontaktem plynu obsahujícího znečisťující látky s TiO2 dochází k výraznému snížení koncentrace těchto polutantů, v reálném prostředí je kvůli značné
proměnlivosti podmínek daných počasím či dopravním zatížením poměrně
obtížné odhadnout a vyhodnotit skutečnou účinnost a efektivní přínos životnímu prostředí.
Snaha prokázat reálné chování stála
za experimentem uskutečněným v červnu 2008 ve švédském Stockholmu.
V centrální části města byly umístěny dvě
identické zkušební komory z materiálu
propouštějícího UV-A záření. Část vnitřního povrchu jedné z komor byla opatřena
vápenocementovou omítkou z cementu TioCem®. Okolní vzduch byl po průchodu komorou testován NOx analyzátorem. Průměrná denní koncentrace NO2
ve vzduchu, který prošel komoru s fotokatalyticky aktivní omítkou, byla oproti
druhé komoře nižší o 40 až 70 %, a to
bez použití jakéhokoli dodatečného světelného zdroje.
V listopadu 2007 byla veřejnosti představena první „environmentálně aktivní“
střešní krytina, Climalife. Střešní krytina
není jedinou oblastí možného uplatnění technologie TX Active®. Teoreticky je
tímto způsobem možné vyrobit jakýkoli betonový produkt, protože přítomnost
fotokatalyzátoru nijak neovlivňuje ostatní užitné vlastnosti cementu ani betonu.
Použití TX Active® výrobků je účelné převážně v blízkosti frekventovaných silnic.
Zde je TioCem® použitý v zámkové dlažbě, betonové vozovce či protihlukových
bariérách schopen významně zlepšit kvalitu ovzduší. Použití technologie TX Active® je žádoucí také na veřejných pro-
stranstvích se zvýšeným pohybem lidí,
např. v okolí škol, zastávek a nádraží.
Vydlážděním ulice Via Borgo Palazo
betonovou dlažbou vyrobenou technologií TX Active® bylo v Bergamu v Itálii
docíleno snížení koncentrace NOx v okolí
komunikace o 26 až 56 %.
Podobný projekt byl uskutečněn také
ve Francii, kde společnost Ciment Calcia
použila technologii TX Active® při stavbě betonové vozovky ulice Rue Jean Bleuzen v pařížské čtvrti Vanves. Výsledky měření, které provedla externí laboratoř (Laboratoire Régional de l’Quest Parisien), by měly být dostupné v průběhu
roku 2009.
POUŽITÍ
T E C H N O LO G I E
TX ACTIVE®
V P R OT I H L U K O V Ý C H S T Ě N ÁC H
LIADUR
Spojení technologie TX Active® a protihlukových stěn Liadur® dává vzniknout
velmi efektivnímu řešení pro boj s nepříznivými dopady automobilové dopravy
na životní prostředí a lidské zdraví. Pomocí jediného stavebního prvku můžeme
významně omezit jak hlukovou, tak imisní
zátěž obyvatel v blízkosti rušných pozemních komunikací.
V průběhu roku 2008 byla ve spolupráci firem Liadur a Českomoravský
cement vyvinuta receptura pohltivé vrstvy z mezerovitého betonu s kamenivem
Liapor s využitím technologie TX Active®,
která nejen splňuje výše uvedené požadavky na vlastnosti protihlukových stěn,
ale navíc výrazně snižuje koncentrace
plynných polutantů ve svém okolí. Laboratorní ověření fotoaktivity, tedy schopnosti rozkládat oxidy dusíku provedené
podle technické normy UNI 11247:2007,
prokázalo 32,7% snížení koncentrace
NOx, což podle metodiky vyhodnocení
vyvinuté v HTC odpovídá slovnímu vyjádření „velmi vysoká aktivita“.
Literatura:
[1] www.hluk.eps.cz
[2] www.silence-ip.org
[3] Metodika měření hluku silniční
dopravy, Zpravodaj MŽP3/1996
[4] Guidelines for Comunity Noice
[online], dostupné na www.who.int/
[5] Nařízení vlády č.148/2006 Sb.,
o ochraně zdraví před nepříznivými
účinky hluku a vibrací. 2006
[6] Směrnice evropského parlamentu
a rady 2002/49/ES [online],
dostupná na www.env.cz/
[7] Zákon č.258/2000 Sb., o ochraně
veřejného zdraví. 2000
[8] www.liadur.cz
[9] Struth R.: Gutachten über die
Langzeitbeständigkeit von
Lärmschutzwandsystem GA 716/5.
Deutschland 2005
[10] Bölte G.: Reduction of air pollutants
with TioCem®, BFT International
01/2009, p.4–13
Část příspěvku vznikla za podpory projektu MPO
FI-IM5/016 „Vývoj lehkých vysokohodnotných
betonů pro monolitické konstrukce
a prefabrikované dílce.
Ing. Michala Hubertová, Ph.D.
Lias Vintířov, Lehký stavební materiál, k. s.
357 44 Vintířov
e-mail: [email protected]
tel.: 602 650 174, www.liapor.cz
Fakulta stavební VUT v Brně
e-mail: [email protected]
Ing. Ondřej Matějka
Českomoravský cement, a. s.
nástupnická společnost
226 01 Beroun
tel.: 311 643 065, 602 141 086
e-mail: [email protected]
www.cmcem.cz
Obr. 2 Podíl mobilních a stacionárních zdrojů znečištění
na celkových emisích NOx
(zdroj: Ročenka Praha – životní prostředí)
Fig. 2 Contribution of mobile and stationary sources of pollution
to total NOx emissions
Obr. 3 Podrobnější dělení mobilních zdrojů emisí NOx
(zdroj: Ročenka Praha – životní prostředí)
Fig. 3 Subdivision of NOx emmisions of mobile sources
Obr. 4 Zkouška barvivem Rhodamin B na vzorcích
Fig. 4 Rhodamine B bleaching field test
Obr. 5 Typický průběh měření rozkladu NOx v laboratoři
Fig. 5 Typical NOx abbatement laboratory test output
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
5
4/2009
73