BE1020376A5 - Organo-beton bodem voor grasvelden. - Google Patents

Description

ORGANO-BETON BODEM VOOR GRASVELDEN DOMEIN VAN DE TECHNIEK

Betrokken uitvinding betreft een betonproduct voornamelijk bedoeld als bodemverharding. Het specifieke doel is het creëren van een druk vaste bodem waarop grasgroei mogelijk is. In dit domein zijn verschillende producten gekend onder de vorm van grasdallen, grasbodemwapeningen in kunststof, cellulair beton met aarden bedekking, kunstgrasmatten e.a. Het voorgestelde product laat toe een druk vaste grasbodem te maken zodanig dat er bij intensieve betreding en belasting geen moddervorming of erosie (putvorming) optreedt.

Het grote voordeel van het hier voorgestelde product is dat het gaat om een stortklare, gietbare massa; in tegenstelling tot de bestaande producten; die allen een zeer intensieve manuele plaatsing vereisen. Als enige in zijn soort zal hier het gras wortelen en zijn nutriënten vinden in de massa van het materiaal zelf en niet in aarden uitsparingen tussen beton of kunststof rasters. Als enige in zijn soort bestaat het product uit een mengsel van beton en een organische matrix die in één mengsel worden geproduceerd, waar andere producten eerst apart een betonstructuur moeten hebben die in een tweede fase geïmpregneerd of bedekt wordt met een organisch groeimedium. Als enige in zijn soort kan het organisch groeimedium vrij zijn van teelaarde, hetgeen bij andere producten een belemmering vormt om in één mengsel te werken. Als enige in zijn soort kunnen we de verhoudingen tussen de organische en anorganische fase zeer gemakkelijk variëren waardoor we de eigenschappen kunnen wijzigen in functie van de toepassing. In tegenstelling tot andere producten zijn er in het materiaal geen lucht of gasholtes aanwezig zodat de drukvastheid hierdoor niet wordt verminderd.

Een ander aspect van deze ondergrond is de groeibeperkende eigenschappen ervan voor het er op gezaaide gras. Hierdoor kan het aantal maaibeurten sterk worden verminderd.

Het product situeert zich dus in het domein van de erosie-, modder-werende, en groeibeperkende grasbodem verhardingen.

Toepassingsgebieden zijn talrijk: in de wegenbouw: als berm materiaal op plaatsen die vaak door voertuigen bereden worden.

Als grasgroei vertragende omboording van fietspaden.

Als modder voorkomende bodem op festivalweiden en boerderijen.

- Als oever- en dijk- bekleding van vijvers en waterlopen.

TECHNISCH PROBLEEM WAARVOOR DE UITVINDING EEN OPLOSSING BIEDT.

-Grasbermen langsheen openbare wegen, in het bijzonder de grasstroken tussen het asfalt en de fietspaden die in hetzelfde niveau liggen, worden zeer vaak stuk gereden door parkerende voertuigen of voertuigen die bij het oprijden van een inrit over de berm rijden. Hierdoor ontstaan in deze grasstroken putten en kuilen, is er moddervorming en verdwijnt het gras. -Landelijke fietspaden (bvb fietsknooppuntennetwerk) worden in de zomermaanden vaak tot de helft van hun breedte gereduceerd door hoog opschietend bermgras dat over het fietspad hangt. Dit verplicht de fietsers om elkaar veel dichter te kruisen met hierdoor verhoogde kans op aanrijdingen.

Het maaien van dit hoog opschietend bermgras brengt een hoge onderhoudskost mee voor de bevoegde overheid.

-In landbouwbedrijven zien we in de overgangszone van de weide naar de stallingen waar de dieren intensief betreden dat er sterke moddervorming optreedt.

-Festivalweiden met intensieve betreding (openluchtconcerten) gaan bij regenval zeer snel desintegreren met modder vorming als gevolg. Dit veroorzaakt in eerste instantie hygiënische problemen, maar in crisisomstandigheden ook veiligheidsproblemen (evacuatie...).

-Om de erosieweerstand van oevers en dijken te verbeteren met een esthetische en ecologische verharding.

De voorgestelde uitvinding kan aan de hierboven gestelde problematieken op adequate wijze een oplossing bieden en dit op een economisch rendabele manier.

Zoals reeds aangehaald gaat het hier over een stort-klare, gietbare massa die zoals een klassiek beton langzaam zal uitharden en die in tegenstelling tot de bestaande producten (grasdallen,kunstgras) geen intensieve manuele plaatsing vereist. Het product kan gemanipuleerd worden zoals een klassiek beton; eventueel in een bekisting of sleepbekisting ; of met de lateraal aanwezige verhardingen (betonnen fietspad, asfaltbaan) als aanwezige bekistingsvorm.

OPLOSSING VOOR DE GEPRESENTEERDE PROBLEMATIEK

Het hier gepresenteerde product laat toe enerzijds voldoende drukvastheid, erosieweerstand, treksterkte en gewasinhibitie van een betonproduct te combineren met de vruchtbaarheid, waterdoorlatendheid en gewasstimulatie van teelaarde.

In functie van de gewenste eigenschappen en toepassing kan er binnen bepaalde marges gevarieerd worden met de eigenschappen : drukvastheid, treksterkte, erosieweerstand, vruchtbaarheid ,groei-inhibitie en waterdoorlatendheid.

Dit kan worden bereikt door binnen bepaalde marges de organische en anorganische fasen van het product te laten variëren.

Het product bestaat dus uit een anorganische fase : beton ; en; een organische fase: een koolstof, stikstof en voedingsmineralen bron.

De anorganische fase, het beton, zal zorgen voor de eigenschappen drukvastheid, treksterkte en erosieweerstand. De organische fase zal zorgen voor de groei en controle van de grasgroei. Essentieel voor de beoogde eigenschappen van het product is de manier waarop deze organische en anorganische fasen zich ruimtelijk en volumétrisch tot elkaar verhouden: we moeten als het ware een " versteende spons " structuur creëren waarbij de luchtholtes van de spons opgevuld zijn met de organische fase en het "spons-skelet" bestaat uit beton.

Op die wijze kunnen graswortels bij hun aangroei langzaam penetreren in de organische fase tussen de beton fase door.

DE ANORGANICHE FASE : hiervoor kan in principe elke betonsoort gekozen worden in functie van de gewenste eigenschappen . Alle mogelijke additieven en wapeningen ter versterking kunnen gebruikt worden ; voor zover ze de grasgroei eigenschappen niet ongewenst verstoren . Meestal zal de voorkeur gaan naar een waterdoorlatend beton ( zie standaard bestek 250 ).

DE ORGANISCHE FASE :het organisch materiaal bestaat voornamelijk uit koolstof verbindingen die tevens waterstof bevatten. In de praktijk is het organisch materiaal samengesteld uit minstens koolstof (C) en waterstof (H) vaak ook zuurstof (O). Daarnaast komen nog andere elementen voor : stikstof (N), fosfor (P) en zwavel (S).

Aangezien we voor een optimale grasgroei op ons materiaal we ons inspireren op de natuurlijke grasgroei in natuurlijke bodems, zal het organisch stof gehalte minstens even hoog en gezien de groei-inhiberende eigenschappen van het beton, best hoger zijn .

Ter illustratie: - natuurlijke weiden op kleigrond bevatten 9.7 % organische stof op zandgrond bevatten 6.2% organische stof op leemgrond bevatten 6.0% organische stof - potgrond bevat 20 a 30 % organische stof

Organische stof in het algemeen bestaat uit vele duizenden verschillende complexe organische verbindingen. Koolstof ( C ) vormt het belangrijkste bestanddeel. Er wordt aangenomen dat de organische stof in de bodem gemiddeld 58 % koolstof bevat.

Organische stof in natuurlijke bodems is het organisch materiaal dat afgebroken en getransformeerd is tot op het punt waarbij de herkomst onherkenbaar is geworden: dit wordt humus genoemd ( uit plantenresten, strooisel, bladeren, dierlijke afvalproducten, mest... ). In natuurlijke bodems bindt humus zich aan de kleideeltjes zodat deze samenklitten tot kruimels of aggregaten die samen het klei-humus complex vormen. Zowel humus als de klei deeltjes in de bodem zijn negatief geladen waardoor het klei-humuscomplex positief geladen elementen (H+, K+, Na+, Mg+, Ca+) kan vasthouden. De capaciteit van een bodem om positief geladen elementen vast te houden noemt men de kationen uitwisselingscapaciteit (CEC).

In het hier voorgestelde synthetische bodemmateriaal moeten we deze eigenschappen reproduceren. De anorganische klei-, leem- of zand fase in de natuurlijke bodem gaan we substitueren door een druk vaste betonstructuur.

Om voldoende waterdoorlatendheid en penetratie mogelijkheid voor graswortels te bieden moeten we een "verharde spons" structuur maken : lacunes in de betonstructuur zijn gevuld met organisch materiaal. Hiermee creëren we makroporiën welke zowel voor water- als wortel- infiltratie zal zorgen.

Om deze structuur te kunnen bereiken moeten we ervoor zorgen dat bij het inmengen van de organische fase deze laatste niet verpulvert en volledig als fijne korrel homogeen in het betonmengsel zou worden ingemengd. Het organisch mengsel dat we moeten gebruiken dient dus een zekere stevigheid en structuur stabiliteit te hebben. Verder moet de organische fase zodanig zijn samengesteld dat nutriënten zowel direct, als op middellange en langere termijn aan de graswortels worden geleverd.

Proefondervindelijk werden verschillende organische mengsels geschikt bevonden, maar steeds was er de aanwezigheid vereist van : houtskool en met meststoffen geïmpregneerde, waterverzadigde, houtkrullen. Verder kunnen facultatief worden toegevoegd: stro, gesnipperde boomschors, hout of plantenresten, potgrond of samengeperste potaarde korrels, mest van dierlijke oorsprong. Houtskool wordt gebroken en afgezeefd op een fractie van 0 tot 10 mm met lineaire korrelverdeling. Het is een belangrijke koolstof bron voor de plantengroei, is inert en wordt zeer langzaam afgebroken waardoor het zorgt voor C op lange termijn. Het behoudt tijdens het inmengen zijn dimensies zodat het zorgt voor de macroscopisch cellulaire structuur. Het verhoogd de waterdoorlatendheid en de waterretentie van de bodem; het heeft bovendien filtrerende eigenschappen. Houtskool wordt voor ongeveer 10% van het totaal gewicht toegevoegd.

Met meststoffen geïmpregneerde en waterverzadigde houtkrullen (houtschaafsel) is eveneens een belangrijke koolstof- en andere nutriënten bron voor de grasgroei. Het behoudt tijdens het inmengen zijn filamenteuse vorm en zorgt aldus voor voedingskanaaltjes tussen de houtskool fragmenten. Deze houtkrullen zijn afkomstig uit paardenstallen of kunnen worden vervaardigd door aan droge houtkrullen uit de houtindustrie vloeibare meststoffen toe te voegen. Het wordt ook voor ongeveer 10% van het totaal gewicht toegevoegd. Deze houtkrullen kunnen ten dele worden vervangen door fijn gehakseld en bemest stro of hoog-organische geperste potgrond korrels. Ongeveer 5% van het organo-beton bestaat uit natuurlijk dierlijk mest, bij voorkeur paardenmest dat een hoog koolstof en nutriënten gehalte per gewichtseenheid bevat, maar alle andere natuurlijke mesten kunnen worden gebruikt. In een eerste stadium worden de organische bestanddelen droog gemengd waarna in een tweede stadium het klaargemaakte betonmengsel wordt toegevoegd met bijmengen van het nodige water om een homogene gietbare massa te bekomen. De standaard gewichtsverhouding tussen de organische fase en de betonfase bedraagt 25/75; dit betekend op lOOKg bodemmateriaal is er 75 Kg beton en 25Kg organisch mengsel. Dit levert een product met een behoorlijke drukvastheid ( penetratieweerstand +/_5 MPa ) met toch nog de mogelijkheid van spontane ontkieming na inzaaien te bekomen. Het materiaal wordt in zijn plastische fase verwerkt zoals een klassiek beton: het wordt gegoten in een bekisting met een dikte aangepast aan de benodigde belasting. Voor de meeste toepassingen zal dit tussen de 50 a 150 mm variëren.

Alle gekende betonwapeningen kunnen indien gewenst worden toegepast om nog betere eigenschappen te verkrijgen.

Hogere penetratie weerstand is te bereiken door de anorganische beton fase procentueel te laten toenemen t.o.v. de organische fase. Dit biedt dus een hardere, sterkere bodemlaag waarin spontane gras ontkieming steeds moeilijker verloopt naarmate de organische fase relatief kleiner wordt.(< 25% tot minimaal 5% ).

Wensen we toch hogere drukvastheid en penetratieweerstand te bereiken (> 10 MPa) dan zullen we de betonfase moeten laten toenemen tot maximaal 95%. In zulke bodem kan dan geen spontane ontkieming van het ingezaaide gras meer gebeuren.

Proefondervindelijk werd vastgesteld dat wanneer op het oppervlak van het organo-betonmengsel, een dunne toplaag van 1 a 2 cm teelaarde werd gelegd waarop ingezaaid wordt, de na ontkieming hierin doorgroeiende graswortels wel penetreren in de meer anorganische bodemlaag.

Om nu aan het oppervlak van het organo-beton mengsel toch voldoende penetratieweerstand te creëren zullen we in het pas gegoten, nog niet uitgeharde, bodemmateriaal indentaties maken (bvb met behulp van een rolprint voorzien van nagelpunten). Deze indentaties (indrukkingen) zijn kokervormige instulpingen van 1 a 2 cm diep, diameter 5 a 10 mm, met een onderlinge afstand van 0.5 a 2 cm rastervormig verdeeld over het oppervlak. Over deze geperforeerde toplaag wordt na uitharding de teelaarde in een dunne laag van 1 a2 cm aangebracht en lichtjes aangewalst.

Hierop kan dan het gras worden gezaaid. Het gras kan dus in natuurlijke omstandigheden ontkiemen en een eerste wortelvorming maken. Wanneer de graswortels een lengte hebben van 1 a2 cm komen ze in contact met het hardere organo-beton, waarin ze dan wel zullen penetreren en uiteindelijk ingroeien. We kunnen dan wel vaststellen dat de grasgroei vertraagd is naarmate de anorganische fractie hoger is . In een hoger beton houdend mengsel zal er een veel tragere wortelgroei gebeuren als gevolg van het lagere nutriënten gehalte en de verhoogde penetratieweerstand. Waar een natuurlijke bodem met organische stof gehalte van 6 % ( weide op leemgrond) een grasgroei tot 30 cm/maand (afhankelijk van temperatuur en vochtigheidsgraad), zal dit bij een standaard samenstelling van het organo-beton verminderd zijn tot ongeveer 5 cm/maand. Dit biedt de mogelijkheid om onderhoudsvriendelijke en toch stevige fermen te realiseren.

Proefondervindelijk werd vastgesteld dat in droge periodes het gras op organo-beton bodems even goed tot beter standhoud dan op natuurlijke bodems, dit dank zij de goede waterretentie van de capillaire structuur.

Claims (3)

1. Kenmerkend is de aanwezigheid in het beton van houtskool (2), partikels met afmetingen van 0 tot 15mm.

2. Kenmerkend is de aanwezigheid in het beton van met meststoffen geïmpregneerd, waterverzadigd houtschaafsel (3). Dit houtschaafsel ( 0.5 a 2 mm dikke, 10 tot 30 mm lange, onregelmatige schijfjes hout afkomstig uit industriële houtbewerking) wordt met dierlijke meststoffen en urine geïmpregneerd, hetzij door het te gebruiken in dierenstallen, hetzij door het te mengen met, en laten intrekken van, water opgelost dierlijke mest.

3 .Kenmerkend zijn de aan het oppervlak van het organo-beton aangebrachte indentaties (4) welke de massa van het materiaal niet perforeren. Om in het organo-beton sneller grasontkieming te verkrijgen wordt aan het oppervlak ervan indentaties (4) (indrukkingen of afdrukken) gemaakt in de vorm van naald-, nagel-, piramide-, cilinder-, bol-, kubus-, balk-, of anders gevormde caviteiten. Kenmerkend aan deze indentaties is dat ze de massa van het organo-beton niet perforeren, waardoor het organo-beton ook onder de caviteiten doorloopt. In deze caviteiten wordt potgrond of teelaarde aangebracht. Het hierop aangebrachte graszaad kan dan in optimale omstandigheden ontkiemen waarna de wortels verder kunnen penetreren in het onderliggend organo-beton.