PL248629B1

PL248629B1 - Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa oraz jej zastosowanie

Info

Publication number: PL248629B1
Application number: PL447256A
Authority: PL
Inventors: Marzena Teresa Suchocka
Original assignee: Szkola Glowna Gospodarstwa Wiejskiego W Warszawie
Priority date: 2023-12-22
Filing date: 2023-12-22
Publication date: 2026-01-05
Also published as: PL447256A1; WO2025136135A1

Abstract

Ujawniono samonawożącą się, antykompresyjną mieszankę kamienno-glebową, nadającą się do wykorzystania jako podbudowa, zwłaszcza pod nawierzchnie drogowe, opartą na kruszywach łamanych i składnikach mineralno-organicznych, przyczyniającą się do poprawy warunków siedliskowych dla rozwoju drzew. Przedmiotem zgłoszenia jest również zastosowanie antykompresyjnej mieszanki.

Description

Wynalazek dotyczy samonawożącej antykompresyjnej mieszanki kamienno-glebowej, która może być wykorzystana do wytwarzania podbudowy pod nawierzchnie drogowe, opartej na kruszywach łamanych i składnikach mineralno-organicznych, nadającej się do poprawy warunków siedliskowych rozwoju drzew, mającej zastosowanie w błękitno-zielonej infrastrukturze jako rozwiązanie oparte na naturze (NBS).

Stan techniki

W opisie patentowym PL 173693 ujawniono środek do nadania wartości uprawowych glebie zdegradowanej, zwłaszcza poprzez obecność metali ciężkich. Środek ten stanowią frakcje węglowe i/lub frakcje iłowcowo-węglowe. Wymienione frakcje są wyodrębnione z mułowych odpadów powęglowych. Zmodyfikowany środek zawiera dodatkowo czynnik alkalizujący w ilości 0,5-5% w stosunku do masy suchej odpadu.

W opisie patentowym PL209279 ujawniono sposób przetwarzania środowiska glebowego dla roślin, zwłaszcza dla drzew, który charakteryzuje się tym, że w obręb aktywnych korzeni wprowadza się mieszankę żelową. Dla wprowadzenia mieszanki żelowej wykonuje się wstępny otwór i/lub wprowadza się w glebę lancę, przez którą wtłacza się mieszankę żelową pod ciśnieniem od 2,5 do 10 kG/cm², pod powierzchnię pierścienia wyznaczonego 4+15 średnicami pnia, korzystnie w pasie szerokości b na obwodzie rzutu korony na powierzchnię gleby. Mieszanką żelową jest uwodniony żel lub uwodniony żel z dodatkiem składników pokarmowych i/lub środków ochrony roślin i/lub grzybów mikoryzowych. Sposób i zestaw są szczególnie przydatne dla ratowania zabytkowego starodrzewu, jak i pojedynczych drzew stanowiących zabytki przyrody.

W opisie patentowym PL242481 ujawniona została mieszanka na bazie drobnych frakcji skalnych, użyźniająca glebę i wspomagająca uprawę roślin, przeznaczona do stosowania dla roślin uprawowych, jako naturalny środek poprawiający właściwości gleby, która charakteryzuje się tym, że składa się z drobnych frakcji gnejsu ze złoża Doboszowice 1 w postaci pyłu gnejsowego o wielkości ziaren do 0,05 mm w ilości od 10,00% wag. do 40,00% wag. oraz gnejsowego piasku łamanego o wielkości ziaren od 0,05 do 0,50 mm w ilości od 60,0% wag. do 90% wag.

Głównym wyzwaniem przy sporządzaniu systemów antykompresyjnych jest opracowanie właściwych proporcji składników, gdyż nadmiar ziemi powoduje osiadanie mieszanki, natomiast nadmiar kamieni - niewłaściwą pojemność wodną i zasobność w składniki pokarmowe podłoża.

Problemem w dotychczas stosowanych wariantach jest wyczerpywanie się składników pokarmowych w podbudowach kamienno-ziemnych, które funkcjonują pod nawierzchniami, bez możliwości obiegu materii organicznej.

Praktyczne wykorzystywanie znanych systemów antykompresyjnych jest ograniczone przez ich liczne niedoskonałości:

i) oferują zbyt wysoki odczyn pH, utrudniający lub blokujący pochłanianie substancji odżywczych przez rośliny, ii) zapewniają zbyt niską aktywność mikrobiologiczną, iii) uzyskanie niezbędnych cech odżywczych wiąże się z koniecznością stosowania torfu i innych składników naturalnych, których pozyskiwanie skutkuje niszczeniem środowiska naturalnego, iv) konieczność stosowania elementów nieekologicznych, np. skrzynek z tworzyw sztucznych lub niedostateczne wykorzystywanie potencjału materiałów z recyklingu biologicznego.

Problem techniczny

Problemem jaki stoi do rozwiązania przed przedmiotowym wynalazkiem jest wytworzenie nowej antykompresyjnej mieszanki kamienno-glebowej, która będzie zapewniała zbliżone do naturalnych, optymalne warunki glebowe dla wzrostu drzew oraz przestrzeń dla rozwoju ich systemu korzeniowego, a jednocześnie pozwoli na akumulację wód opadowych, a także zapewni wytrzymałość mechaniczną wymaganą od materiałów wykorzystywanych jako podbudowa pod nawierzchnie drogowe. Tego typu mieszanka jest szczególnie pożądana dla rozwoju i pielęgnacji drzewostanów w obszarach silnie zurbanizowanych.

W szczególności celem wynalazku jest zapewnienie w dłuższym, wieloletnim okresie czasu dostępności składników pokarmowych niezbędnych dla właściwego rozwoju i wzrostu drzew (Ca, Mg, K, P, Na, w mniejszym stopniu N), które z biegiem czasu powinny być stopniowo uwalniane do roztworu glebowego. Substrat ziemisty mieszanki glebowo-kamiennej powinien charakteryzować się zdolnością wymiany kationów CEC większą niż 10 cmol/kg. Pożądane jest, aby w początkowym okresie użytkowania podbudowa według wynalazku dostarczała substrat bardzo zasobny w przyswajalny fosfor (od 175,9 do 264,4 mg/kg s.m. gleby), przyswajalny magnez (od 140,8 do 320,8 mg/kg s.m. gleby) i przyswajalny potas (od 624,4 do 1245,8 mg/kg s.m. gleby). Duże ilości składników pokarmowych roślin zapewnią dobry start wysadzanym drzewom. Przy czym tak wysoka zasobność jest pożądana tylko w początkowym okresie uprawy drzew i później może ulec znaczącemu spadkowi. Istotnym parametrem żyzności podłoża jest stosunek C:N, który nie powinien być szerszy niż 33:1. Zbyt szeroki stosunek C:N prowadzi do niedoboru azotu i spowolnienia procesów mikrobiologicznych, które odpowiadają za przemiany materii organicznej, wietrzenie minerałów, przemiany azotu i wiele innych.

Kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie antykompresyjnej podbudowy posiadającej pojemność retencyjną dla wód opadowych wynoszącą co najmniej 0,17 m ³/m², korzystnie powyżej 0,21 m³/m², najkorzystniej powyżej 0,29 m³/m².

Kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie antykompresyjnej podbudowy nadającej się do wytwarzania nawierzchni drogowych, które mogą być obciążone osią 100 kN o natężeniu KR1-KR3 wg klasyfikacji drogowej.

Istota wynalazku

Nieoczekiwanie, tak określony, kompleksowy cel techniczny został osiągnięty w prezentowanym wynalazku.

Przedmiotem wynalazku jest antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa, charakteryzująca się tym, że zawiera:

- warstwę wegetacyjną o wysokości co najmniej 20 cm, wypełnioną skalnym kruszywem łamanym frakcji 31,5/63 mm, zagęszczoną, a następnie zamuloną substratem glebowym, oraz znajdującą się poniżej tej warstwy,

- warstwę aeracyjno-infiltracyjną o wysokości co najmniej 30 cm, wypełnioną skalnym kruszywem łamanym frakcji 80/150 mm, zagęszczoną, a następnie zamuloną substratem glebowym, przy czym kruszywo skalne zawiera skały wybrane spośród: gabra, bazaltu, diabazu, diorytu, granodiorytu, porfiru lub ich mieszaniny, korzystnie gabra, natomiast substrat glebowy stanowi mieszanina zawierająca:

- kompost z ziemi liściowej w ilości od 0,6 do 1,7 części,

- kompost zielony w ilości od 2,4 do 6,3 części,

- mączkę skalną w ilości 1 części, korzystnie zawierającą gabro, bazalt, tuf lub ich mieszaniny, - sypki składnik mineralny w ilości od 10 do 26 części, przy czym powyższe proporcje składników substratu glebowego podano w stosunku objętościowym - nasypowym - powietrznie suchej masy, natomiast s ypki składnik mineralny stanowi mieszaninę zawierającą: ił w ilości od 5 do 8%, piasek w ilości od 57 do 62%, pył w ilości od 32 do 38%, przy czym powyższe zawartości podano w % objętościowych sypkiego składnika mineralnego.

Korzystnie, substrat glebowy zawiera:

- kompost z ziemi liściowej w ilości 1 części,

- kompost zielony w ilości 3,8 części,

- mączkę gabro w ilości 1 części,

- sypki składnik mineralny w ilości 16 części.

Równie korzystnie, substrat glebowy zawiera:

- kompost z ziemi liściowej w ilości 1,7 części,

- kompost zielony w ilości 6,3 części,

- mączkę bazaltową w ilości 1 części,

- sypki składnik mineralny w ilości 25,7 części.

Równie korzystnie, substrat glebowy zawiera:

- kompost z ziemi liściowej w ilości 0,6 części,

- kompost zielony w ilości 2,4 części,

- tuf w ilości 1 części,

- sypki składnik mineralny w ilości 10 części.

Korzystnie, wysokość warstwy aeracyjno-infiltracyjnej wynosi od 30 do 40 cm.

Korzystnie, antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa według wynalazku zawiera dodatkowo warstwę konstrukcyjną znajdującą się powyżej warstwy wegetacyjnej, wypełnioną skalnym kruszywem łamanym frakcji 4/31,5, korzystnie ze skały gabro lub kwarcytowej, korzystnie o wysokości co najmniej 10 cm.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie antykompresyjnej mieszanki kamienno-glebowej według wynalazku, określonej powyżej, do wytwarzania nawierzchni drogowych pozwalających na wzrost drzew, przy czym korzystnie wspomniana mieszanka jest stosowana do wytwarzania podbudowy.

Korzystnie, podbudowa charakteryzuje się pojemnością retencyjną od 0,17 do 0,31 m³/m².

Korzyści płynące ze stosowania wynalazku

Prezentowany wynalazek posiada liczne zalety.

Stanowiąca realizację przedmiotowego wynalazku podbudowa antykompresyjna pod nawierzchnie (określana także w dalszej części opisu skrótem „PA”) pozwala na powiększenie strefy korzenienia się drzew o strefy komunikacji (nawierzchni pieszo-jezdnych). Może być ona stosowana w celu powiększenia misy drzew nowo sadzonych, lub poprawy warunków siedliskowych drzew istniejących. Zapewnia warunki wzrostu porównywalne do warunków naturalnych, co przekłada się na długi i bezpieczny wzrost drzew, zgodny z ich fazami rozwojowymi, łącznie z naturalną fazą starzenia.

PA zbudowana jest w taki sposób, że umożliwia pobieranie wody przez korzenie żywicielskie, dzieląc system na warstwę wierzchnią wegetacyjną, w której rozwijają się korzenie oraz dolną aeracyjno-infiltracyjną, okresowo zalewaną, z możliwością infiltracji w obrębie koryta nawierzchni.

Prezentowana PA posiada wysoką pojemność retencyjną dla wód opadowych, wynoszącą co najmniej 0,17 m³/m², korzystnie powyżej 0,21 m³/m², najkorzystniej powyżej 0,29 m³/m².

Jednocześnie, konstrukcje nawierzchni wytworzone z wykorzystaniem PA mogą być obciążone osią 100 kN o natężeniu KR1-KR3 wg klasyfikacji drogowej. Badania przeprowadzone na górnej warstwie podbudowy antykompresyjnej wykazały uzyskaną nośność E2+60 MPa do 132 MPa, co odpowiada wymaganiom nośności podłoża pod konstrukcje nawierzchni drogowych wg Katalogów (Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, Załącznik do zarządzenia Nr 31 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 16 06 2014 r. oraz Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych, Załącznik do zarządzenia Nr 30 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 16 06 2014 r.), które powinny wynosić E2>50-80 MPa.

Stosowanie wynalazku pozwala na rozwiązanie kolizji pomiędzy koniecznością zachowania drzew lub ich nasadzenia, a potrzebą rozbudowy infrastruktury komunikacyjnej. W przypadku zastosowania wynalazku, podbudowy nawierzchni umożliwiające komunikację (ścieżki piesze, parkingi, drogi lub place) pełnią funkcje wspierania rozwoju drzew istniejących i nowo sadzonych dla ich długiego i bezpiecznego rozwoju. Pozwala to na zwiększenie liczby drzew rosnących w środowisku miejskim, zwłaszcza w najtrudniejszych dla ich rozwoju pokrytych nawierzchniami lokalizacjach, a co za tym idzie zwiększenie pokrycia koronami drzew, przekładające się na poprawę jakości życia mieszkańców miast.

Szczegółowy opis korzystnych realizacji wynalazku

Realizację wynalazku stanowi podbudowa nawierzchni, która składa się z dwóch warstw kruszyw, zamulanych kolejno w trakcie budowy substratem glebowym.

Przykładowa PA zbudowana jest z dwóch warstw kruszywa łamanego, a w korzystnej realizacji zaopatrzona jest dodatkowo w studzienkę napowietrzająco-nawadniającą, która zapewnia dostęp tlenu do warstw podbudowy nawierzchni oraz odbiera wodę z nawierzchni.

Korzystnie, antykompresyjna podbudowa zaopatrzona jest w co najmniej jeden przelew do instalacji burzowej, kontrolujący wysokość zwierciadła wody w obrębie podbudowy systemu (podbudowy nawierzchni zbudowanej z dwóch warstw kruszywa), co umożliwia pobieranie wody przez korzenie żywicielskie, dzieląc PA na warstwę wegetacyjną, w której rozwijają się korzenie oraz aeracyjno-infiltracyjną.

Korzystnie, kruszywo wykorzystywane do otrzymywania PA to skała gabro, przeciwdziałająca zagęszczaniu się wmytego uprzednio substratu i utrzymująca odpowiednie stosunki powietrzno-wodne oraz poprzez zachodzące procesy wietrzenia, zapewniająca nawożenie wspierające wzrost systemu korzeniowego roślin. Zasadniczy skład kompozycji glebowej zawartej w PA oparty jest na związkach organicznych zawartych w substracie.

Korzystnie, substrat glebowy do wmywania w kruszywo skomponowany jest z mieszaniny kompostu z ziemi liściowej (1 część), kompostu zielonego (3,8 części), mączki gabro (1) i 16 części mineralnej mieszanki substratu ziemistego (stosunek objętościowy - nasypowy - powietrznie suchej masy), o zawartości w części mineralnej substratu: iłu nie przekraczającej 8% oraz piasku (skład granulometryczny typu gliny piaszczystej o zawartości iłu od 5 do 8%, pyłu od 32-38%, piasku od 57 do 62% części wagowych). W podziale na frakcje w części mineralnej substratu znajduje się: piasek bardzo gruby 2,0-1,0 mm - 0%, piasek gruby 1,0-0,5 mm - 6,6%, piasek średni 0,5-0,25 mm 15,4%, piasek drobny 0,25-0,1 mm - 19,3%, piasek bardzo drobny 0,1-0,05 mm - 18%, (frakcja piasku 2,0-0,05 mm - 59%), pył 0,05-0,02 mm - 20%, pył 0,02-0,006 mm - 11%, pył 0,006-0,002 - 4% (frakcja pyłu 0,05-0,002 mm - 35%) (frakcja iłu < 0,002 mm - 6%) (zawartość składników w części mineralnej substratu podana objętościowo - %) (grupa granulometryczna gp). Zaproponowany skład granulometryczny substratu ziemistego o zawartości iłu od 5 do 8% zapewnia odpowiednie właściwości sorpcyjne (magazynowanie składników pokarmowych roślin), wodno-powietrzne oraz mikrobiologiczne. Właściwości te zostały spotęgowane poprzez dodanie do substratu znacznej ilości masy organicznej w postaci kompostu zielonego i kompostu ziemi liściowej. Wprowadzenie do substratu ziemistego kompostu z ziemi liściowej i kompostu zielonego o właściwościach mikrobiologicznych zbliżonych do leśnych ma poprawić ich właściwości mikrobiologiczne.

Substrat glebowy posiada następujące właściwości chemiczne: pH do 7,5, zasolenie 1,35 [w g NaCl/l], zawartości materii organicznej 4,5% [w % s.m.]. (Zasolenie substratu optymalnie 1,5-5,0 mS/cm (1500-5000 μS/cm) lub poniżej 1 ml NaCl/l wody). Z czasem, w miarę utleniania masy organicznej, pobierania przez system korzeniowy drzew kationów zasadowych (np.: Ca i Mg) oraz ich wymywania przez wody opadowe, odczyn substratu będzie się obniżał.

Korzystnie, studzienka napowietrzająco-nawadniająca zapewniająca dostęp tlenu do podbudowy pod nawierzchnie, montowana jest na połowie miąższości warstwy aeracyjnej kruszywa, co zwiększa potencjał rozsączania i napowietrzania podbudowy.

Korzystnie, substrat glebowy skomponowany jest z mineralnych i organicznych komponentów zapewniających składniki odżywcze dla rozwoju korzeni drzew dostępne od razu po ułożeniu PA oraz w perspektywie długookresowej ze względu na procesy erozji powodujące powolne uwalnianie składników skał użytych do wykonania substratu. Zawartość składników pokarmowych w podłożu można także regulować poprzez nawożenie mineralne, ale w przypadku głębokiej uprawy drzew jest to bardziej skomplikowane. Sporządzając substraty ziemiste zastosowano produkty w postaci mielonych skał takich jak gabro, które zapewniają w dłuższym okresie czasu (kilkuletnim) dostępność składników pokarmowych (Ca, Mg, K, P, Na, w mniejszym stopniu N). Skały wybrane do sporządzenia substratów ziemistych zawierają znaczne ilości kationów zasadowych, które stopniowo w procesie wietrzenia są uwalniane do roztworu glebowego. Substrat ziemisty mieszanki glebowo-kamiennej powinien charakteryzować się zdolnością wymiany kationów CEC większą niż 10 cmol/kg. W sporządzonych substratach CEC kształtuje się od 23,5 do 39,2 cmol/kg. Przy czym kompleks sorpcyjny substratu ziemistego jest wysycony głównie kationami zasadowymi, kwasowość hydrolityczna ze względu na odczyn jest znikoma. W kompleksie sorpcyjnym w największych ilościach występuje Ca następnie Mg i K, a w najmniejszych Na. Sporządzone substraty według IUNG (1990) są bardzo zasobne w przyswajalny fosfor (od 175,9 do 264,4 mg/kg s.m. gleby), przyswajalny magnez (od 140,8 do 320,8 mg/kg s.m. gleby) i przyswajalny potas (od 624,4 do 1245,8 mg/kg s.m. gleby). Duże ilości składników pokarmowych roślin zapewnią dobry start wysadzanym drzewom. Przy czym tak wysoka zasobność występuje w początkowym okresie uprawy drzew, ulegając później znaczącemu spadkowi. Po pewnym czasie wietrzejące skały będą stanowiły główne źródło tych pierwiastków (Zawartość makroelementów w substracie ziemistym: kationy wymienne: Ca 32,2 m, mG 3,22, K 3,12, 0,70 Na, CEC: cmol/kg 39,2, Przyswajanie: P 231,8, K 721,6, Mg 161,2).

Korzystnie, warstwy podbudowy zbudowane z: warstwa wegetacyjna z kruszywa łamanego ze skał gabra 31,5/63 z wypełnieniem po zagęszczeniu mieszanką zamulającą, gr. 20 cm (warstwa wegetacyjna), oraz warstwa aeracyjna z kruszywa łamanego 80/150 ze skały gabro, gr. minimalnej 30 cm, a maksymalnej 40 cm, z wypełnieniem po zagęszczeniu mieszanką zamulającą (warstwa aeracyjno-infiltracyjna), uwalniają w fazie wyczerpania składników pokarmowych w obrębie substratu jony z powierzchni ziaren łamanego kruszywa, zasilając korzenie drzew w nieograniczonej czasowo perspektywie czasu, co rozwiązuje problem wyczerpywania się składników pokarmowych dla rozwoju drzew w obrębie zamkniętej w wykopie pod nawierzchnią warstw podbudowy nawierzchni.

W alternatywnych realizacjach skała gabro PA frakcji 31,5/63 oraz 80-150 mm może być zastąpiona analogicznymi frakcjami kruszywa uzyskanego ze skał charakteryzujących się podobnymi właściwościami uwalniania jonów w procesie wietrzenia, takimi jak: bazal t, diabaz, dioryt, granodioryt, porfir lub ich mieszaniny.

Korzystnie, wykonana zgodnie z wynalazkiem podbudowa nawierzchni zapewnia wymaganą nośność nawierzchni, przy czym powinna być ona otoczona standardowo zbudowanym oporem (krawężnikiem drogowym lub obrzeżem na ławie betonowej), o objętości dostosowanej do potrzeb drzew, w szczególności kwadratowym, prostokątnym lub dowolnym rzucie poziomym, o głębokości korytowania nawierzchni (bez warstwy ścieralnej) 50 cm, zapewniającym nośność E2>80 MPa, i właściwy poziom zagęszczenia: wartość wskaźnika odkształcenia E2/E1<4,0 mm, oraz o głębokości korytowania 60 cm lub 70 cm (z warstwą konstrukcyjną gr. 10 cm), zapewniającym nośność E2>80 MPa, i właściwy poziom zagęszczenia: wartość wskaźnika odkształcenia E2/E1<2,2). W korzystnych realizacjach konstrukcje nawierzchni z PA mogą być obciążone osią 100 kN o natężeniu KR1-KR3 wg klasyfikacji drogowej. Badania przeprowadzone na górnej warstwie podbudowy antykompresyjnej wykazały uzyskaną nośność E2+60 MPa do 132 MPa, co odpowiada wymaganiom nośności podłoża pod konstrukcje nawierzchni drogowych wg Katalogów (Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, Załącznik do zrządzenia Nr 31 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 16 06 2014 r. oraz Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych, Załącznik do zarządzenia Nr 30 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 16 06 2014 r.), które powinny wynosić E2>50-80 MPa. Badanie przeprowadzone na podbudowie z kruszywa stanowiącej korzystną realizację wynalazku wykazało nośność E2=172 MPa, co odpowiada nośności podbudowy wg katalogów dla konstrukcji obciążonych ruchem ciężkim >KR3.

W korzystnej realizacji, do substratu ziemistego wprowadzono kompost z ziemi liściowej i/lub kompost zielony o właściwościach mikrobiologicznych zbliżonych do leśnych, który znacząco poprawia właściwości i potencjał mikrobiologiczny, kluczowy dla zapewnienia długoterminowego prawidłowego rozwoju drzew, dla których korzeni podbudowa będzie dostępna.

Korzystnie, PA została sporządzona z zastosowaniem substratu ziemistego, w którym zrezygnowano z wprowadzenia torfu niskiego i wysokiego, co jest korzystne ze względu na ekologiczny aspekt nieniszczenia cennych siedlisk.

Korzystnie, substraty ziemiste mieszanki kamienno-glebowej charakteryzują się stosunkiem C:N od 13:1 do 30:1. Istotnym parametrem żyzności podłoża jest stosunek C:N, który nie powinien być szerszy niż 33:1. Zbyt szeroki stosunek C:N świadczy o niedoborze azotu i spowolnieniu procesów mikrobiologicznych, które odpowiadają za przemiany materii organicznej, wietrzenie minerałów, przemiany azotu i wiele innych.

Korzystnie, PA zawiera mączkę gabro jako składnik wzbogacający w długo działające składniki mineralne, głównie kationy zasadowe.

W korzystnych realizacjach zaprezentowano warianty PA różniące się miąższościami warstw podbudowy, które odpowiadają różnym typom PA przeznaczonym do wykonywania nawierzchni różniących się obciążeniem ruchem.

PA cechuje się właściwościami samonawożącymi, wspierającymi rozwój drzew w perspektywie całego ich okresu życia aż do fazy starości i zamierania.

Przykłady wykonania

Przykład 1. Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa

Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa, która może być wykorzystana jako podbudowa pod nawierzchnie, w wersji podstawowej zbudowana jest z dwóch warstw kruszywa łamanego ze skały, zwłaszcza gabro:

i) górnej warstwy wegetacyjnej, ii) dolnej warstwy aeracyjno-infiltracyjnej.

Warstwa wegetacyjna

Warstwa wegetacyjna podbudowy antykompresyjnej zbudowana jest z kruszywa łamanego ze skał gabra frakcji 31,5/63 mm. Warstwa ta zagęszczana jest po ułożeniu, a następnie zamulana substratem glebowym o składzie opisanym poniżej.

Warstwa aeracyjno-infiltracyjna

Warstwa infiltracyjna podbudowy zbudowana jest z kruszywa łamanego ze skał gabra frakcji 80/150 mm. Dopuszczalne jest zastosowanie innych frakcji o wymiarach ziaren kruszywa pomiędzy a 150 mm, przykładowo frakcja 80/130 mm. Warstwa ta zagęszczana jest po ułożeniu, a następnie zamulana substratem glebowym o składzie opisanym poniżej.

Substrat glebowy

Substrat do wmywania w warstwy kruszywa skomponowany z:

i) mieszaniny kompostu ziemistego (9,244%), kompostu zielonego (23,416%), mączki gabro (3,73%), ii) i części mineralnej mieszanki substratu glebowego o zawartości iłu, pyłu oraz piasku (skład granulometryczny typu gliny piaszczystej o zawartości iłu od 5 do 8%, pyłu od 32-38%, piasku od 57 do 62% części wagowych) (63,60% zawartości w substracie). Zawartość składników podana objętościowo (%), (grupa granulometryczna gp).

Skład granulometryczny substratu ziemistego ma zawierać od 5 do 8% iłu, co zapewnia odpowiednie właściwości sorpcyjne (magazynowanie składników pokarmowych roślin), wodno-powietrzne oraz mikrobiologiczne. Właściwości te zostały spotęgowane poprzez dodanie do substratu znacznej ilości masy organicznej w postaci kompostu i kompostu zielonego. Wprowadzenie do substratu ziemistego kompostu i kompostu zielonego o właściwościach mikrobiologicznych zbliżonych do leśnych ma poprawić ich właściwości mikrobiologiczne.

Zawartość składników pokarmowych w podłożu można regulować poprzez nawożenie mineralne mimo, że w przypadku głębokiej uprawy drzew jest to bardziej skomplikowane.

Substrat glebowy opracowany został z zastosowaniem mielonych skał gabro, która ma zapewnić w dłuższym okresie czasu (kilkuletnim) dostępność składników pokarmowych (Ca, Mg, K, P, Na, w mniejszym stopniu N). Skały wybrane do sporządzenia substratu ziemistego zawierają znaczne ilości kationów zasadowych, które stopniowo w procesie wietrzenia będą uwalniane do roztworu glebowego. Substrat glebowy PA powinien charakteryzować się zdolnością wymiany kationów CEC większą niż 10 cmol/kg. W sporządzonym substracie CEC uzyskano wartość 11 cmol/kg. Przy czym kompleks sorpcyjny substratu glebowego jest wysycony głównie kationami zasadowymi, kwasowość hydrolityczna ze względu na odczyn jest znikoma. W kompleksie sorpcyjnym w największych ilościach występuje Ca, następnie Mg i K, a w najmniejszych Na. Sporządzone substraty według IUNG (1990) są bardzo zasobne w przyswajalny fosfor (od 175,9 do 264,4 mg/kg s.m. gleby), przyswajalny magnez (od 140,8 do 320,8 mg/kg s.m. gleby) i przyswajalny potas (od 624,4 do 1245,8 mg/kg s.m. gleby). Duże ilości składników pokarmowych roślin zapewnią dobry start wysadzanym drzewom. Przy czym tak wysoka zasobność będzie tylko w początkowym okresie uprawy drzew, później ulegnie znaczącemu spadkowi. Przy czym w czasie wietrzejące skały będą dalej stanowiły źródło tych pierwiastków (zawartość makroelementów w substracie glebowym: kationy wymienne: Ca 32,2 m, Mg 3,22, K 3,12, 0,70 Na, CEC: cmol/kg 39,2, Przyswajanie: P 231,8, K 721,6, Mg 161,2).

Warstwy wegetacyjna i aeracyjno-infiltracyjna uwalniają w fazie wyczerpania składników pokarmowych w obrębie substratu jony ze swojej powierzchni, zasilając korzenie drzew w nieograniczonej czasowo perspektywie czasu, co rozwiązuje w długookresowej perspektywie czasu problem wyczerpywania się składników pokarmowych dla rozwoju drzew z zamkniętej w wykopie pod nawierzchnią warstw podbudowy nawierzchni.

Substrat glebowy posiada następujące właściwości chemiczne: pH do 7,5, zasolenie substratu pomiędzy 1,5-5,0 mS/cm (1500-5000 μS/cm) lub poniżej 1 ml NaCl/l wody, zawartości materii organicznej 4-6% [w % s.m.]. Należy zaznaczyć, że z czasem w miarę utleniania masy organicznej, pobierania przez system korzeniowy drzew kationów zasadowych (np.: Ca i Mg) oraz ich wymywania przez wody opadowe, odczyn substratu będzie się obniżał.

Przykład 2. Sposób otrzymywania podbudowy nawierzchni drogowej z wykorzystaniem antykompresyjnej mieszanki kamienno-glebowej według wynalazku

Przykład dotyczy uzyskania podbudowy nawierzchni drogowej z wykorzystaniem antykompresyjnej mieszanki kamienno-glebowej (PA) według wynalazku, zabezpieczającej warunki wzrostu dla istniejących drzew.

PA układana jest w sąsiedztwie mis drzew nowo sadzonych. Misa zbudowana jest w sposób pozwalający na rozrost korzeni drzewa z misy do PA.

PA układana jest w systemach korzeniowych drzew istniejących, po odkryciu ich za pomocą znanych metod ogrodniczych nie uszkadzających korzeni, takich jak np. metoda z użyciem AirSpade. Obrzeża nawierzchni w sąsiedztwie pnia drzewa istniejącego zbudowane są nad korzeniami drzewa istniejącego, bez ich przecinania, w sposób pozwalający na rozrost korzeni w PA.

PL 248629 Β1

W korycie nawierzchni układana jest warstwa aeracyjno-infiltracyjna PA i zagęszczana z zastosowaniem standardowych zagęszczarek płytowych. Następnie warstwa ta zamulana jest substratem glebowym. Substrat glebowy układany jest warstwami po 3 cm i wmywany przez polewanie swobodnym strumieniem wody.

Następnie układana jest warstwa wegetacyjna PA i zagęszczana z zastosowaniem standardowych zagęszczarek płytowych. Następnie warstwa ta zamulana jest substratem glebowym. Substrat układany jest warstwami po 3 cm i wmywany przez polewanie swobodnym strumieniem wody.

Stosunek objętościowy frakcji kamieni do frakcji substratu w podbudowie antykompresyjnej wynosi korzystnie 5:1.

W korzystnej realizacji PA jest dodatkowo zaopatrzona w studzienkę napowietrzająco-nawadniającą, która zapewnia dostęp tlenu do warstw podbudowy nawierzchni oraz odbiera wodę z nawierzchni. Korzystnie, studzienka montowana jest w nawierzchni z PA, w liczbie minimum 1 szt./drzewo, w bezpośrednim sąsiedztwie drzewa.

Przykład 3. Podbudowy pod nawierzchnie drogowe o różnej nośności

Antykompresyjna podbudowa według wynalazku może być stosowana jako podbudowa drogowa, parkingów, chodników, ścieżek pieszych. Opisane poniżej przykładowe warianty podbudowy różnią się miąższością warstwy wegetacyjnej (WW) i warstwy aeracyjno-infiltracyjnej (WAl) oraz ewentualną obecnością dodatkowej warstwy konstrukcyjnej (WK). Wszystkie te podbudowy nadają się do przenoszenia obciążeń ruchem pieszym i samochodowym.

Dobór zastosowanej wierzchniej warstwy ścieralnej powinien być dostosowany do przewidywanego natężenia ruchu. W przypadku nawierzchni typu KR1 (ruch pieszy, samochody osobowe oraz sporadyczny wjazd samochodu ciężkiego) mogą być stosowane wierzchnie warstwy mineralne. W przypadku nawierzchni typu KR3 (ruch pieszy, samochody osobowe oraz ruch ciężki - samochody ciężarowe) mogą być stosowane wierzchnie warstwy obejmujące nawierzchnie betonowe, asfaltowe, kamienne; lite lub z kostek brukowych.

Miąższość warstw wpływa również na pojemność retencyjną PA, która powinna być dostosowana do potrzeb związanych z koniecznością zagospodarowania wody opadowej.

Jako przykładowe realizacje podbudowy o różnym przeznaczeniu (nośności i pojemności retencyjnej) przygotowano warianty I-III, które zostały przedstawione poniżej.

Wariant I cm

warstwa ścieralna	wg. projektu
warstwa wegetacyjna - kruszywo łamane ze skał gabra 31,5/63 mm z wypełnieniem substratem zamulającym	20
warstwa aeracyjno-infiltracyjna ze skał gabra frakcji 80/150 mm z wypełnieniem substratem zamulającym	30

Wariant II cm

warstwa ścieralna	wg. proj ektu
warstwa konstrukcyjna. - podbudowa, z kruszywa łamanego 4/31,5 ze skały gabro lub kwarcytowej gr. 10 cm	10
warstwa wegetacyjna - kruszywo łamane ze skał gabra 31,5/63 mm z wypełnieniem substratem zamulającym	20
warstwa aeracyjno-infiltracyjna ze skał gabrafrakcji 80/150 mm z wypełnieniem substratem zamulającym	30

PL 248629 Β1

Wariant III cm

warstwa ścieralna	wg. projektu
warstwa konstrukcyjna - podbudowa z kruszywa łamanego 4/31,5 ze skały gabro lub kwarcytowej gr. 10 cm	10
warstwa wegetacyjna - kruszywo łamane ze skał gabra 31,5/63 mm z wypełnieniem substratem zamulającym	20
warstwa aeracyjno-infiltracyjna ze skał gabra frakcji 80/150 mm z wypełnieniem substratem zamulającym	40

Dla uzyskanych wariantów nawierzchni wykonano pomiary nośności wg normy PN-S-02205¹⁾oraz pojemności retencyjnej.

Tabela 1

Charakterystyka wariantów PA

Wariant	Charakterystyka warstwy	Warstwa ścieralna [cm]	Nośność na PA [MPa]	Pojemność retencyjna (m3/m2)
WAI	WW	WK
Wariant 1 miąższość warstw PA 50 cm.	warstwa aeracyjno infiltracyjna z kruszywa łamanego 80/150 ze skały gabro z wypełnieniem mieszanką zamulającą	warstwa wegetacyjna z kruszywa łamanego ze skał gabra 31,5/63 z wypełnieniem mieszanką zamulającą gr. 20 cm	brak	wg projektu	PA (WI+WW) zapewnia nośność E2>=80 MPa. Warstwa PA może stanowić nośne podłoże drogowe spełniające warunki nośności (E2>80MPa) wymagane przepisami w obowiązujących dokumentach technicznych [3. 4, 7] Zapewnia wartość wskaźnika odkształcenia wymaganego dla kruszyw kamienistych, grubookruchowych znacznie niższy niż 4.0. właściwy poziom zagęszczenia PA.	0,17-0,19

PN-S-02205:1998 Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymagania i badania.

PL 248629 Β1

Wariantu miąższość warstw PA 60 cm.	warstwa infiltracyjno aeracyjna z kruszywa łamanego 80/150 ze skały gabro z wypełnieniem mieszanką zamulającą gr. 30 cm	warstwa wegetacyjna z kruszywa łamanego ze skal gabro 31,5/63 z wypełnieniem mieszanką zamulającą gr. 20 cm	podbudowa z kruszywa łamanego 4/31,5 ze skały gabro lub kwarcytowej gr. 10 cm	wg projektu	PA(WI+WW) + WK zapewnia nośność E2=132.4 MPa + 225 MPa., Katalogu [3, 4], gdzie nośność podbudowy powinna wynosić E2>130MPa. PA zapewnia prawidłową wartość wskaźnika odkształcenia E2/E1<2.2.	0,21-0,23
Wariant III Miąższość warstw PA 70 cm.	warstwa aeracyjna z kruszywa łamanego 80/150 ze skały gabro z wypełnieniem mieszanką zamulającą gr. 40 cm	warstwa wegetacyjna z kruszywa łamanego ze skał gabro 31,5/63 z wypełnieniem doświadczalną mieszanką zamulającą gr. 20 cm	podbudowa z kruszywa łamanego 4/31,5 ze skały gabro lub kwarcytowej gr. 10 cm	wg projektu	PA (WI+WW) + WK zapewnia nośność E2=132.4 MPa - 225 MPa., co spełnia wymagania dla ruchu lekkiego Katalogu [3, 4], gdzie nośność podbudowy powinna wynosić E2>130 MPa. PA zapewnia prawidłową wartość wskaźnika odkształcenia E2/E 1=2.0 <2.2.	0,29-0,31

Wnioski

Stosując podbudowę według wynalazku uzyskano nośność większą niż w przypadku konstrukcji klasycznej podbudowy.

PA o gr. 50+60 cm na proponowanym podłożu wysadzinowym G4 zapewnia uzyskanie nośności wymaganej dla podłoża drogowego E2>80 MPa. PA ze względu na grubość wynoszącą 50+60 cm zabezpiecza przeciwmrazowo podłoże wysadzinowe lub wątpliwe należące do grupy G2+G4, przez co można je traktować jako warstwę mrozoochronną. PA może stanowić podłoże drogowe dla posadowienia konstrukcji nawierzchni drogowej. Grubość i układ nadległych warstw powinna wynikać z przewidywanego obciążenia ruchem. Przedmiotowe konstrukcje wg wynalazku spełniają wymagania obciążenia konstrukcji dla ruchu pieszego i samochodowego lekkiego ze sporadycznym wjazdem samochodu ciężkiego (z nawierzchnią mineralną), oraz pieszego, lekkiego i ciężkiego z zastosowaniem nawierzchni twardych (asfaltowe, betonowe, z kostki brukowej) - PA może być obciążone ruchem ciężkim (samochody ciężarowe) w przypadku wykonania odpowiednich dostosowanych do przewidzianego ruchu na warstwie konstrukcji (wariant II i III).

Przykład 4. Optymalizacja składu substratu glebowego

Wstępnymi badaniami objęto 15 produktów przeznaczonych do skomponowania substratu ziemistego do tzw. mieszanki kamienno-glebowej, przeznaczonej jako podłoże do sadzenia drzew w środowisku miejsko-przemysłowym.

Wykorzystano następujące składniki przeznaczone do skomponowania substratu ziemistego do mieszanki glebowo-kamiennej:

1. Biohumus granulowany;

2. Kompost (z ziemi liściowej);

3. Kompost ze zrębek;

4. Torf niski;

5. Torf wysoki;

6. Kompost zielony;

7. Kompost pieczarkowy;

8. Tuf;

9. Wierzchnica z torfowiska (mursz);

10. Ziemia próchniczna 2;

11. Ziemia próchniczna 1;

12. Ziemia bezpróchniczna;

13. Mączka bazaltowa;

14. Zeolit;

15. Mączka gabro.

W celu uzyskania mieszanki substratu glebowego powietrznie suche składniki roztarto w moździerzu ceramicznym i przesiano przez sito o średnicy 2 mm w celu oddzielenia części szkieletowych. W 15 składnikach określono pH w H2O i KCl - potencjometrycznie, zasolenie - konduktometrycznie, zawartość materii organicznej poprzez żarzenie próbek w temperaturze 550°C oraz zawartość CaCO3 metodą polową poprzez polanie próbek 10% HCl i obserwację intensywności burzenia. Na podstawie cech morfologicznych i uzyskanych wyników - materii strat przy wyżarzaniu, pH i zasolenia, z 15 składników wybrano 9 (1, 2, 3, 6, 8, 11, 13, 14 i 15) do skomponowania substratów ziemistych do mieszanki glebowo-kamiennej. W wybranych 9 składnikach oznaczono także zawartość węgla i azotu ogólnego za pomocą analizatora elementarnego firmy Costech oraz gęstość nasypową przy użyciu cylinderków Kopeckiego o objętości 100 cm³.

Po oznaczeniu właściwości 9 składników (1, 2, 3, 6, 8, 11, 13, 14 i 15) przygotowano z nich 15 różnych kompozycji substratów ziemistych przeznaczonych do skomponowania mieszanki glebowo-kamiennej. W substratach ziemistych oznaczono:

- skład granulometryczny metodą areometryczną Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego, udział procentowy podfrakcji piasku określono przy pomocy zestawu sit o zmiennej wielkości oczka; grupy granulometryczne określono wg PTG (2008);

- zawartość węglanów wapnia (CaCO3) metodą Scheiblera;

- odczyn gleby, w wodzie (H2O) i roztworze chlorku potasu (KCl) o stężeniu 1 mol^dm^-3 - metodą potencjometryczną przy użyciu pehametru Orion 420A z elektrodą zespoloną;

- zawartość substancji organicznej jako ubytek masy w czasie wyżarzania w temperaturze 550°C;

- zasolenie - konduktometrycznie;

- przyswajalny fosfor i potas - metodą Egnera-Riehma oraz przyswajalny magnez - metodą Schachtschabela. Ocenę zawartości przyswajalnych makropierwiastków w glebie wykonano na podstawie liczb granicznych IUNG (1990);

- zawartość kationów wymiennych: Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺ - ekstrahowanych roztworem octanu amonu o stężeniu 1 mol^dm^-3, a następnie oznaczonych przy użyciu spektrometru ASA Unicam Solaar 929;

- zawartość ogólnych form węgla (C), azotu (N) oraz siarki (S) za pomocą analizatora elementarnego firmy Costech;

Oznaczone właściwości pozwoliły na wyliczenie:

- stosunku C:N;

- sumy kationów wymiennych (CEC) wg wzoru:

CEC=Ca+Mg+Na+K [cmol/kg gleby]

Określono charakterystykę cech morfologicznych i właściwości 15 składników przeznaczonych do produkcji kompozycji substratu mieszanki glebowo-kamiennej.

PL 248629 Β1

Tabela 2

Podstawowe właściwości składników

Wariant mieszanki	pH wH₂0	pH wKCl	Zasolenie [pS/cm]	CaCO₃	N	c	. Straty przy żarzeniu	Woda higr.	Gęstość nasypowa [Mg/m³]
[%]
1*	7,64 7,63	7,33 7,42	6200 6900	Brak	0,29 0,34	24,99 27,59	34,10 34,00	8,4 8,3	0,81
2	8,13 8,15	7,65 7,57	1330 1200	Brak	0,81 0,95	11,09 11,99	17,53 16,83	3,4 13,0	0,66
3	7,70 7,62	7,35 7,13	1256 1345	Brak	1,29 1,52	20,85 22,84	50,31 47,07	7,8 8,2	0,40
4	6,06 6,09	5,60 5,61	626 659	Brak	no no	no no	47,34 47,85	16,4 16,5	0,59
5	3,64 3,72	2,63 2,61	81,0 71,0	Brak	no no	no no	91,50 91,21	11,4 8,1	1,16
6	8,03 8,01	7,36 7,37	3930 4700	Brak	1,67 1,85	18,98 19,61	27,00 26,78	7,2 7,2	0,61
7	7,51 7,52	7,19 7,20	10800 93 00	Brak	no no	no no	55,16 55,23	13,4 13,3	0,46
8	8,24 8,24	6,96 6,91	71,2 68,8	Brak	ns ns	0,46 0,44	4,47 4,28	6,7 6,6	1,00
9	7,74 7,82	7,35 7,33	754 732	Brak	no no	no no	37,04 32,06	H,0 9,0	0,52
10	7,98 7,87	7,66 7,65	334 386	Brak	no no	no no	3,54 3,61	1,1 1,0	1,24
11	6,22 6,17	5,47 5,40	96,4 100,0	Brak	0,15 0,16	2,08 2,25	3,56 3,67	0,9 0,8	1,08
12	7,33 7,36	7,11 6,93	103,5 100,2	Brak	no no	no no	1,61 1,63	1,3 1,3	1,43
13	10,04 10,00	8,61 8,58	379 398	Brak	ns ns	0,47 0,48	0,89 0,94	0,4 0,4	1,61
14	7,07 7,06	5,02 5,05	30,6 28,12	Brak	0,00 0,033	0,089 0,087	6,70 5,85	4,0 3,5	1,04
15	9,03 9,04	8,16 8,18	74,5 78,5	Brak	ns ns	0,62 0,63	1,84 3,05	0,6 0,5	0,86

* - produkty wybrane do sporządzenia substratów ziemistych do mieszanki glebowo-kamiennej, no-nie oznaczono, ns - nie stwierdzono

PL 248629 Β1

Z 15 składników wybrano 9, z których sporządzono 15 wariantów kompozycji substratów glebowych. Spośród testowanych składników (1,2, 3, 6, 8, 11, 13, 14 i 15) wybrano dwa, które będą stanowiły główny materiał kompozycji substratów glebowych: składnik 11 (gliniasta ziemia próchniczna 1) oraz składnik 6 (kompost zielony). W kilku przypadkach zamiennie ze składnikiem 2 zastosowano produkt 1 (humus granulowany). Składniki te zapewniają odpowiednie uziarnienie substratu ziemistego, pH i zawartość próchnicy. Pozostałe spośród wybranych składników (3, 6, 8, 13, 14, 15) stanowiły, w poszczególnych wariantach kompozycji substratu glebowego, uzupełnienie nawozowe. Składniki uzupełniające wybrano na podstawie ich odmiennych właściwości i roli nawozowej, którą będą pełnić w substracie glebowym. Składniki nr 8, 13, 14 i 15 stanowią naturalne skały charakteryzujące się dużą zawartością kationów zasadowych (Ca, Mg, K, Na) oraz mikroelementów (Fe, Mn), które będą stopniowo uwalniać się do środowiska glebowego. Ponadto składnik 14 charakteryzuje się dużymi zdolnościami sorpcyjnymi (poprawia odporność na zanieczyszczenia chemiczne). Składniki 2 (kompost ztzw. ziemi liściowej) i 3 (kompost ze zrębek) wybrano ze względu na ich specyficzny materiał organiczny, który stanowią odpady drzewne (liście, kora, trociny, patyczki) z częściami ziemistymi, które będą stanowić szczepionkę mikrobiologiczną siedlisk leśnych (wymagane badania mikrobiologiczne), która ułatwi ukorzenienie się drzew.

Ilościowy dobór poszczególnych składników dokonano głównie na podstawie zawartości w nich materii organicznej. W mniejszym stopniu uwzględniono odczyn, ponieważ dostarczone składniki charakteryzowały się odczynem obojętnym lub zasadowym, a tylko składnik 11 miał odczyn lekko kwaśny natomiast składnik 5 silnie kwaśny. Składnik 11 wykorzystano jako główny składnik mieszanki substratu glebowego, natomiast ze składnika 5 zrezygnowano ze względu na jego niekorzystne właściwości (takie jak pH, trudna dostępność).

Na podstawie zawartości materii organicznej w wybranych składnikach wyliczono ich korzystne udziały w kompozycji substratu glebowego (Tab. 3).

Tabela 3

Badane kompozycje substratu glebowego

Numer substratu ziemistego	Mieszanka produktów	Stosunek wagowy powietrznie suchej masy	Stosunek objętościowy (nasypowy) powietrznie suchej masy
1	11+6 + 13	18,4:2,2:1	40:9,5:1
2	11 + 6+8	8,4:1:1	10:2,4:1
3	11+6 + 3+8	8,4:1: 0,8:1	10:2,4:2,5:1
4	11 + 6 + 3+13	18,4:2,2:1,8:1	26,7:6,3:6,7:1
5	11 + 6 + 2+13	18,4:2,2:1,8:1	26,7:6,3:1,7:1
6	11+6 + 2+8	8,4:1:0,8:1	10:2,4:0,6:1
7	11 + 6 + 2+14	20,2:2,4:2:1	26,7:6,3:1,7:1
8	11 + 6+3+14	20,2:2,4:2:1	26,7:6,3:6,7:1
9	11+6 + 3	10,1:1,2:1	26,7:6,3:1
10	11+6 + 2	10,1:1,2:1	16,7:3,8:1

PL 248629 Β1

11	11 + 1+3	10,1:1,2:1	4:0,5:1
12	11 + 1+2	10,1:1,2:1	16:2:1
13	11+6+15	18,4:2,2:1	16:3,8:1
14	11 +6+3+15	18,4:2,2:1,8:1	16:3,8:4:1
15	11 + 6 + 2+15	18,4:2,2:1,8:1	16:3,8:1:1

Punktem wyjścia do sporządzenia substratu glebowego, były przyjęte założenia według których, części ziemiste mieszanki kamienno-glebowej powinny wykazywać skład granulometryczny gliny piaszczystej o procentowym udziale poszczególnych podfrakcji:

- glina (wg polskich norm ił):	0,001-0,002 mm: 0-2%,
- mada drobna (wg polskich norm pył drobny):	0,002-0,006 mm: 2-6%,
- mada średnia (wg polskich norm pył średni):	0,006-0,02 mm: 8-16%,
- mada gruba (wg polskich norm pył gruby):	0,02-0,06 mm: 13-26%,
- piasek drobny:	0,06-0,2 mm: 25-33%,
- piasek średni:	0,2-0,6 mm: 11-24%,
- piasek gruby:	0,6-2 mm: 0-16%,
- żwir drobny:	2-6 mm: 0-10%.

Wyniki

Jako korzystne do rozwoju korzeni drzew uznano warianty 5, 6 i 15.

W wyniku analiz wybrany został najkorzystniejszy pod względem zapewnienia warunków do rozwoju korzeni, substrat do wmywania w kruszywo (wariant nr 15), skomponowany z (ilości podane jako stosunek objętościowy - nasypowy - powietrznie suchej masy) mieszaniny kompostu z ziemi liściowej (1 część), kompostu zielonego (3,8 części), mączki gabro (1 część) i części mineralnej mieszanki substratu ziemistego (16 części zawartości w substracie) o zawartości iłu nie przekraczającej 8% oraz piasku (skład granulometryczny typu gliny piaszczystej o zawartości iłu od 5 do 8%, pyłu od 32-38%, piasku od 57 do 62% części wagowych) (grupa granulometryczna gp). Zaproponowany skład granulometryczny substratu ziemistego o zawartości iłu od 5 do 8% zapewni odpowiednie właściwości sorpcyjne (magazynowanie składników pokarmowych roślin), wodno-powietrzne oraz mikrobiologiczne. Właściwości te zostały spotęgowane poprzez dodanie do substratu znacznej ilości masy organicznej w postaci kompostu zielonego i kompostu ziemi liściowej. Wprowadzenie do substratu ziemistego kompostu z ziemi liściowej i kompostu zielonego o właściwościach mikrobiologicznych zbliżonych do leśnych ma poprawić ich właściwości mikrobiologiczne.

Warianty 5, 6 i 15 przebadane zostały pod kątem potencjału mikrobiologicznego. W tych badaniach wykazały one również korzystne właściwości sprzyjające wzrostowi drzew.

Wnioski

Z przebadanych 15 wariantów kompozycji substratów glebowych wybrano 3 o największym potencjale. Wszystkie warianty (5, 6 i 15) są korzystne dla rozwoju korzeni drzew i mogą być stosowne do zamulania kruszyw w podbudowie antykompresyjnej.

Wszystkie warianty substratu skomponowane są z komponentów mineralnych i organicznych. Nie zawierają torfu, co ma korzystny wpływ na ochronę środowiska, zwłaszcza ekosystemów o kluczowym znaczeniu dla retencji. Kompozycje 5, 6 i 15 zawierają kompost zielony, stanowiący obecnie trudny do zagospodarowania odpad miejski, którego wykorzystanie wspiera zasady gospodarki cyrkulacyjnej.

Wariant nr 15 został wybrany ze względu na optymalne, najkorzystniejsze z trzech badanych, właściwości dla rozwoju korzeni drzew, zgodne z wymaganiami ogrodnictwa (C:N =11).

Warianty 5 (C:N = 17) i 6 (C:N = 14), mają zastosowanie w zanieczyszczonym lub zasolonym siedlisku ze względu na duże właściwości buforowe (zdolność pochłaniania zanieczyszczeń w kompleksie sorpcyjnym substratu).

PL 248629 Β1

Istotnym celem wynalazku było dostarczenie podłoża samonawożącego się, dogodnego dla wzrostu drzew.

Użyta w szczególnie korzystnej realizacji wynalazku, wariantu 15, skała gabro, to skała zasadowa głębinowa, średnio- lub gruboziarnista. Należy ona do grupy diorytoidów i gabroidów. Zawiera >90% plagioklazów w stosunku do skaleni potasowych (do 10%), do 5% kwarcu, 25-60% minerałów ciemnych. Na diagramie klasyfikacyjnym QAPF gabro zajmuje wraz z diorytem pole 10. Plagioklazy gabra zawierają >50% cząstki anortytowej (labrador, bytownit, anortyt). Gabro zawiera >30% minerałów ciemnych. W gabrze wśród minerałów ciemnych dominują pirokseny (L. von Buch, 1810).

Istotnym parametrem substratu glebowego jest zasobność w składniki pokarmowe. Zawartość składników pokarmowych w podłożu można łatwo regulować poprzez nawożenie mineralne mimo, że w przypadku głębokiej uprawy drzew, zwłaszcza przykrytych nawierzchnią nieprzepuszczalną systemach korzeniowych, jest to skomplikowane i dotychczas nie przynosiło spodziewanych efektów. W wariancie 15 w składzie substratu glebowego użyto dodatku mączki gabro: materiał pylisty roztarty może być wykorzystany bezpośrednio do produkcji substratu mieszanki kamienno-glebowej.

Jest to skała zasobna w kationy o charakterze zasadowym.

Składnik	pH w H2O	pH w KCI	Zasolenie [pS/cm]	CaCO₃	N	C	Straty przy żarzeniu	Woda higr.	Gęstość nasypowa [Mg/m3]
gabro	9,03 9,04	8,16 8,18	74,5 78,5	Brak	ns ns	0,62 0,63	1,84 3,05	0,6 0,5	0,86

Sporządzając substraty glebowe warto zastosować produkty w postaci mielonych skał takich jak gabro (ale również wykorzystane w wariancie 5 i 6 tuf i bazalt), które mają zapewnić w dłuższym okresie czasu (kilkuletnim) dostępność składników pokarmowych (Ca, Mg, K, P, Na, w mniejszym stopniu N). Skały wybrane do sporządzenia substratów ziemistych zawierają znaczne ilości kationów zasadowych, które stopniowo w procesie wietrzenia będą uwalniane do roztworu glebowego. W okresie dłuższym nawożenie zapewniać będzie wietrzenie skał większych frakcji, z których zbudowane są warstwy nośne antykompresyjnej podbudowy.

Właściwie przygotowany substrat glebowy powinien charakteryzować się zdolnością wymiany kationów CEC większą niż 10 cmol/kg. W sporządzonych substratach CEC kształtuje się od 23,5 do 39,2 cmol/kg. Przy czym kompleks sorpcyjny substratu ziemistego jest wysycony głównie kationami zasadowymi, kwasowość hydrolityczna ze względu na odczyn jest znikoma. W kompleksie sorpcyjnym w największych ilościach występuje Ca, następnie Mg i K, a w najmniejszych Na.

Co więcej substrat glebowy powinien mieć optymalne pH w zakresie 3,5-8,2, korzystnie 5,5-6,3. Sporządzone substraty ziemiste mają pH w KCI od 6,49 do 6,95 (jest to odczyn od lekko kwaśnego do obojętnego), natomiast pH w H2O na ogół nie przekracza 7,2 (odczyn obojętny). Stosunkowo wysoki odczyn substratów (nieco powyżej wartości optymalnych) wynika na ogół z zasadowego odczynu produktów (komposty, skały mielone) zastosowanych do użyźnienia substratów, przy czym nie wynika to z obecności w nich CaCOs. Należy zaznaczyć, że z czasem w miarę utleniania masy organicznej, pobierania przez system korzeniowy drzew kationów zasadowych (np.: Ca i Mg) oraz ich wymywania przez wody opadowe, odczyn substratu będzie się obniżał.

Istotnym parametrem żyzności podłoża jest stosunek C:N, który nie powinien być szerszy niż 33:1. Zbyt szeroki stosunek C:N świadczy o niedoborze azotu i spowolnieniu procesów mikrobiologicznych, które odpowiadają za przemiany materii organicznej, wietrzenie minerałów, przemiany azotu i wiele innych. Sporządzone substraty ziemiste mieszanki kamienno-glebowej charakteryzują się stosunkiem C:N od 11:1 (wariant 15 - podstawowy) do 14:1 (wariant 6) i 17:1 (wariant 5). Wariant nr 15 charakteryzuje się najkorzystniejszą wartością współczynnika C:N.

Przeprowadzono również eksperyment połowy z wykorzystaniem wynalazku. Wykonano budowę miejsc postojowych z wykorzystaniem 4 wariantów podbudowy wraz z układaniem warstwy ścieralnej: typ I, typ II, typ III (warianty podbudowy antykompresyjnej wg wynalazku), oraz typ IV (standardowa podbudowa nawierzchni, bez możliwości rozwijania się korzeni drzew pod nawierzchnią) wraz z układaniem obrzeży, a także wykonaniem robót uzupełniających polegających na montażu studzienki rewizyjnej napowietrzająco-nawadniającej oraz studzienki odwadniającej. Warianty I,

PL 248629 Β1

II i III zamulone zostały substratem. W sąsiedztwie miejsc postojowych wykonano misę i posadzono drzewo.

Eksperyment wykazał prawidłowy, długoterminowy rozwój i lepszy wzrost drzew w sąsiedztwie poletek wariantów I, II i III w porównaniu do drzewa rosnącego w sąsiedztwie wariantu IV (kontrola).

Przykład 5. Pomiar pojemności retencyjnej

Badanie przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych na modelach wykonanych z dostarczonych materiałów, na podstawie danych z projektu oraz informacji o ilości zużytych podczas budowy objętości kruszyw oraz mieszanki zamulającej. W badaniu nie uwzględniono warstwy ścieralnej. Objętość wody możliwej do retencjonowania w profilu określono jedynie dla warstw podbudowy. Badanie przeprowadzono indywidualnie dla poszczególnych warstw podbudowy oraz dla układu warstw. Wyniki zestawione w tabelach 4-6 dla warstw są wartościami uśrednionymi z trzech pomiarów, przy czym wyniki z poszczególnych pomiarów były powtarzalne. Wartość dla całego układu warstw jest podana jako zakres określony na podstawie pomiarów wykonanych dla indywidualnych warstw oraz układu warstw.

Tabela 4

Pojemność retencyjna podbudowy parkingu Typ 1

Opis warstwy	Miąższość warstwy [cm]	Pojemność retencyjna [m³/m²]
warstwa ścieralna	wg. projektu	nie określono
warstwa wegetacyjna z kruszywa łamanego ze skał gabra 31,5/63 z wypełnieniem mieszanką zamulającą	20	0,070
warstwa aeracyjna z kruszywa łamanego 80/150 ze skały gabro z wypełnieniem mieszanką zamulającą	30	0,105
Razem warstwy podbudowy	50	0,17-0,19

Tabela 5

Pojemność retencyjna podbudowy parkingu Typ 2

Opis warstwy	Miąższość warstwy [cm]	Pojemność retencyjna [m³/m²]
warstwa ścieralna z betonu porowatego	wg. projektu	nie określono
podbudowa z kruszywa łamanego 4/31,5 ze skały gabro lub kwarcytowej	10	0,044
warstwa wegetacyjna z kruszywa łamanego ze skał gabro 31,5/63 z wypełnieniem mieszanką zamulającą	20	0,070
warstwa aeracyjna z kruszywa łamanego 80/150 ze skały gabro z wypełnieniem mieszanką zamulającą	30	0,105
Razem warstwy podbudowy	60	0,21-0,23

PL 248629 Β1

Tabela 6

Pojemność retencyjna podbudowy parkingu Typ 3

Opis warstwy	Miąższość warstwy [cm]	Poj emność retencyj na [m³/m²]
warstwa ścieralna z betonu porowatego	18	nie określono
podbudowa z kruszywa łamanego 4/31,5 ze skały kwarcytowej lub gabro	20	0,088
warstwa wegetacyjna z kruszywa łamanego ze skał gabro 31,5/63 z wypełnieniem doświadczalną mieszanką zamulającą	20	0,070
warstwa aeracyjna z kruszywa łamanego 80/150 ze skały gabro z wypełnieniem doświadczalną mieszanką zamulającą	40	0,140
Razem warstwy podbudowy	80	0,29-0,31

W zależności od układu warstw, antykompresyjna podbudowa charakteryzuje się pojemnością retencyjną od 0,17 do 0,31 m³/m².

Claims

1. Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa, znamienna tym, że zawiera:

- warstwę aeracyjno-infiltracyjna o wysokości co najmniej 30 cm, wypełnioną skalnym kruszywem łamanym frakcji 80/150 mm, zagęszczoną, a następnie zamuloną substratem glebowym, przy czym kruszywo skalne zawiera skały wybrane spośród: gabra, bazaltu, diabazu, diorytu, granodiorytu, porfiru lub ich mieszaniny, korzystnie gabra, natomiast substrat glebowy stanowi mieszanina zawierająca:

- kompost z ziemi liściowej w ilości od 0,6 do 1,7 części,

- kompost zielony w ilości od 2,4 do 6,3 części,

- mączkę skalną w ilości 1 części, korzystnie zawierającą gabro, bazalt, tuf lub ich mieszaniny,

- sypki składnik mineralny w ilości od 10 do 26 części, przy czym powyższe proporcje składników substratu glebowego podano w stosunku objętościowym - nasypowym - powietrznie suchej masy, natomiast sypki składnik mineralny stanowi mieszaninę zawierającą: ił w ilości od 5 do 8%, piasek w ilości od 57 do 62%, pył w ilości od 32 do 38%, przy czym powyższe zawartości podano w % objętościowych sypkiego składnika mineralnego.

2. Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa według zastrz. 1, znamienna tym, że substrat glebowy zawiera:

- kompost z ziemi liściowej w ilości 1 części,

- kompost zielony w ilości 3,8 części,

- mączkę gabro w ilości 1 części,

- sypki składnik mineralny w ilości 16 części.

3. Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa według zastrz. 1, znamienna tym, że substrat glebowy zawiera:

- kompost z ziemi liściowej w ilości 1,7 części,

- kompost zielony w ilości 6,3 części,

- mączkę bazaltową w ilości 1 części,

- sypki składnik mineralny w ilości 25,7 części.

4. Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa według zastrz. 1, znamienna tym, że substrat glebowy zawiera:

- kompost z ziemi liściowej w ilości 0,6 części,

- kompost zielony w ilości 2,4 części,

- tuf w ilości 1 części,

- sypki składnik mineralny w ilości 10 części.

5. Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa według zastrz. 1, znamienna tym, że wysokość warstwy aeracyjno-infiltracyjnej wynosi od 30 do 40 cm.

6. Antykompresyjna mieszanka kamienno-glebowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera dodatkowo warstwę konstrukcyjną znajdującą się powyżej warstwy wegetacyjnej, wypełnioną skalnym kruszywem łamanym frakcji 4/31,5, korzystnie ze skały gabro lub kwarcytowej, korzystnie o wysokości co najmniej 10 cm.

7. Zastosowanie antykompresyjnej mieszanki kamienno-glebowej, określonej w dowolnym spośród zastrz. 1-6, do wytwarzania nawierzchni drogowych pozwalających na wzrost drzew, przy czym korzystnie wspomniana mieszanka jest stosowana do wytwarzania podbudowy.

8. Zastosowanie według zastrz. 7, znamienne tym, że podbudowa charakteryzuje się pojemnością retencyjną od 0,17 do 0,31 m³/m².