Master's Thesis

Hydroabsorbent mixtures for utilization of the rain water at hard surfaces

Final Thesis 5.14 MB

Author of thesis: Bc. Dmitry Baranov

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.

Reviewer: prof. Ing. Rudolf Hela, CSc.

Abstract:

At present, intensive urbanization is taking place while the effects of global warming are becoming increasingly pronounced. One of the significant consequences of these trends is the growing intensity of the urban heat island effect, which negatively affects the urban microclimate as well as the quality of life of city inhabitants. One possible way to mitigate these impacts is the use of blue-green infrastructure elements, including permeable pavements. This diploma thesis deals with the study of selected properties of superabsorbent polymers based on sodium polyacrylate and potassium polyacrylate with regard to their potential use in hydroabsorbent mixtures intended for the aggregate layer of permeable pavements. The course of water absorption and desorption, the influence of the ionic composition of the absorption medium on the current and subsequent absorption properties of SAPs, and the stability of their function during repeated absorption/desorption cycles were evaluated experimentally. The thesis  also included an assessment of the effect of adding ground zeolite on the stabilization of the absorption properties of the polymers and an evaluation of selected types of aggregate for the design of a hydroabsorbent mixture for the aggregate layer of the pavement structure. It was found that sodium polyacrylate exhibited a higher absorption capacity than potassium polyacrylate. At the same time, it was confirmed that multivalent cations in the absorption medium significantly reduce the absorption ability of SAPs. The addition of zeolite showed a partial stabilizing effect in an ionic environment. Of the evaluated aggregate types, coarse-fraction concrete recyclate appeared to be the most suitable for the theoretical design of the reservoir layer.

Keywords:

Superabsorbent polymer (SAP), sodium polyacrylate, potassium polyacrylate, absorption capacity, swelling, ionic strength, ion exchange, zeolite, permeable pavements, urban heat island, stormwater management

Date of defence

01.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant obhajoval práci na téma Hydroabsorpční směsi pro využití dešťové vody na zpevněných plochách. Nejdříve představil motivaci své práce, vliv klimatických změn a naznačil možnosti řešení modro-zelené infrastruktury. V rámci experimentální práce ukázal průběh adsorpce a desorpce vody u připravených vzorků, vliv kationtů na absorpční prostředí, vliv počtu cyklů na absorpční kapacitu a vliv mikrostruktury materiálu. měření teplotních rozdílů zpevněných a nezpevněných ploch. Po závěrečném shrnutí výsledků student odpovídal na otázku oponenta: Existuje reálná možnost pro zajištění dlouhodobé účinné udržení absorpční kapacity SAP zejména při styku s dešťovými vodami? Následně komise položial tyto otázky: 1) Máte k dispozici také dlouhodobá data? 2) Co mikrobialní kapacita a atak? 3) Jaká je výhoda oproti běžně používaným materiálům? 4) Jak je to z ekonomického hlediska? Na veškeré otázky student výborně odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Technology of Materials (NPCP_CHTM)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.

Téma DP řešilo dílčí problematiku projektu TAČR zabývajícího se vývojem konstrukce podložních vrstev zpevněných ploch umožňujících zlepšení managementu dešťové vody na zpevněných plochách. Cíle práce spojující vliv typu superabsorbentu, složení směsi SAP/kamanivo a charakteru sorbované vody na absorpční kapacitu, rychlost její absorpce a zachování schopnosti absorbovat a uvolňovat vodu v cyklech byly splněny. Byly navrženy receptury podložních vrstev pro pochůzné a pojezdové povrchy, které byly podkladem čtvrtprovozních zkoušek ve spolupráci s ADMAS. Bylo dosaženo velkého množství originálních výsledků, které mohou v budoucnu pomoci při realizaci zpevněných ploch v městských aglomeracích a v okolí nákupních nebo logistických center. Zajímavým výsledkem bylo i ověření hypotézy, že při odpařování zachycené vody může docházet k ochlazování povrchu plochy analogicky k efektu stromů. Tím by mohly být částečně eliminovány tzv. "heat islands" v místech, kde není možná nebo ekonomická výsadba zeleně. Student k experimentální práci přistupoval velmi odpovědně a se zaujetím. Výsledky zpracoval poměrně přehledně a v dobré grafické i jazykové kvalitě, přestože čeština není jeho rodným jazykem. Práce má velký aplikační potenciál, jelikož navrhuje zcela nový způsob řešení dopadů změn klimatu způsobující jednak zvyšování maximálních tepllt v letních měsících a jednak častější výskyt přívalových srážek, které stávající dešťová kanalizace není schopna pojmout.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury B
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
prof. Ing. Rudolf Hela, CSc.

V Tab. 4 jsou uvedeny objemové hmotnosti jednotlivých kameniv použitých při experimentu. Tyto hodnoty jsou extrémně nízké. Nejedná se o hodnoty sypných hmotností a ne objemových hmotností? Případně je to sypná v setřeseném stavu?
Výraz meziprostor je technicky velmi neobvyklý, nejedná se o mezerovitost kameniva?
Otázky a náměty k obhajobě:
Existuje reálná možnost pro zajištění dlouhodobé účinné udržení absorpční kapacity SAP zejména při styku s dešťovými vodami?
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace B

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová