af Britt N. Babcock, P. E.
Cement og kemiske fuger er effektive i en række jordforhold.
brugt på et utal af nye og rehabiliterende byggeprojekter deler cementholdige og kemiske fuger en fælles kategori og navn, men de forskellige forskelle opvejer langt de fælles kvaliteter. Begge fugetyper bruges i civile applikationer lige fra kloakrørrehabilitering til ny tunnel-eller akselkonstruktion, der bruges til at fylde smalle hulrum/revner, klippesprækker eller til at gennemtrænge jord til kontrol af grundvand, tomrumsfyldning eller for at øge strukturel understøttelse af geologien. Selvom cement og kemiske fuger kan variere i sammensætning, anvendelse og omkostninger, er de i sidste ende komplementære produkter på de samme projekter. Dette papir vil undersøge, hvornår og hvorfor man skal bruge de forskellige typer fuger og omkostningsområdet for hvert produkt.
praksisen med at injicere fuger og det brede udvalg af tilgængelige fugeprodukter kan gøre det vanskeligt at vælge den rigtige fugemasse til projektet. Fordi det er svært at opsummere emnets kompleksitet i et enkelt papir, er nogle specifikke emner inden for dette papir blevet generaliseret for enkelhed. Hvis der er en situation på dit projekt, hvor injektionsmørtel er påkrævet, en kvalificeret fugeentreprenør og en erfaren fugekonsulent skal være engageret i at give anbefalinger til fugning og installation, og en kyndig fugeleverandør, som Avanti International, bør konsulteres for at hjælpe med korrekt valg af fugemasse.
fuger og geler kan bruges til at skabe en effektiv, langvarig vandbarriere såvel som jordstabilisator.
fugemasse familie og undertyper
fugemasser, der anvendes i civile Bygge-og rehabiliteringsprojekter, kan generelt kategoriseres i enten cement eller kemisk fugemasse. Inden for hver injektionsmørtel familie, der er primære injektionsmørtel undertyper: inden for cement injektionsmørtel familien, almindelig Portland cement og ultrafine cement definere disse undertyper. Den kemiske fugemasse familie omfatter natriumsilicat, akryl geler og polyurethan ekspansive skum. Selvom hver forælder injektionsmørtel type har primære injektionsmørtel gyder, det er her fællestræk ende og de enkelte injektionsmørtel typer opdelt i deres egne unikke egenskaber.
Cement fuger anses for at være suspenderede faste stoffer fuger, fordi de har partikler, der omfatter deres sammensætning, som er afledt af slibning Portland cement klinker. Niveauet af slibeindsats, der påføres klinkeren, bestemmer den gennemsnitlige partikelstørrelse. Portland cementmørtel har generelt partikelstørrelser i gennemsnit 15 mikron. Mikrofine cement spænder fra 6 til 10 mikron, mens ultrafine cement kan have gennemsnitlige partikelstørrelser på 3 til 5 mikron. US Grout i Malad, Idaho, kan levere brugerdefinerede blandede cementholdige fuger, der opfylder projektspecifikke krav.
en fugemasses evne til at trænge ind i en klippespalte afhænger i høj grad af partikelstørrelse, mens dens evne til at gennemtrænge en jord også afhænger af overfladespænding i fugemassen. En cements reologi, som er fugemassens evne til at strømme, opnås gennem kontrol af forholdet mellem vand og cement, og næsten altid tilsættes en superplastisator for at reducere viskositeten. Mens tilsætningsstoffer kan tilsættes for at bremse hærdningstiden, når de først er blandet med vand, vil cementfuger begynde at hærde og skabe høj trykstyrke. Når den er injiceret, betragtes cement som langsigtede løsninger til enten vandkontrol eller strukturel forbedring med en levetid på mellem 100 og 200 år. Almindelige Portland cementomkostninger (blandet) vil typisk variere mellem 1 og 2 dollars en blandet gallon, mens mikrofine/ ultrafine cementomkostninger (blandet) typisk vil variere mellem 3 og 4 dollars pr.blandet gallon. Disse omkostninger kan yderligere reduceres, når der anvendes højere vand/cementforhold.
de primære typer af kemiske fuger (silicater, akryl og polyurethaner) er hver især unikke i sammensætning. Selv om det virkelig er en suspenderet faststofmørtel, fordi partiklerne er så små natriumsilicater har en høj grad af gennemtrængelighed i jord og sten, meget ligner de sande opløsningsfuger, som ikke har suspenderede faste stoffer.
natriumsilicat er en to-komponent fugemasse, der typisk har meget lav viskositet, men ofte vil udvise vand efter gelering ved en proces kaldet syneresis. Natriumsilicater kan være følsomme, grænser op til ustabile, når de injiceres i enhver grundvandstilstand. Med relativt korte geltider, et par minutter til et par timer, anvendes natriumsilicater almindeligvis som midlertidig opløsning til vandkontrol eller strukturel støtte med en estimeret levetid på nogle få år. Længere levetid kan opleves med silikater afhængigt af jordens Kemi. Natriumsilicater varierer typisk mellem 2 og 3 dollars pr.
kolloid silica fuger blev udviklet for at reducere spørgsmålet om syneresis med natriumsilicater for at give bedre kontrol med geltider og opnå en lavere viskositet. Kolloid silica fuger fremstilles i en flertrinsproces, hvor en silicatopløsning delvist neutraliseres, hvilket fører til dannelsen af silicakerner. Kolloid silica har samme forventede levetid som natriumsilicat, men på grund af den multiple trin proces for udvikling, priserne er betydeligt højere, spænder fra 13 til 15 dollars pr blandet gallon.
akryl er defineret som “ægte opløsningsfuger”, som er fri for suspenderede faste stoffer og har ekstremt lav viskositet – svarende til vand. Akrylfamilien består af acrylamid og acrylater. Hver type kræver, at en basisharpiks blandes med en katalysator for at skabe en gelmatrice i en jord eller sten med en kontrollerbar geltid. Acrylamid skifter fra en væske til et fast stof i en kontrollerbar geltid, der spænder fra 3 sekunder op til 10 timer. Acrylat gel gange spænder fra Ca. et minut til en time. Levetiden for et acrylamid anslås til at være større end 300 år, mens et acrylat anslås til at være cirka 50 år. Omkostningerne ved acrylamidgel vil typisk variere mellem 6 og 8 dollars pr.blandet gallon, mens acrylater er lidt dyrere, der spænder mellem 8 og 10 dollars pr. gallon.
der er to primære typer polyurethanfuger defineret som hydrofile og hydrofobe. Hydrofile fuger er typisk enkeltkomponentsystemer, der reagerer med vand og hærder til et ekspansivt fleksibelt skum eller ikke-ekspansiv gel, der kræver et fugtigt miljø efter hærdning. Hydrofobe ekspansive skum kræver lidt vand for at reagere, cirka 4%, og tåler let våde/tørre cyklusser. Ægte hydrofobe skum, der ikke kræver vand til at reagere, er også tilgængelige. Hydrofile skum udvides 4 til 6 gange deres oprindelige volumen, mens hydrofobe skum udvides op til 20 gange det oprindelige volumen og kan hærde fleksibelt eller stift. De fleste producenter bærer polyurethanharpikser med NSF-eller UL-certificeringer, der godkender anvendelse i applikationer til drikkevand. Levetiden for polyurethanskum anslås at være cirka 75 år. Omkostningerne ved polyurethanharpikser (før ekspansion) vil typisk variere mellem 60 og 80 dollars pr. Det skal bemærkes, at prisen på polyurethanskum reduceres drastisk, når man faktorer den ekspansive komponent af materialet i de samlede omkostninger.
applikationer – når & hvorfor
Cement og kemiske fuger anvendes i en lang række byggeprojekter lige fra nybyggeri til rehabilitering. Bruges Portland og ultrafine cementfuger overvejende til at stabilisere jord og/eller kontrollere vand i civile projekter, herunder jorddæmninger, diger, miner, tunneler, undergrundsbaner, lodrette aksler, strukturer under jorden eller affaldsindkapsling. Disse typer af store projekter vil ofte kræve betydelige mængder af injektionsmørtel, der skal injiceres. Kemiske fuger vil ofte supplere cement typen fuger og i nogle tilfælde vil være den fremherskende fuger anvendes til en bestemt situation.
på mange civile projekter, hvor fugning forventes at forekomme, vil ingeniør af rekord eller fugekonsulent have udarbejdet et fugeprogram, der definerer, hvilken type fugemasse der er planlagt. I nogle tilfælde forventes behovet for vandkontrol eller jordstabilisering imidlertid ikke, og et fugeprogram udvikles hurtigt. Den type fugemasse, der anvendes til injektion til et øjeblikkeligt behov, løber generelt gennem en prøve-og-fejl-proces. På grund af den økonomiske fordel vil Portland cementmørtel ofte være det første forsøg. Hvis geologiske forhold ikke vil acceptere Portland cement fuger, derefter en ultrafine cement fuger vil blive udnyttet. Hvis Portland eller ultrafine cement er vellykkede, vil en akrylharpiks som acrylamid ofte ikke blive anvendt.
fuger bruges også i vid udstrækning til rehabilitering af forværrede sanitære kloakinfrastrukturer, beton dæmninger eller strukturer under klasse. Generelt anvendes akrylgeler og polyurethanskum til disse typer projekter. Begge bruges til at forsegle utætte revner og samlinger. Imidlertid anvendes acrylamidgel overvejende i rørledningssystemet, mens polyurethanskummet anvendes i og omkring mandehuller og hvælvinger. Hvor hulrum har fundet sted bag strukturer under klasse, de meget ekspansive polyurethan hydrofobe skum bruges ofte til at udfylde tomrummet. Nogle specialdesignede polyurethanskum bruges også til løft af betonplader, som giver strukturel støtte ved hjælp af en letvægtsløsning, der ikke fremmer yderligere pladeafvikling. Hærdet strukturelt skum vejer cirka 4 kg pund pr.kubikfod sammenlignet med meget tungere mudjacking materiale.
når man står over for behovet for at stoppe lækager, stabilisere jord eller kontrollere vand, anbefales det, at en kvalificeret fugekonsulent og fugeinjektionsentreprenør ansættes for at give installationsanbefalinger, og en kyndig fugeleverandør bør konsulteres for at hjælpe med korrekt valg af fugemasse.
Britt N. Babcock, P. E., er direktør for den geotekniske Division i Avanti International. Avanti International er en full-service leverandør og en erfaren leverandør af høj kvalitet cement og kemiske fuger i USA.