autorstwa Britt N. Babcock, P. E.
zaprawy cementowe i chemiczne są skuteczne w różnych warunkach gruntowych.
używane na niezliczonych nowych i rehabilitacyjnych projektach budowlanych, cementowe i chemiczne zaprawy mają wspólną kategorię i nazwę, ale wyraźne różnice znacznie przewyższają wspólne cechy. Oba typy fug są stosowane w zastosowaniach cywilnych, od renowacji rur kanalizacyjnych po budowę nowego tunelu lub szybu, używane do wypełniania wąskich ubytków/pęknięć, szczelin skalnych lub do przenikania gleby w celu kontroli wód gruntowych, wypełniania pustek lub zwiększenia strukturalnego wsparcia geologii. Chociaż cement i spoiny chemiczne mogą różnić się składem, zastosowaniem i kosztem, są ostatecznie produktami komplementarnymi w tych samych projektach. W tym artykule zbadamy, kiedy i dlaczego używać różnych rodzajów spoin i zakresu kosztów każdego produktu.
praktyka wstrzykiwania fug i szeroka gama dostępnych produktów fug może skomplikować wybór odpowiedniej fugi do projektu. Ponieważ trudno jest podsumować złożoność tematu w jednym dokumencie, niektóre konkretne tematy w tym dokumencie zostały uogólnione dla uproszczenia. Jeśli w Twoim projekcie istnieje sytuacja, w której wymagane jest wstrzyknięcie fugi, wykwalifikowany wykonawca fugowania i doświadczony konsultant fugowania powinni być zaangażowani w dostarczenie zaleceń dotyczących fugowania i instalacji, a Kompetentny dostawca fug, taki jak Avanti International, powinien zostać skonsultowany w celu pomocy w prawidłowym wyborze fugi.
fugi i żele mogą być stosowane do tworzenia skutecznej, długotrwałej bariery wodnej, a także stabilizatora gleby.
Rodzina i podtypy fug
fugi stosowane w budownictwie cywilnym i projektach rehabilitacyjnych można ogólnie podzielić na zaprawy cementowe lub chemiczne. W obrębie każdej rodziny fug istnieją podtypy zaprawy pierwotnej: w obrębie rodziny fug cementowych zwykły cement portlandzki i najdrobniejsze cementy definiują te podtypy. Rodzina fug chemicznych obejmuje krzemian sodu, żele akrylowe i pianki poliuretanowe ekspansywne. Chociaż każdy rodzaj zaprawy macierzystej ma początkową zaprawę, to na tym kończą się podobieństwa, a poszczególne typy zaprawy dzielą się na własne unikalne cechy.
spoiny cementowe uważa się za spoiny zawiesinowe, ponieważ zawierają one cząstki stałe, które składają się na ich skład, który pochodzi z mielenia klinkieru cementowego portlandzkiego. Poziom wysiłku szlifowania nakładanego na klinkier określa średnią wielkość cząstek. Zaprawa z cementu portlandzkiego ma zazwyczaj wielkość cząstek średnio 15 mikronów. Cementy mikrofinowe wahają się od 6 do 10 mikronów, podczas gdy cementy najdrobniejsze mogą mieć średnie wielkości cząstek od 3 do 5 mikronów. US Fuga w Malad, Idaho, może zapewnić niestandardowe mieszane spoiny cementowe spełniające specyficzne wymagania projektu.
zdolność fugi do penetracji szczeliny skalnej w dużej mierze zależy od wielkości cząstek, podczas gdy jej zdolność do przenikania gleby zależy również od napięcia powierzchniowego w fudze. Reologia cementu, czyli zdolność fugi do przepływu, jest osiągana poprzez kontrolę stosunku woda / cement i prawie zawsze dodaje się superplastyfikator w celu zmniejszenia lepkości. Podczas gdy dodatki mogą być dodawane w celu spowolnienia czasu utwardzania, po zmieszaniu z wodą, zaprawy cementowe zaczną utwardzać i tworzyć wysoką wytrzymałość na ściskanie. Po wstrzyknięciu cementy są uważane za długoterminowe rozwiązania do kontroli wody lub poprawy konstrukcji o żywotności od 100 do 200 lat. Zwykłe koszty cementu portlandzkiego (mieszane) zazwyczaj wahają się od 1 do 2 dolarów za galon mieszany, podczas gdy koszty cementów mikrofinowych/ najdrobniejszych (mieszane) zwykle wahają się od 3 do 4 dolarów za galon mieszany. Koszty te mogą dodatkowo obniżyć się, gdy stosowane są wyższe współczynniki woda/cement.
podstawowe rodzaje spoin chemicznych (krzemiany, akryle i poliuretany) mają unikalny skład. Chociaż jest to naprawdę zaprawa zawieszona, ponieważ cząstki stałe są tak małe, krzemiany sodu mają wysoki stopień przenikalności do gleb i skał, bardzo podobny do prawdziwych spoin roztworowych, które nie mają zawieszonych ciał stałych.
krzemian sodu jest dwuskładnikową zaprawą, która zwykle ma bardzo niską lepkość, ale często usuwa wodę po żelowaniu w procesie zwanym synerezą. Krzemiany sodu mogą być wrażliwe, graniczące z niestabilnością, po wstrzyknięciu do dowolnego stanu wód gruntowych. Przy stosunkowo krótkich czasach żelu, od kilku minut do kilku godzin, krzemiany sodu są powszechnie stosowane jako tymczasowe rozwiązanie do kontroli wody lub wsparcia strukturalnego o szacowanej żywotności kilku lat. Dłuższe okresy życia można doświadczyć z krzemianami w zależności od chemii gleby. Krzemiany sodu zazwyczaj wahają się od 2 do 3 dolarów za mieszany galon.
zaprawa z krzemionki koloidalnej została opracowana w celu zmniejszenia problemu synerezy z krzemianami sodu, aby zapewnić lepszą kontrolę czasów żelu i osiągnąć niższą lepkość. Koloidalna fuga krzemionkowa jest przygotowywana w wieloetapowym procesie, w którym roztwór krzemianu jest częściowo zobojętniony, prowadząc do powstania jąder krzemionki. Krzemionka koloidalna ma taką samą oczekiwaną żywotność jak krzemian sodu, ale ze względu na wieloetapowy proces rozwoju ceny są znacznie wyższe, od 13 do 15 dolarów za mieszany galon.
akryle są definiowane jako „prawdziwe spoiny roztworowe”, które nie zawierają zawieszonych ciał stałych i mają bardzo niską lepkość – podobną do wody. Rodzina akryli składa się z akrylamidu i akrylanów. Każdy typ wymaga mieszania żywicy bazowej z katalizatorem w celu utworzenia matrycy żelowej w glebie lub skale z kontrolowanym czasem żelu. Akrylamid zmienia się z cieczy w ciało stałe w kontrolowanym czasie żelu od 3 sekund do 10 godzin. Czas żelu akrylowego wynosi od około minuty do godziny. Długość życia akrylamidu szacuje się na ponad 300 lat, podczas gdy akrylan szacuje się na około 50 lat. Koszt żelu akryloamidowego zwykle wynosi od 6 do 8 dolarów za galon mieszany,podczas gdy akrylany są nieco droższe, w zakresie od 8 do 10 dolarów za galon.
istnieją dwa podstawowe rodzaje fug poliuretanowych zdefiniowanych jako hydrofilowe i hydrofobowe. Hydrofilowe fugi są zazwyczaj jednoskładnikowymi systemami, które reagują z wodą i utwardzają się w ekspansywnej elastycznej piance lub nie ekspansywnym żelu, wymagającym wilgotnego środowiska po utwardzeniu. Hydrofobowe pianki ekspansywne wymagają niewielkiej ilości wody do reakcji, około 4%, i łatwo wytrzymują cykle mokre / suche. Dostępne są również prawdziwe pianki hydrofobowe, które nie wymagają reakcji wody. Pianki hydrofilowe rozszerzają się od 4 do 6 razy w stosunku do pierwotnej objętości, podczas gdy pianki hydrofobowe rozszerzają się do 20 razy w stosunku do pierwotnej objętości i mogą utwardzać się elastycznie lub sztywno. Większość producentów nosi żywice poliuretanowe posiadające certyfikaty NSF lub UL zatwierdzające zastosowanie w zastosowaniach wody pitnej. Żywotność pianki poliuretanowej szacuje się na około 75 lat. Koszt żywic poliuretanowych (przed ekspansją) zazwyczaj wynosi od 60 do 80 dolarów za galon, nieutwardzone. Należy zauważyć, że koszt pianek poliuretanowych zmniejsza się drastycznie, gdy jeden czynnik ekspansywny składnik materiału do ogólnych kosztów.
zastosowania-kiedy & dlaczego
cement i spoiny chemiczne są stosowane w wielu różnych projektach budowlanych, od nowych konstrukcji po renowację. Na przykład portlandzkie i najdrobniejsze spoiny cementowe są stosowane głównie do stabilizacji gleby i/lub kontroli wody w projektach cywilnych, w tym wałów ziemnych, wałów przeciwpowodziowych, kopalń, tuneli, metra, pionowych szybów, konstrukcji podziemnych lub hermetyzacji odpadów. Tego typu projekty na dużą skalę często wymagają wstrzykiwania znacznych ilości zaprawy. Spoiny chemiczne często uzupełniają spoiny typu cementowego, aw niektórych przypadkach będą dominującą zaprawą stosowaną w konkretnej sytuacji.
w przypadku wielu projektów cywilnych, w których oczekuje się spoinowania, inżynier zapisu lub konsultant spoinowania przygotuje program spoinowania określający, jaki rodzaj zaprawy jest planowany. W niektórych przypadkach jednak nie przewiduje się potrzeby kontroli wody lub stabilizacji gleby i szybko opracowuje się program fugowania. Rodzaj materiału zaprawy stosowanego do iniekcji do natychmiastowej potrzeby zazwyczaj przechodzi proces prób i błędów. Ze względu na korzyści ekonomiczne, cement portlandzki często będzie pierwszą próbą. Jeśli warunki geologiczne nie zaakceptują zaprawy cementowej Portlandzkiej, zostanie wykorzystana najdrobniejsza zaprawa cementowa. Jeśli cementy Portland lub najdrobniejsze odniosą sukces, żywica akrylowa, taka jak akrylamid, często nie będzie stosowana.
fugi są również szeroko stosowane w rehabilitacji pogarszającej się infrastruktury kanalizacji sanitarnej, zapór betonowych lub konstrukcji poniżej poziomu. Zasadniczo do tego typu projektów stosuje się żele akrylowe i pianki poliuretanowe. Oba służą do uszczelniania nieszczelnych pęknięć i połączeń. Jednak żel akrylamidowy jest stosowany głównie w systemie rurociągów, podczas gdy pianki poliuretanowe są stosowane w studzienkach i sklepieniach oraz wokół nich. Tam, gdzie pustki wystąpiły za strukturami poniżej klasy, do wypełnienia pustki powszechnie stosuje się wysoce ekspansywne pianki poliuretanowe hydrofobowe. Specjalnie zaprojektowana pianka poliuretanowa jest również używana do podnoszenia płyt betonowych, co zapewnia wsparcie strukturalne dzięki zastosowaniu lekkiego rozwiązania, które nie sprzyja dodatkowemu osadzaniu się płyty. Utwardzona pianka strukturalna waży około 4 funty na stopę sześcienną w porównaniu do znacznie cięższego materiału mudjacking.
w obliczu konieczności zatrzymania wycieków, stabilizacji gleby lub kontroli wody, zaleca się, aby wykwalifikowany konsultant fug i wykonawca wtrysku fug został zaangażowany w celu dostarczenia zaleceń dotyczących instalacji, a Kompetentny dostawca fug powinien zostać skonsultowany, aby pomóc w odpowiednim doborze fug.
Britt N. Babcock, P. E., jest dyrektorem działu geotechnicznego w Avanti International. Avanti International jest dostawcą kompleksowych usług i doświadczonym dostawcą wysokiej jakości cementu i spoin chemicznych w Stanach Zjednoczonych.