Paukkupakkasesta kesähelteisiin – geopolymeeri-injektointi onnistuu lämpötilasta riippumatta

Johdanto

Geopolymeerien käyttö on viimeisen 40 vuoden aikana lisääntynyt huomattavasti erilaisissa painumiin ja huonoihin maaperäolosuhteisiin liittyvissä korjausprojekteissa. Geobear on geopolymeeri-injektointimenetelmän alkuperäinen kehittäjä ja työskennellyt toimitusketjuun kuuluvien yhteistyökumppaneidensa kanssa luodakseen yli 20 uniikkia geopolymeeriä ja tarjotakseen siten ratkaisuja kaikkiin tilanteisiin.

Tämä artikkeli tiivistää numeroiden ja esimerkkien avulla geopolymeeriteknologian edut eri lämpötiloissa ja hyödyt perinteisiin korjausrakentamisen ratkaisuihin verrattuna.

Ongelma

Geoteknisin termein painuminen määritellään maaperän ja perustusten alaspäin suuntautuvaksi liikkeeksi, jonka syynä on usein muutokset maaperän tai maanalaisten rakenteiden kantokestävyydessä tai niihin kohdistuvassa kuormituksessa.

Liiallinen painuminen voi korjaamattomana johtaa rakennusten ja infrastruktuurirakenteiden sekä putkien ja kaapeleiden vaurioihin. Painumista voi tapahtua yllättäen tai se voi jatkua hitaasti vuosien tai vuosikymmenten ajan maaperän olosuhteista ja painumisen syystä riippuen.

Tyypillisesti painumista tapahtuu silloin, kun rakennuksen tai esimerkiksi kiitorataa pitkin rullaavan lentokoneen luoma kuormitus ylittää maaperän kantokestävyyden, mikä johtaa maaperän tiivistymiseen. Tästä syystä heikot ja huonosti tiivistetyt maaperät tai maaperät, joihin kohdistuu runsaasti dynaamista kuormitusta, ovat erityisen herkkiä painumille. Myös muutokset maaperän kosteustasapainossa (esimerkiksi savimaat voivat vettyessään pehmetä ja kuivuessaan kutistua) sekä ihmisten tekemät kaivu- ja räjäytystyöt ja niistä syntyvä tärinä voivat aiheuttaa merkittäviäkin painumia.

Perinteiset ratkaisut

Perinteiset korjausratkaisut voidaan jakaa karkeasti kahteen luokkaan korjattavasta rakenteesta riippuen:

Sementti-injektointi

Pientalojen ja liikekiinteistöjen painumia korjatessa sekä siltoja ja tunneleita stabiloitaessa maaperän liikkeitä on perinteisesti korjattu injektoimalla. Nämä tekniikat hyödyntävät tyypillisesti sementin, veden ja lentotuhkan seosta.

Perinteisten sementtipohjaisten tekniikoiden injektointitehokkuus on yleensä noin 25 %. Sementtipohjaisilla injektointiaineilla on myös hyvin pitkä kovettumisaika, mikä tarkoittaa sitä, että laastia voi “kadota” halkeamiin, mikä lisää rakenteen stabilointiin tarvittavan materiaalin määrää.

Sementtipohjaisten materiaalien avulla voidaan luoda myös pystysuoria pilareita. Menetelmässä maaperään porataan ensin reikä, minkä jälkeen maahan ruiskutetaan sementtisuspensio poran ylösvedon yhteydessä.

Ratkaisu on kestävä ja pysyy hyvänä yläpuolisen rakenteen käyttöiän ajan ilman korjausta tai huoltoa.

Uudelleenrakentaminen

Kun painumista tapahtuu horisontaalisessa infrastruktuurirakenteessa, kuten esimerkiksi tiessä tai lentokentän kulkuväylällä, uudelleenrakentaminen on tavallinen ratkaisu rakenteen geometrian korjaamiseksi. Uudelleenrakentaminen edellyttää kuitenkin kohteen, kuten autokaistan, sulkemista ja rakenteen täydellistä purkamista. Ennen uudelleenrakentamista rakenne on myös tutkittava ja korjattava pehmeiden kohtien ja maaperän liikkeiden varalta.

Geobearin ratkaisut

Häiriötön vaihtoehto perinteisille tuenta- ja paalutusratkaisuille on geopolymeeri-injektointi, jota Geobear on kehittänyt lähes 40-vuotisen tutkimus- ja kehitystyönsä aikana. Kaksikomponenttisen rakennegeopolymeerin injektointiin perustuvaa menetelmää voidaan hyödyntää erilaisia painumia ja vajoamia sekä niiden syitä korjatessa.

Geopolymeerin injektointitehokkuus on kohteita stabiloitaessa 500–700 %, mikä tarkoittaa sitä, että perinteisiin sementtipohjaisiin ratkaisuihin verrattuna materiaalia tarvitaan huomattavasti vähemmän (1 tonni geopolymeeriä verrattuna noin 65 tonniin perinteistä injektiosementtiä).

Geopolymeerimateriaali sekoitetaan työmaalla ja injektoidaan etukäteen porattujen reikien kautta maahan. Geopolymeeri kovettuu 1–5 minuutissa, mikä takaa sen, että maaperän halkeamat ja onkalot täyttyvät nopeasti mahdollistaen kohdennetumman ja hallittavamman käytön ja minimoiden materiaalin purkautumisen ja hävikin riskit. Nopea kovettumisaika tarkoittaa myös sitä, että infrastruktuuri (kuten kiitotiet ja ajoväylät) voidaan avata liikenteelle välittömästi materiaalin injektoinnin jälkeen, mikä minimoi väylän toimintaan ja sen käyttäjiin kohdistuvat häiriöt. Geopolymeerin suunniteltu käyttöikä on yli 120 vuotta, joten uusintakäsittelyä ei tarvita yläpuolisen rakenteen käyttöiän aikana.

Käyttö eri lämpötiloissa – perinteiset menetelmät

Jotta sementti ja vesi reagoisivat oikein saavuttaakseen vaaditun rakenteellisen lujuuden, lämpötilan on oltava vähintään 5 celsiusastetta. Optimaalinen lämpötila materiaalin kuivumiselle ja kovettumiselle on 10–25 celsiusastetta, vaikkakin hyviä tuloksia voidaan saavuttaa jopa 35 celsiusasteessa. Lämpötilan ollessa alle 5 tai yli 35 celsiusastetta sementtipohjaisia ratkaisuja ei voida useinkaan hyödyntää. Koska injektiosementillä on pitkä kuivumis- ja kovettumisaika (tyypillisesti 24–72 tuntia), materiaali on herkkä pakkasvaurioille. Tällöin siinä oleva vesi ehtii jäätyä ennen kuin materiaali kovettuu, mikä tuhoaa rakenteen rakenteellisen eheyden ja voi ilmetä vasta myöhemmin rakennetta kuormitettaessa.

Myös uudelleenrakentamista betoniin ja sementtiin sidotuilla ratkaisuilla rajoittavat samat lämpötilarajoitukset, ja betonia on sen vuoksi pidettävä vaaditussa lämpötilassa vähintään 48 tuntia valamisen jälkeen.

Myös asfalttipäällysteitä voidaan tehdä vain tietyissä lämpötiloissa. Asfaltointia ei voida toteuttaa alle 5 celsiusasteen lämpötilassa, sillä materiaalin tiivistyminen ja rakenteellinen eheys vaarantuvat. Vastaavasti ympäristön lämpötilan ollessa yli 32 °C asfalttiseoksen jäähtyminen ja vaaditun rakenteen muodostuminen hidastuvat.

Käyttö eri lämpötiloissa – Geobearin ratkaisut

Geobearin geopolymeerejä voidaan hyödyntää paljon laajemmalla lämpötilaskaalalla kuin sementtiä, betonia tai asfalttia. Geopolymeeri-injektointiprosessi on lämpötilakontrolloitu, suljettu systeemi, jonka avulla voidaan hallita myös epäedullisia lämpötilaolosuhteita. Materiaalin nopea kovettumisaika (1–5 minuuttia) tarkoittaa sitä, että maaperän lämpötila ei vaikuta injektoitavaan geopolymeeriin ennen sen kovettumista, eikä jäätyminen vaikuta kovettuneeseen materiaaliin. Geobear on toteuttanut onnistuneesti töitä jopa -30 ࿀C:n lämpötiloissa.

Vastaavasti Geobearin geopolymeerejä voidaan asentaa ilman lämpötilan ollessa jopa 60 ࿀C ilman, että lämpötila vaikuttaa materiaalin kovettumiseen ja kovettuneen materiaalin rakenteelliseen eheyteen.

Lopuksi

Sementtiä, betonia ja asfalttia hyödyntävillä korjausratkaisuilla on rajoitettu, 25 celsiusasteen käyttöalue, kun taas geopolymeerejä voidaan hyödyntää 90 celsiusasteen lämpötilaskaalalla. Tämä tarkoittaa sitä, että töitä voidaan tehdä ilman erityisiä valmisteluja läpi vuoden eri maissa ja eri puolilla maailmaa. 60 celsiusasteen maksimikäyttölämpötila tarkoittaa sitä, että menetelmämme tarjoaa tehokkaan ratkaisun painumiin ja vajoamiin jopa autiomaiden ympäröimissä kohteissa, kuten Dubaissa. Kylmimmillään jopa -30 celsiusasteen käyttölämpötila tarkoittaa puolestaan sitä, että ratkaisujamme voidaan hyödyntää eri puolilla Pohjois-Eurooppaa, Islannissa, Yhdysvalloissa, Iso-Britanniassa, Uudessa-Seelannissa ja monissa muissa maissa myös kylmien talvikuukausien aikana.