Szilikon hézagtömítők burkolatokhoz

Meghatározás és kémia

A burkolatokhoz használt szilikon hézagtömítő egy hidegen felhordható, egykomponensű, kémiailag kötő elasztomer anyag, amelyet kifejezetten portlandcement-beton (PCC) burkolatok hézagainak tömítésére fejlesztettek ki. Kémiai szempontból a szilikon tömítőanyagok politil-metil-sziloxán (PDMS) polimereken alapulnak – hosszú szénláncú szilícium-oxigén gerincű molekulák, amelyekhez metil oldalcsoportok kapcsolódnak minden szilíciumatomhoz. A szilícium-oxigén (Si-O-Si) gerinc biztosítja az anyag meghatározó tulajdonságait: kivételes rugalmasságát, hőstabilitását szélsőséges hőmérsékleti tartományokban, ellenállását az ultraibolya (UV) sugárzással szemben és eredendő kémiai semlegességét. A sziloxán kötés (Si-O) kötési energiája körülbelül 444 kJ/mol, ami jelentősen magasabb, mint a szerves polimer gerincekben található szén-szén kötésé (348 kJ/mol). Ez az alapvető különbség molekuláris szinten magyarázza, hogy a szilikon tömítőanyagok miért ellenállóbbak az oxidációs károsodással, az ózon támadásával és az időjárási hatásokkal szemben, mint a szerves alapú tömítőanyagok, például a poliuretánok és a poliszulfidok.

A burkolati minőségű szilikon tömítőanyagok kötési mechanizmusa a szobahőmérsékleten történő vulkanizálás (RTV) folyamatát követi – ez egy kondenzációs kötési reakció, amelyet a légköri nedvesség indít el. Amikor az egykomponensű anyagot a zárt tartályból kinyomják, és ki van téve a környezeti páratartalomnak, a vízmolekulák bediffundálnak a szilikon mátrixba, és reakcióba lépnek a PDMS polimerláncok hidrolizálható végcsoportjaival (jellemzően acetoxi-, alkoxi- vagy oxim funkcionális csoportokkal). Ez a reakció kis molekulájú mellékterméket szabadít fel (ecetsavat acetoxi rendszerekben, alkoholokat alkoxi rendszerekben vagy oximeket semlegesen kötő rendszerekben), és keresztkötéseket hoz létre a szomszédos polimerláncok között, háromdimenziós elasztomer hálózatot építve. A legtöbb burkolati minőségű szilikon semleges (alkoxi) kötési kémiát alkalmaz a beágyazott acél korróziós kockázatának elkerülése és a nagyméretű burkolati projektek során fellépő szag minimalizálása érdekében.

A burkolati szilikon tömítőanyagokat jellemző kis modulusú besorolás kritikus teljesítményjellemző. A modulus az anyag adott nyúlásának előidézéséhez szükséges feszültséget jelenti. A kis modulusú szilikonok – amelyek jellemzően az ASTM D5893 követelményei szerint 0,35 MPa (50 psi) alatti 100%-os szakítómodulussal rendelkeznek – alacsony feszültség hatására könnyen nyúlnak, ami azt jelenti, hogy a tömítőanyag-gyöngy minimális erőt fejt ki a beton aljzattal alkotott kötési felületre, amikor a hézag a hideg időjárási összehúzódás során kinyílik. Ez a tulajdonság közvetlenül csökkenti a tapadási hiba (a hézagfaltól való elválás) és a kohéziós hiba (a tömítőanyag-testen belüli szakadás) kockázatát, amelyek a burkolati hézagtömítők két domináns meghibásodási módját jelentik. A kis modulusú jelleget optimalizált polimer lánchosszal, szabályozott keresztkötés-sűrűséggel és nem reaktív szilikon folyadékok beépítésével érik el, amelyek lágyítják a kikötött hálózatot.

A burkolati szilikon tömítőanyagok reológiai tulajdonságait széles körben tanulmányozták dinamikus nyírási reometriával (DSR). Az U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station által végzett kutatások kimutatták, hogy a szilikon tömítőanyagok kifejezett viszkoelasztikus viselkedést mutatnak, ami azt jelenti, hogy mind viszkózus (folyadékszerű, időfüggő), mind rugalmas (szilárdtest-szerű, visszanyerhető) választ adnak az alkalmazott alakváltozásra. Ez a kettős viselkedés határozza meg, hogy a tömítőanyag hogyan teljesít a betonburkolati hézagok által tapasztalt ciklikus hőmozgások során – ahol a napi és évszakos 40°C-os vagy nagyobb hőmérsékletingadozások jelentős méretváltozásokon keresztül ciklizálhatják a hézagszélességeket. A viszkoelasztikus természet lehetővé teszi, hogy a tömítőanyag viszkózus áramlással nyelje el a feszültséget a lassú, tartós mozgások során (például évszakos termikus összehúzódás), miközben rugalmasan visszapattan a gyors, átmeneti elmozdulásokból (például repülőgép kerékterhelés). A tárolási modulus (G’) – amely a rugalmas, visszanyerhető komponenst képviseli – és a veszteségi modulus (G") – amely a viszkózus, disszipatív komponenst képviseli – jelentősen változik a hőmérséklettől, a terhelés frekvenciájától és a kikeményedés mértékétől.

A szilikon tömítőanyag és a beton közötti tapadás kémiáját mind a mechanikai reteszelés, mind a kémiai kötés vezérli. A frissen előkészített PCC hézagfelületek mikroszkopikusan érdes, nagy felületi energiájú aljzatot biztosítanak, amelybe az alacsony viszkozitású (önterülő készítmények esetében) vagy simított (nem folyó készítmények esetében) szilikon be tud folyni és mechanikusan rögzülni. Ezzel egyidejűleg a tömítőanyagba formulált szerves funkcionális szilán tapadásfokozók hidrolízisen és kondenzáción mennek keresztül a betonfelületen és a hidratált cementpasztában jelen lévő szilanol (Si-OH) csoportokkal, kovalens sziloxán kötéseket képezve, amelyek kémiailag rögzítik a tömítőanyagot az aljzathoz. Ez a kettős tapadási mechanizmus – mechanikai reteszelés plusz kémiai kötés – magyarázza, hogy a felület-előkészítés, különösen a tejhéj, a pácolóanyagok és a reaktív betonfelületekhez való hozzáférést blokkoló szennyeződések eltávolítása, miért a tömítőanyag élettartamának legfontosabb meghatározó tényezője.

A burkolati szilikon tömítőanyagok típusai

Az ASTM D5893 – Standard Specification for Cold Applied, Single Component, Chemically Curing Silicone Joint Sealant for Portland Cement Concrete Pavements – két különálló típusú szilikon tömítőanyagot határoz meg a felhordási reológia és a rendeltetés alapján: SL típus (önterülő) és NS típus (nem folyó). Ez a két típus azonos alap polisziloxán kémiával rendelkezik, de eltérő reológiai módosítószerekkel, töltőanyag-csomagokkal és viszkozitási profilokkal vannak formulázva, hogy különböző hézaggeometriákat és beépítési feltételeket szolgáljanak ki.

SL típus (önterülő) szilikon tömítőanyagok alacsony viszkozitású, gravitációs áramlású anyagokként vannak formulázva, elegendő folyékonysággal ahhoz, hogy vízszintes hézagokba önthetők legyenek és önterülő módon sima, sík vagy enyhén süllyesztett felületet képezzenek simítás nélkül. A viszkozitás jellemzően körülbelül 100 000 centipoise alá van hangolva felhordási hőmérsékleten, lehetővé téve az anyag számára, hogy a hézag egyenetlenségeibe, kipattogzott részekbe és felületi textúrába beáramoljon, miközben a bezárt légbuborékok távoznak. Az önterülő szilikonok a domináns választás nagyméretű burkolati tömítési munkákhoz – autópálya kereszt- és hosszirányú hézagok, repülőtéri kifutópálya- és gurulóút összehúzódási hézagok, valamint előtéri fűrészelt hézagok – ahol a felhordás sebessége, a tömítési profil konzisztenciája és a minimális személyzeti beavatkozás elsődleges szempont. Az SL típusú tömítőanyagokat közvetlenül 5 gallonos (19 literes) vödrökből vagy 55 gallonos (208 literes) hordókból szivattyúzzák levegővel működtetett nagy teljesítményű szivattyúkkal követőlemezzel, lehetővé téve a folyamatos felhordást műszakonként több ezer folyóméteren. A termelési sebesség jellemzően műszakonként 800–2000 folyóméter, a hézag szélességétől és mélységétől, a csapat méretétől és a hozzáférési feltételektől függően.

NS típus (nem folyó) szilikon tömítőanyagok, más néven pisztolyos vagy simított tömítőanyagok, tixotróp adalékokkal vannak formulázva, amelyek olyan folyáshatárt biztosítanak, amely elegendő a folyás vagy megereszkedés megakadályozásához a felhordás után, még függőleges vagy meredeken lejtős hézagfelületeken is. A nem folyó készítmények szabványos tömítőanyag-pisztoly patronokba (10,3 vagy 20 folyadékunciába) vagy nagyméretű kolbász csomagolásba vannak csomagolva pneumatikus pisztolyokhoz. A hézagba történő extrudálás után az NS típusú tömítőanyagokat simítani kell – spatulával, simítóval vagy profilozó szerszámmal benyomni és elsimítani – a hézagfalakkal való szoros érintkezés, a burkolatfelület alatti megfelelő süllyesztés és a homorú profil elérése érdekében, amely minimalizálja a feszültségkoncentrációt a kötési felületen. A simítás a tömítőanyagot a felületi pórusokba is bedolgozza és eltávolítja a légzárványokat. Az NS típusú anyagokat függőleges hézagokhoz írják elő olyan szerkezetekben, mint a hídfők, támfalak, hídkorlátok, valamint lejtős burkolati átmeneteknél, ahol a gravitáció kihúzná az önterülő készítményt a hézagból. Repülőtéri alkalmazásokban az NS típusú tömítőanyagokat függőleges építési hézagoknál használják terminál csatlakozásoknál, vízelvezető szerkezeti csatlakozásoknál és lejtős rámpaátmeneteknél, ahol az önterülő anyagok nem maradnának a helyükön.

Mindkét típus azonos nedvességaktivált mechanizmussal köt, és azonos kikötött tulajdonságokra vonatkozó követelményeknek kell megfelelniük az ASTM D5893 szerint – beleértve a szakítómodulust (maximum 0,35 MPa 100%-os nyúlásnál), a szakadási nyúlást (minimum 600%), a keménységet (Shore A 15–40 a kikötés után) és a kötési tartósságot vízbe merítés és szárításos öregítés után. A különbség kizárólag a kikötetlen reológiában, valamint az egyes típusokra jellemző előkészítési és beépítési eljárásokban van.

Egyes gyártók kettős konzisztenciájú termékeket gyártanak, amelyek alacsonyabb környezeti hőmérsékleten (ahol a viszkozitás magasabb) önterülő készítményként alkalmazhatók, de meleg körülmények között inkább nem folyó anyagként viselkednek. A tervezőknek ellenőrizniük kell, hogy a benyújtott termék megfelel-e a projektspecifikáció által előírt ASTM D5893 típusnak, mivel a két típus nem felcserélhető a hézag geometriájának és tájolásának gondos mérlegelése nélkül.

A szilikon hézagtömítők előnyei

Rugalmasság és mozgáskompenzáció. Az ASTM D5893 szerint előírt szilikon tömítőanyagok minimum 600%-os szakadási nyúlást biztosítanak, de a gyakorlatban jelentősebb mérőszám a mozgáskompenzációs tényező (MAF). A legtöbb burkolati minőségű szilikon ±50%-os hézagmozgásra van besorolva – ami azt jelenti, hogy egy 10 mm szélességben beépített tömítőanyag-gyöngy képes kompenzálni egy olyan hézagot, amely 5 mm és 15 mm között ciklizál a tapadás vagy kohézió elvesztése nélkül. Ez meghaladja a melegen öntött gumírozott aszfalt tömítőanyagok mozgásképességét (jellemzően ±10% – ±25%), és megközelíti az előformázott tömítőprofilokét. Az ultra-kis modulusú jellemző biztosítja, hogy a hézag nyitása során a kötési felületre átvitt erő minimális – jellemzően 0,35 MPa alatti 100%-os nyúlásnál – így a feszültségkoncentráció a tömítőanyag-beton határfelületen a megfelelően előkészített hézag kötési szilárdsága alatt marad. A nagy nyúlási kapacitás és a kis modulus kombinációja azt jelenti, hogy a szilikon képes kezelni a nagy betonburkolati lemezekre jellemző napi termikus ciklusokat és évszakos zsugorodási mozgásokat a progresszív leválás nélkül. Az FAA Műszaki Központ kutatásai öt repülőtéren, különböző éghajlati régiókban végzett helyszíni értékelésekkel megerősítették, hogy a szilikon tömítőanyagok többéves megfigyelési időszakok alatt következetesen jobban teljesítettek, mint a melegen öntött és poliszulfid alapú tömítőanyagok a tapadás megtartása és a kohéziós repedésekkel szembeni ellenállás tekintetében.

Üzemanyag- és vegyszerállóság. A PDMS belső kémiai szerkezete – nem poláros metilcsoportjaival és teljesen oxidált szilícium gerincével – a kikötött szilikon tömítőanyagot rendkívül ellenállóvá teszi a repülőtéri burkolatokon előforduló vegyi anyagok széles spektrumával szemben. A repülőgép-üzemanyag (Jet A, Jet A-1, JP-8), a repülőbenzin (AvGas), a hidraulikafolyadékok (Skydrol, MIL-PRF-83282), a kenőolajok és a jégtelenítő folyadékok (glikol- és kálium/nátrium-acetát alapúak) nem oldják, duzzasztják vagy károsítják jelentős mértékben a megfelelően kikötött szilikon tömítőanyagot. Ez alapvetően különbözik a szerves alapú tömítőanyagoktól – a poliuretánok hidrolizálhatnak és meglágyulhatnak hosszan tartó glikolos expozíció hatására, a poliszulfidok megduzzadhatnak aromás üzemanyagokban, és a melegen öntött gumírozott aszfaltok teljesen feloldódhatnak üzemanyag-kiömlés esetén. Üzemanyagtöltő előterekhez, hidrantaknákhoz és repülőgép-parkolóhelyekhez, ahol az üzemanyag-kiömlés rendszeres, az ASTM D7116 – Standard Specification for Joint Sealants for Use at Facilities Where Jet Fuel Spills on Concrete Pavements – további teljesítménykövetelményeket támaszt az ASTM D5893-on túl, beleértve a repülőgép-üzemanyagba merítéses vizsgálatot és a keménység, tömeg és térfogat változásainak értékelését. Az ASTM D7116-ot kifejezetten azért fejlesztették ki, mert a hagyományos D5893 vizsgálat nem tartalmaz üzemanyagba merítési követelményeket, és a tapasztalatok azt mutatták, hogy egyes D5893 tulajdonságoknak megfelelő tömítőanyagok idő előtt meghibásodhatnak üzemanyag-kiömléses környezetben. A D7116 követelményeinek megfelelő szilikon tömítőanyagok az elsődleges választás ezekre a kritikus területekre, és sok repülőtér-üzemeltető kizárólagosan írja elő őket minden előtéri és üzemanyagtöltő területi hézagmunkához.

Időjárásállóság és hőmérséklet-stabilitás. A sziloxán polimer gerinc eredendően átlátszó a napspektrum UV-sugárzása számára, ami azt jelenti, hogy a szilikon tömítőanyagoknak nincs szükségük koromra vagy más UV-elnyelő töltőanyagra a fotodegradációval szembeni ellenálláshoz. Míg a szerves tömítőanyagok töltőanyagokra és stabilizátorokra támaszkodnak, amelyeket az UV-expozíció fokozatosan felemészt, addig a szilikon kémiai szerkezete évtizedekig tartó közvetlen napfény hatására is változatlan marad. A kikötött szilikon tömítőanyag üzemi hőmérséklet-tartománya körülbelül −60°C-tól +200°C-ig (−76°F-tól +400°F-ig) terjed szakaszos kitettség esetén, a folyamatos üzemi besorolás jellemzően −40°C-tól +150°C-ig (−40°F-tól +300°F-ig) terjed. Ezen a tartományon belül az anyag megőrzi elasztomer tulajdonságait anélkül, hogy alacsony hőmérsékleten rideggé, magas hőmérsékleten pedig túlzottan meglágyulna – ez kritikus képesség az északi éghajlatú burkolatoknál, ahol a felületi hőmérséklet télen −40°C-tól nyári délutánokon +65°C-ig ingadozhat. A PDMS üvegesedési hőmérséklete (Tg) körülbelül −125°C, ami messze a burkolatokon előforduló bármely környezeti hőmérséklet alatt van, így az anyag soha nem kerül rideg üveges állapotba üzemi körülmények között. Ez ellentétben áll a melegen öntött tömítőanyagokkal, amelyek rideggé és repedésre hajlamossá válhatnak extrém hidegben, valamint az előformázott neoprén tömítőprofilokkal, amelyek fokozatosan megmerevednek a hőmérséklet csökkenésével.

Hosszú élettartam. Összehasonlító helyszíni tanulmányok és állami közútkezelői teljesítmény-adatbázisok 8–15 évben határozzák meg a szilikonnal tömített PCC burkolati hézagok jellemző élettartamát, szemben a melegen öntött gumírozott aszfalt 3–8 évével ugyanabban az alkalmazásban. Ez a 2×–3×-os élettartam-szorzó ellensúlyozza a magasabb egységnyi anyagköltséget (jellemzően 2–4-szerese a melegen öntött anyag lábankénti költségének), amikor a teljes életciklus költségelemzés figyelembe veszi a forgalomirányítást, a csapatmozgósítást, a hézag újbóli előkészítését és a gyakoribb újratömítési ciklusok üzemeltetési zavarait. A szilikon domináns meghibásodási mechanizmusa jól előkészített hézagokban a tapadás fokozatos elvesztése a kötési felületen, nem pedig a tömeganyag károsodása, ami azt jelenti, hogy amikor egy hézag végül újratömítést igényel, maga a szilikon anyag jellemzően még mindig elasztomer és ép – a hiba határfelületi, nem tömeganyaggal kapcsolatos.

Beépítési folyamat

A szilikon hézagtömítő PCC burkolatokra történő felhordása precíz, szekvenciális folyamatot követ, ahol minden lépés közvetlenül befolyásolja a beépített tömítés élettartamát. A hézag-előkészítés a tömítőanyag teljesítményének egyetlen legfontosabb meghatározó tényezője. Az FAA, a USACE és az állami közútkezelők tanulmányai következetesen a nem megfelelő felület-előkészítést – nem pedig a termékhibákat – azonosítják a tömítőanyag idő előtti meghibásodásának okaként.

1. lépés: Hézagrezervoár előkészítése. Új építés esetén a hézagot a friss beton fűrészelésével alakítják ki (jellemzően a beépítést követő 4–12 órán belül, mielőtt az ellenőrizetlen zsugorodási repedések kialakulnának) a lemezvastagság egynegyedétől egyharmadáig terjedő mélységig (D/4 – D/3). A fűrészelt hézag szélességét a burkolatterv határozza meg, de összehúzódási hézagoknál jellemzően 6–10 mm (1/4–3/8 hüvelyk). Újratömítési műveleteknél a meglévő hézagot újra kell fűrészelni (szélesíteni és tisztítani) gyémánttárcsás fűrésszel, hogy eltávolítsák a régi tömítőanyag-maradványokat, a hézagfelületekről a szennyezett betont, valamint a hézag széleinél lévő kipattogzott vagy repedt betont. A keletkező rezervoárnak tiszta, ép, párhuzamos felületeket kell mutatnia egyenletes szélességgel. Az újrafűrészelés mélységének kissé az eredeti tömítőanyag-rezervoár alá kell nyúlnia, hogy friss betonfelületet tárjon fel.

2. lépés: Hézag tisztítása. Ezt a lépést a helyszínen leggyakrabban elnagyolják, és ez áll a legszorosabb összefüggésben a tömítőanyag meghibásodásával. Közvetlenül a fűrészelés után a hézagot homokfúvni vagy nagynyomású vízzel tisztítani kell a fűrésziszap, a tejhéj, a pácolóanyag-maradványok és a hézagfalakon lévő esetleges régi tömítőanyag-film eltávolítására. A tiszta, száraz, olajmentes szilícium-dioxid homokkal vagy ezzel egyenértékű csiszolóanyaggal, 90–120 psi nyomáson végzett homokfúvás a legtöbb specifikáció referencia módszere. A fúvófejet mindkét hézagfelületre irányítani kell az egységes, enyhén maratott felület eléréséhez, látható szennyeződések nélkül. A csiszolóanyagos fúvást követően a hézagot olajmentes sűrített levegővel tisztítják, elegendő nyomáson és térfogatárammal a por, homok és törmelék eltávolításához a hézagüregből. A levegőellátásnak olaj-víz leválasztón kell áthaladnia a hézagfelület kompresszorolajjal történő szennyezésének megakadályozására. Egy végső szemrevételezéses ellenőrzésnek meg kell erősítenie, hogy a hézagfelületek szárazak, pormentesek és egységes világosszürke megjelenésűek, sötét elszíneződés vagy maradványok nélkül.

3. lépés: Háttöltő rúd és tapadásgátló beépítése. Zárt cellás polietilén hab háttöltő rudat helyeznek a hézagba, amely három funkciót lát el: (a) szabályozza a tömítőanyag-gyöngy mélységét azáltal, hogy szilárd platformot biztosít, amelyre a tömítőanyag kerül, (b) megakadályozza, hogy a tömítőanyag a hézag aljába folyjon (anyagpazarlás és háromoldalú tapadási állapot létrehozása), és (c) tapadásgátlóként működik, biztosítva, hogy a tömítőanyag csak a két függőleges hézagfelülethez tapadjon, ne a rezervoár aljához. A háttöltő rúd átmérőjének körülbelül 25%–50%-kal nagyobbnak kell lennie a hézag szélességénél, hogy biztosítsa a rúd megfelelő mélységben tartásához szükséges présillesztést. Olyan mélységbe kell behelyezni, amely a megadott tömítőanyag-süllyesztést eredményezi – a tömítőanyag-gyöngy mélységét a burkolatfelülettől mérve –, ami jellemzően 6–10 mm (1/4–3/8 hüvelyk). A tömítőanyag-gyöngy célzott szélesség-mélység aránya 2:1 – például egy 10 mm széles hézagba 5 mm mély tömítőanyag-gyöngyöt kell helyezni. Ez az arány, amely alaktényezőként ismert, minimalizálja a feszültségkoncentrációt a kötési felületen, amikor a hézag kinyílik. Ha a hézag túl keskeny, vagy a háttöltő rudat túl mélyre helyezik, a tömítőanyag-gyöngy túl mély lesz a szélességéhez képest, és a hézagmozgás során a kötési felületen jelentkező alakváltozás kisebb területre koncentrálódik, növelve a tapadási hiba valószínűségét. A háttöltő rudat sérülés, nyújtás vagy csavarodás nélkül kell behelyezni, amelyek mindegyike olyan utakat hozhat létre, amelyeken keresztül a tömítőanyag a rúd mellett a hézag aljához folyhat és oda is hozzátapadhat.

4. lépés: Alapozás (ha szükséges). Egyes szilikon tömítőanyag-készítmények alapozót igényelnek a megtisztított beton hézagfelületeken a tapadás maximalizálása érdekében, különösen nedvességnek való kitettség, vegyi érintkezés vagy szélsőséges hőmérséklet-ciklusok feltételei mellett. Az alapozó – jellemzően szilán kapcsolószerek és reaktív szilikon gyanták alacsony viszkozitású oldata illékony oldószeres hordozóban – vékony, folyamatos filmrétegben kerül felhordásra ecsettel, hengerrel vagy szórófejjel, és hagyják megszáradni (oldószer elpárolgása) a tömítőanyag felhordása előtt. Be kell tartani a gyártó által megadott felhasználási időt és az újrabevonási ablakot. Nem minden D5893 szilikon igényel alapozást; sokan integrált tapadásfokozókkal vannak formulázva, amelyek közvetlenül a tiszta, száraz betonhoz kötődnek. A gyártó által kiadott adatlap a meghatározó dokumentum arra vonatkozóan, hogy szükséges-e alapozó egy adott aljzathoz és kitettségi körülményhez.

5. lépés: Tömítőanyag felhordása. SL típusú (önterülő) tömítőanyagok esetén az anyagot a tartályból levegővel működtetett nagyteljesítményű szivattyúval szivattyúzzák, amelynek követőlemeze a vödör vagy hordó belső oldalához tömít. A szivattyú egy tömlőn keresztül juttatja a tömítőanyagot egy felhordó pálcához, amelynek fúvókája a hézagszélességhez illeszkedik. A kezelő a pálcát végigvezeti a hézag mentén, feltöltve azt a háttöltő rúdtól a megadott süllyesztésig. Az anyag folyik és önterülő módon sima felületet képez, kiengedve a bezárt levegőt. A túltöltést kerülni kell – a burkolatfelületen lévő felesleges tömítőanyagot nehéz tisztán eltávolítani, és ragadós felületet hozhat létre, amely összegyűjti a törmeléket. NS típusú (nem folyó) tömítőanyagok esetén az anyagot patronokból vagy kolbász csomagokból extrudálják kézi vagy pneumatikus tömítőanyag-pisztollyal. A gyöngyöt enyhén túltöltve helyezik el, majd azonnal simítják egy homorú profilozó szerszámmal vagy spatulával, hogy a tömítőanyagot szorosan mindkét hézagfalhoz nyomják, megszüntessék a légzárványokat, és sima, homorú felületet hozzanak létre, amely 3–6 mm-rel a burkolatfelület alatt van. A simítást a tömítőanyag bőrképzési idején belül kell elvégezni (jellemzően 10–30 perc, hőmérséklettől és páratartalomtól függően). Simító kenőanyag (enyhe szappanos oldat) használható annak megakadályozására, hogy a tömítőanyag a szerszámhoz ragadjon, de ügyelni kell arra, hogy a kenőanyag ne szennyezze a hézagfalakat.

6. lépés: Kikeményítés és forgalomba helyezés. A szilikon tömítőanyag a légköri nedvességgel való reakcióval köt ki, a szabad felülettől lefelé haladva. A kikeményedés sebessége a hőmérséklettől, a relatív páratartalomtól és a gyöngy mélységétől függ. Szabványos körülmények között (23°C, 50% RH) a tömítőanyag 30–90 percen belül tapadásmentessé válik és 2–4 órán belül kellően kiköt a könnyű forgalom számára. A teljes kikeményedés a gyöngy teljes mélységében 24–72 órát igényelhet mély hézagok esetén. A tömítőanyagot védeni kell az esőtől, portól és forgalomtól a kezdeti kikeményedési időszakban. Repülőtéri alkalmazások esetén a tömítőanyagnak teljesen ki kell kötnie, mielőtt a repülőgép-forgalmat megengednék – a korai terhelés deformálhatja a kikötetlen anyagot, megzavarhatja a kötési felületet, és törmeléket ágyazhat be a tömítőanyag felületébe. A hideg időjárás (5°C alatt) jelentősen lassítja a kikeményedési sebességet, és a legtöbb gyártó megad egy minimális felhordási hőmérsékletet, amely alatt a kikeményedés elfogadhatatlanul lassú.

Teljesítménykövetelmények és szabványok

ASTM D5893/D5893M az elsődleges anyagspecifikáció, amely a PCC burkolatokhoz használt szilikon hézagtömítőket szabályozza Észak-Amerikában. Követelményeket állapít meg mind az SL, mind az NS típusú tömítőanyagokra, a kikötetlen (felhordási) tulajdonságok és a kikötött (teljesítmény) tulajdonságok köré szervezve. A legfontosabb teljesítménykövetelmények a következők:

FAA P-605 – Joint Sealants for Pavements a repülőtéri burkolati hézagtömítési munkák irányadó specifikációja, amelyeket az FAA Repülőtér-fejlesztési Programján (AIP) keresztül finanszíroznak a 150/5370-10 számú Tanácsadó Körlevél alapján. A P-605 három anyagkategóriát fogad el betonburkolati hézagokhoz: melegen felhordott tömítőanyagok, amelyek megfelelnek az ASTM D6690 szabványnak (a típus kiválasztása az éghajlat alapján, az üzemanyag-kiömléses területek kivételével), hidegen felhordott szilikon tömítőanyagok, amelyek megfelelnek az ASTM D5893 szabványnak (SL vagy NS típus, a hézag tájolásának megfelelően), és ASTM D7116 tömítőanyagok azokon a helyeken, ahol repülőgép-üzemanyag-kiömlés történik. A P-605 meghatározott eljárásokat ír elő a hézag-előkészítésre, a háttöltő rúd beépítésére (zárt cellás polietilén hab, a hézagszélességnél 25%-kal nagyobb méretben), a tömítőanyag felhordására és az ellenőrzésre. A specifikáció megköveteli, hogy a hézagtömítő vállalkozó rendelkezzen sikeres korábbi tapasztalattal, hogy a tömítőanyag jóváhagyott minősített terméklistáról származzon, ahol ilyen létezik, és hogy a munkát csak akkor végezzék, amikor a környezeti és az aljzati hőmérséklet meghaladja a 4,4°C-ot (40°F), és a hézagfelületek teljesen szárazak.

ASTM D7116 – a hézagtömítők szabványa repülőgép-üzemanyag-kiömléses területeken – azért készült, mert a szabványos D5893 vizsgálat nem tartalmaz üzemanyagba merítési követelményeket, és a helyszíni tapasztalatok azt mutatták, hogy egyes D5893 tulajdonságoknak megfelelő anyagok üzemanyag-kiömléses környezetben károsodhatnak vagy elveszíthetik tapadásukat. A D7116 magában foglalja a D5893 összes mechanikai tulajdonságra vonatkozó követelményét, és kiegészíti azokat üzemanyagba merítési vizsgálattal: a kikötött tömítőanyagot 72 órán át 23°C-on ASTM Reference Fuel B (70:30 izooktán:toluol keverék, amely aromás üzemanyag-expozíciót szimulál) folyadékba merítik, amely után a keménység nem változhat 15 pontnál többet, a tömegváltozás nem haladhatja meg a 10%-ot, és a térfogatváltozás nem haladhatja meg a 15%-ot. A szilikon tömítőanyagok kivételesen jól teljesítenek ebben a vizsgálatban, mert a keresztkötött PDMS hálózat alapvetően nem kompatibilis a szénhidrogén üzemanyagokkal – az üzemanyag molekulák nem képesek behatolni és megduzzasztani a polimer mátrixot, ellentétben a szerves alapú tömítőanyagokkal, amelyek kémiai hasonlóságot mutatnak az üzemanyag-összetevőkkel.

Egyéb releváns szabványok közé tartozik az ASTM C920 (elasztomer hézagtömítők épületszerkezetekhez, egy tágabb szabvány, amely nem specifikus burkolatokra), az ASTM C1193 (szabványos útmutató hézagtömítők használatához), az AASHTO M 220 (előformázott polikloroprén préselt tömítőprofilok, egy alternatív technológia) és különböző állami közútkezelői anyagspecifikációk (például a Caltrans 41. szakasza, a TxDOT DMS-6310/DMS-6320 és az FDOT 932. szakasza), amelyek további követelményeket – minősített terméklistákat, éghajlat-specifikus polimermódosításokat, jóváhagyott szerelői programokat – rétegezhetnek a nemzeti alapszabványokra.

Szilikon vs. melegen öntött vs. előformázott tömítőprofilok

A burkolati hézagtömítő kiválasztása magában foglalja az anyagköltség, a beépítés összetettsége, az élettartam, a teljesítménykövetelmények és a helyspecifikus feltételek egyensúlyozását. A három elsődleges család – a hidegen felhordott szilikon (ASTM D5893), a melegen felhordott gumírozott aszfalt (ASTM D6690) és az előformázott tömítőprofilok (AASHTO M 220) – mindegyike különálló pozíciót foglal el ebben a döntési térben.

A melegen felhordott gumírozott aszfalt (ASTM D6690) aszfaltcement, gumi (újrahasznosított gumiőrlemény vagy szűz polimer), lágyítók és töltőanyagok keverékét használja, amelyet olajköpenyes üstökben 175–200°C-on (350–390°F) olvasztanak meg és öntenek a hézagokba. Az alacsonyabb lábankénti anyagköltség (jellemzően a szilikon 25–50%-a) és a gyors termelési sebesség (műszakonként 1000–3000 folyóméter) gazdaságos választássá teszi a melegen öntött anyagot aszfaltburkolatok nagy volumenű repedéstömítéséhez és PCC autópálya hézagokhoz, ahol a 3–8 éves újratömítési ciklusok elfogadhatók. A melegen öntött tömítőanyagok azonban számos eredendő korláttal rendelkeznek a szilikonhoz képest: érzékenység az UV-károsodásra és az oxidatív ridegedésre idővel, meleg időjárási forgalom hatására bekövetkező meglágyulás és kifolyás, érzékenység a felhordás során történő túlmelegedésre (amely véglegesen károsítja a polimert), és teljes alkalmatlanság üzemanyag-kiömléses területekre. A melegen öntött tömítőanyagok az FAA P-605 szerint nem engedélyezettek üzemanyagtöltő területeken, és általában nem ajánlottak repülőtéri előterekhez vagy parkolóhelyekhez, ahol üzemanyag-expozíció lehetséges.

Az előformázott polikloroprén (neoprén) tömítőprofilok (AASHTO M 220) extrudált elasztomer profilok belső hálós szerkezettel, amelyeket oldalirányban összenyomva helyeznek a hézagba, és a tömörített elasztomer visszataszító ereje tartja őket a helyükön a hézagfalakhoz nyomva. A három család közül a leghosszabb élettartamot kínálják – 15–25+ év, ha megfelelően méretezik őket – mert nincs helyszíni kikeményedés, nincs tapadási függés a kémiai kötéstől, és a neoprén anyag eredendően ellenálló az időjárással és számos vegyszerrel szemben. Elsődleges korlátjuk a szoros hézagszélesség-szabályozás követelménye: minden egyes tömítőprofil csak egy meghatározott összenyomási tartományon belül működik (jellemzően a tömörítetlen szélességének 80–50%-a), így a hézag fűrészelt szélességét gondosan ellenőrizni és fenntartani kell. Ha a hézag hideg időben a tömítés tágulási határán túl nyílik, a tömítés elveszíti a falhoz való érintkezést, és kieshet vagy kihúzódhat. Ha a hézag a tömörítési határon túl záródik, a tömítés túlterhelődhet és véglegesen deformálódhat (nyomási maradandó alakváltozás). A tömítőprofilok magasabb kezdeti anyagköltséggel is rendelkeznek, mint mind a melegen öntött, mind a szilikon anyagok keskeny hézagok esetén, és egy sérült szakasz javítása a teljes érintett szakasz kihúzását és cseréjét jelenti.

Repülőtéri PCC hézagalkalmazások

A szilikon hézagtömítőket a repülőtéri PCC burkolati alkalmazások teljes spektrumában előírják, a konkrét terméktípust és irányadó szabványt a helyszín, a kitettségi feltételek és az üzemeltetési követelmények alapján választják ki.

A kifutópálya kereszt- és hosszirányú összehúzódási hézagai jelentik a legnagyobb mennyiségű alkalmazást. A kifutópálya PCC burkolatokat jellemzően 3,75–7,6 méter (12,5–25 láb) széles és 4,5–7,6 méter (15–25 láb) hosszú lemezekben építik, keresztirányú összehúzódási hézagokkal szabályos időközönként a zsugorodási repedések szabályozására. Ezeket a hézagokat SL típusú szilikontömítővel tömítik, hogy megakadályozzák a víz behatolását az alépítménybe, ahol az iszapolást, eróziót és üregképződést okozhat az ismétlődő nagy repülőgép-terhelések hatására. A kifutópálya hézagtömítőjének meghibásodása lehetővé teszi a víz bejutását a burkolati szerkezetbe, és az 1,4 MPa-nál (200 psi) nagyobb abroncsnyomású repülőgépeket kiszolgáló kifutópályákon a hézagrezervoárokban rekedt víz nagy sebességgel préselődhet a mikrorepedésekbe és pórusokba a kerékáthaladás során, gyorsítva a lemezszéli károsodást. A szilikon UV-expozícióval szembeni hosszú élettartama értékes a kifutópályákon, ahol a folyamatos napsugárzás károsítja a szerves tömítőanyagokat. A süllyesztett tömítőanyag-gyöngy (6–10 mm-rel a felület alatt) megakadályozza a tömítőanyag közvetlen gumiabroncs-érintkezését és kopását a repülőgép-üzemeltetés során.

A gurulóút hézagai alacsonyabb repülőgép-sebességet, de nagyobb csatornázottságot tapasztalnak – a repülőgépek kerekei kiszámítható nyomvonalakon haladnak, a terhelést a burkolat középvonala és a kereszteződések filé területei közelében koncentrálva. A gurulóúti hézagokban lévő szilikon tömítőanyagnak ellen kell állnia a lassan kanyarodó, nagy futómű-konfigurációjú repülőgépek (például a Boeing 777 hatkerekes főfutóművével és az A380 szárny- és törzsfutómű-szerelvényeivel) által keltett nagyobb nyíróerőknek. A szilikon kis modulusú tulajdonsága itt előnyös, mivel kompenzálja a repülőgép fékezési és kanyarodási erői által kiváltott lemezmozgásokat anélkül, hogy túlzott feszültséget adna át a hézagéleknek.

Az előtéri és repülőgép-parkolóhelyi hézagok jelentik a legigényesebb környezetet a hézagtömítők számára. Az előtéri lemezek jellemzően vastagabbak, mint a kifutópálya lemezei (350–450 mm szemben a 300–375 mm-rel) a statikus repülőgép-terhelések kezelésére, és gyakran ki vannak téve repülőgép-üzemanyag csöpögésének és kiömlésének a tankolási műveletek során, hidraulikafolyadék-szivárgásnak a futóművekből és földi kiszolgáló berendezésekből, glikol alapú jégtelenítő folyadékoknak, valamint forró motor-kipufogógáz behatásnak a segédhajtómű (APU) kapunál történő működtetése során. Az ASTM D5893 és ASTM D7116 szabványoknak is megfelelő szilikon tömítőanyag az előírt anyag ezekre a területekre az FAA P-605 szerint. A szilikon üzemanyag-állósága kiküszöböli annak kockázatát, hogy a tömítőanyag feloldódjon és nyitott hézagot hagyjon, amely az üzemanyagot közvetlenül az alépítménybe vezeti – ez a forgatókönyv jelentős környezeti kármentesítési költségeket okozott azokon a repülőtereken, ahol a leromlott tömítőanyagok lehetővé tették az üzemanyag talajvízbe szivárgását az előterek alatt. Számos nagy repülőtér-üzemeltető, köztük a nagy csomópontokat üzemeltetők is, saját minősített terméklistát vezetnek az előtéri hézagtömítőkhöz, amelyek független laboratóriumi igazolást követelnek meg az ASTM vizsgálatok által lefedetteken túli üzemanyag-állósági tulajdonságokról.

Az üzemanyag-hidrantakna és tankolószigeti hézagok speciális alkalmazások, ahol a tömítőanyagnak közvetlen, folyamatos érintkezésben kell működnie a repülőgép-üzemanyaggal. A helyszínen bebetonozott hidrantakna-keretek, tankolószigeti szegélyek és védőárkok körüli hézagokat D7116-kompatibilis szilikonnal tömítik, hogy megakadályozzák az üzemanyag megkerülését a védőrendszer mellett. Ezek a hézagok jellemzően keskenyebbek (3–6 mm) és mélyebbek, mint a burkolati összehúzódási hézagok, és NS típusú (nem folyó) tömítőanyagot igényelhetnek, ha a hézag tájolása függőleges vagy ahhoz közeli felületeket tartalmaz. A szilikon azon képessége, hogy mind a betonhoz, mind a hidrantaknák acél- vagy öntöttvas kereteihez kötődjön – különösen, ha alapozót használnak a fém aljzaton – folyamatos folyadékzáró tömítést biztosít, amely megakadályozza a felszín alatti üzemanyag-migrációt.

Ellenőrzés és csere

Minőségellenőrzés a beépítés során a leghatékonyabb eszköz a hosszú tömítőanyag-élettartam biztosítására. Az ellenőrzés során minden egyes lépést ellenőrizni kell a beépítési sorrendben: a hézagrezervoár méreteit (szélesség, mélység, tisztaság), a háttöltő rúd méretét és mélységét (megerősítve a 2:1 szélesség-mélység arányt a tömítőanyag-gyöngy esetében), a környezeti és aljzati feltételeket (hőmérséklet, páratartalom, nedvesség vagy páralecsapódás jelenléte a hézagfelületeken), a tömítőanyag keverését vagy kondicionálását (ha a gyártó előírja), a felhordási technikát (folyamatos, légzárványmentes elhelyezés), a simítást (NS típus esetén) és a süllyesztési mélységet. A kikötött tömítőanyagot a gyártó által megadott kikeményedési időszak után ellenőrizni kell próbagyöngyök véletlenszerű helyeken történő kihúzásával a hézagfalakhoz való tapadás ellenőrzésére. Egy roncsolásos tapadási vizsgálat – keresztirányú vágás a tömítőanyag-gyöngyön, a szabad vég meghúzása, és annak megfigyelése, hogy a hiba kohéziós (a tömítőanyag-testen belül, ami elfogadható) vagy tapadási (a tömítőanyag-beton határfelületen, ami nem megfelelő előkészítésre, szennyezésre vagy hiányzó alapozóra utal) – közvetlen bizonyítékot szolgáltat a kötés minőségéről. A vizsgált hossz több mint 10%-ánál jelentkező tapadási hiba, vagy a tömítőanyag besorolt nyúlásának 80%-ánál kisebb mértékű kohéziós hiba azt jelzi, hogy a beépítés nem a tervezett módon teljesít.

Üzem közbeni ellenőrzés a tömített hézagokon a burkolatgazdálkodási rendszerbe integrálva, legfeljebb kétéves időközönként végzendő, gyakoribb ellenőrzéssel a beépítést követő első évben, hogy az első évszakos hőmérsékleti ciklus által kiváltott korai élettartamú hibákat kiszűrjék. Az ellenőröknek a következő hibajelzőket kell keresniük: (a) tapadási elválás – a tömítőanyag-gyöngy elvált az egyik vagy mindkét hézagfaltól, résként vagy a hézagból felemelhető gyöngyként látható; (b) kohéziós szakadás – a tömítőanyag a saját középvonala mentén repedt, ami azt jelzi, hogy a hézagmozgás meghaladta az anyag nyúlási kapacitását, vagy hogy a tömítőanyag túl mélyre volt süllyesztve (kedvezőtlen alaktényezőt létrehozva); (c) hézagélek kipattogzása – a hézag melletti beton kitört, általában azért, mert víz jutott be egy meghibásodott tömítésen keresztül és megfagyott, vagy mert összenyomhatatlan törmelék szorult a hézagba, megakadályozva a záródást a meleg időjárási tágulás során; (d) iszapolás vagy lépcsőképződés – a lemezek eltérő függőleges elmozdulása a hézag két oldalán, ami annak bizonyítéka, hogy az alépítmény finom anyagai egy meghibásodott tömítésen keresztül távoznak kerékterhelés hatására; (e) felületi károsodás – a tömítőanyag felületének pittingje, repedezése vagy krétásodása (szilikon esetében ritka, de előfordulhat, ha az anyag nem volt teljesen kikötve, szennyezett volt, vagy nem kompatibilis vegyszereknek volt kitéve).

Cserefeltételek a szilikonnal tömített hézagok esetében akkor állnak fenn, ha egy meghatározott burkolati szakasz teljes hézaghosszának több mint körülbelül 10%-ánál napfény látható a háttöltő rúdig, ha állóvíz figyelhető meg a hézagokban eső után, vagy ha a hézagok melletti kipattogzás meghaladja a 25 mm-t (1 hüvelyk) szélességben. A csere a teljes hézag-előkészítési sorozatot követi: az összes régi tömítőanyagot és háttöltő rudat eltávolítják (kikaparják, kifújják, és szükség esetén forrólevegős lándzsával kiégetik – bár ezt követően csiszolóanyagos fúvást kell végezni az égésmaradványok eltávolítására), a rezervoárt újrafűrészelik a tiszta betonfelületekig, a hézagot homokfújják és kifújják, új háttöltő rudat helyeznek a megfelelő mélységbe, és új tömítőanyagot helyeznek el. Az a gyakori, de hatástalan gyakorlat, hogy a meghibásodott tömítőanyagot friss anyaggal fedik át vagy sapkázzák – új tömítőanyag-réteget hordanak fel a régi gyöngy tetejére. Az új tömítőanyag csak a régi tömítőanyag felületéhez kötődik, nem a hézagfalakhoz, és bármilyen hézagmozgás gyorsan újranyitja a mögöttes hibát. A tartós teljesítményhez teljes eltávolítás és csere szükséges.

Nyilvántartás a hézagtömítő beépítésekről és ellenőrzésekről biztosítja az életciklus-elemzéshez és költségvetés-tervezéshez szükséges adatokat. A nyilvántartásoknak dokumentálniuk kell: a tömítőanyag termékét (gyártó, terméknév, tétel/tételszám, ASTM típus), a hézag-előkészítés módját (fűrészelés dátuma és részletei, tisztítási módszer, használt alapozó, ha volt), a felhordási feltételeket (dátum, környezeti hőmérséklet, relatív páratartalom, aljzati hőmérséklet), a beépítés részleteit (háttöltő rúd mérete és beállított mélysége, tömítőanyag süllyesztése, beépített folyóméter) és az ellenőrzési eredményeket az idő múlásával. Ezek az adatok lehetővé teszik a repülőtéri burkolatgazdálkodók számára, hogy a tömítőanyag élettartamára vonatkozó várakozásokat az adott éghajlati, forgalmi és üzemeltetési feltételekhez igazítsák, és az újratömítési ütemterveket a tényleges teljesítmény alapján optimalizálják, nem pedig általános feltételezések szerint.