مقاله ارزیابی شاتکریت و نکاتی اجرایی پیرامون استفاده ازآن

بخشی از مقاله

ارزیابی شاتکریت و نکاتی اجرایی پیرامون استفاده ازآن

چکیده

خواص شاتکریت در اکثر موارد بر بتن رجحان دارد از جمله می توان به دانسیته بیشتر ، چسبندگی عالی ، نفوذپذیری کم ، مقاومت سایش بیشتر وبالاخره افزایش مقاومت یخ زدگی اشاره کرد . بطور کلی مواد و مصالحی که کیفیت بتن را افزایش می دهد برای شاتکریت نیز مناسب است و استانداردهای مورد استفاده برای سیمان و سنگدانه های بتن دررابطه با آن معتبر است. مسلح کردن شاتکریت با افزودن انواع الیاف صورت میگیرد بیشترین کاربرد شاتکریت پوشش تونلهامی باشد ولی از دیگر کاربردهای آن می توان ، حفاظت شیب خاکبرداریهای روباز ، تقویت سازه های فلزی وبتنی ، تعمیر خرابیها ونشتی سدها و...را نامبردکه دراین مقاله به آن پرداخته شده است.

واژگان کلیدی: شاتکریت ( SHOTCRETE) ، الیاف فولادی ، ، شبکه فولادی ، بتن پاشیده ، تسلیح شاتکریت.

مقدمه

امروزه با پیشرفت سریع علم و نیاز روزافزون بشر به آب، لزوم بهرهبرداری و استفاده صحیح و حداکثر از آبهای سطحی و ذخیرهسازی آن با احداث سدهای مختلف موجب شده است اهمیت آب، این مایه حیاتبخش، بیش از هر زمان دیگری موردتوجه بیشتری واقع شود. ازسوی دیگر ایجاد نیروگاههای برق آبی و استفاده از آب برای تولید جریان الکتریسیته در سدها تثبیت و پایدارسازی سطوح حفاری شده در عملیات اجرایی سدها از جمله نکات مهمی است که بایستی موردتوجه قرار گیرد. انحراف مسیر آب رودخانه در هنگام احداث سد با ایجاد تونلهای انحراف و پایدارسازی دیوارهای ورودی و خروجی این تونلها جهت جلوگیری از ریزش دامنهها که میتواند موجب مسدودشدن ورودی و خروجی تونل گردیده و مشکلات اساسی را جهت ادامه کار بوجود آورده و همچنین پایدارسازی سطوح داخلی تونلها جهت جلوگیری از لغزش و ریزش از نکات مهمی است که بایستی موردتوجه جدی قرار گیرد. ایجاد فضاهای بزرگ زیرزمینی همچون ایستگاههای مترو و نیروگاههای برقآبی مانند سدکارون و نحوه پایدارسازی این فضاها تمهیدات خاصی را میطلبد.روشهای مختلف و متنوعی جهت تثبیت و پایدارسازی سطوح حفاری باتوجه به نوع و موقعیت پروژه وجود دارد که ازجمله این روشها به انواع دیوارهای حایل، سپرکوبی، شمعکوبی، خاک مسلح، تثبیت بوسیله شاتکریت و … میتوان اشاره نمود.

شاتکریت برای اولین بار در ایران در دهه 1930 میلادی توسط آقای پروفسور رابسوویچ اطریشی که مشغول تحقیق جهت ابداع یک روش جدید تونلزنی بودهاند و در جریان ساخت تونلهای راهآهن سراسری اجرا گردید. کاربرد وسیع و جدی شاتکریت از سال 1366 -67 در متروی تهران و سایر پروژههای عمرانی آغاز گردید. امروزه در دنیا هرسال بیش از دهمیلیون مترمکعب شاتکریت مصرف میشود. مصرف شاتکریت به علت سرعت و سهولت اجرا، انعطافپذیری و ارزش اقتصادی و… روبه افزایش است.

بتن پاشیده بتن یاملاتی را گویند که بکمک هوای فشرده وبا سرعت زیاد به سطح کار پاشیده شده و روی آن می چسبد . نیروی حاصل از برخورد مصالح با سطح کار ، مصالح پاشیده را متراکم می کند . بتن پاشیده ابتدا GUNITE (تفنگی) نامیده می شد . از آن پس تولید کنندگان ماشین آلات بتن پاشی اسامی مختلفی را در این زمینه بکار برده اند نامهایی مانند SPRAYCRETE،GUNED CONCERE و--- از آن جمله اند . درسال 1930 بود که واژه شاتکریت از طرف مهندسین راه آهن آمریکا بکار برده شد وتا کنون نیز مورد استفاده قرار میگیرد .

شاتکریت در دو نوع مخلوط تر (WET MIX SHOTCRETE) WMS و مخلوط خشک (DRY MIX SHOTCRETE)DMS مورد استفاده می باشد . از آنجایی که شاتکریت غیر مسلح یک ماده شکننده ودارای مقاومت کششی خیلی کمی است هنگام استفاده ازآن بعنوان نگهداری باید در برابر تنشهای وارده تقویت شود که بدین منظور از شبکه های فولادی یا الیاف مصنوعی برای تقویت خواص آن استفاده می شود .

َجهت استانداردهای موجود در مورد بتن معمولی در مورد بتن پاشیده نیز صادق می باشد .در کاربرد بتن پاشیده اغلب از مواد افزودنی شامل زودگیرها،حباب سازها ، دیر گیرها و مواد کاهنده آب استفاده می شود.

انتخاب مصالح وطرح اختلاط مناسب تاثیر فراوانی در کیفیت بتن پاشیده دارد .این امر در زمان تجهیز و راه اندازی کارگاه طی آزمایشهای قبل از شروع عملیات اجرایی اصلی باید مورد بررسی قرار گیرد .

خواص و موارد کاربرد بتن پاشیده

کیفیت و عملکرد بتن پاشیده بستگی زیادی به مصالح ، شرایط کار، ماشین آلات مورد استفاده وبخصوص مهارت نیروی انسانی مجری عملیات دارد .پاره ای از ویژگیهای بتن پاشیده را می توان به شرح زیر خلاصه کرد :
· با اجرای خوب مقاومت اولیه و نهایی زیاد بوده و مصالح بخوبی متراکم می شود.
· چسبندگی خوبی به آرموتور ،بتن سخت شده و سنگ دارد .

· مصالح پاشیده شده متراکم وآب بند است .
· میزان قالب بندی در مقایسه با بتن معمولی کمتر است .
· تجهیزات و ماشین آلات کار سبک می باشد .

· انتقال مواد توسط لوله تا 500 متر افقی و100متر قائم میسر است .
· پوشش سطوح در سخت ترین شرایط ممکن می گردد.
کاربرد های بتن پاشیده زیاد می باشد موارد زیر ازآن جمله اند :

· تونلها ،اعم از تونلهای آب وفاضلاب ،راه ، راه آهن ومترو
· سازه های زیر زمینی
· حفاظت و پایدار ی شیبها

· پوشش کانالهای آب
· حفاظت پی ها و گود ساختمانها
· محوطه سازی وایجاد فضاهای خاص
· پوشش استخر وآب بندی مخازن آب رو باز

· حفاظت سازه های فولادی جهت مقاومت در برابر آتش سوزی یا تاثیرات مواد خورنده
· تعمیرات سازه های بتنی مانند سدها ، مخازن ، پلها ، تونلها و......
· کابرد های صنعتی مثل پوشش دود کشها و کوره ها

بتن پاشیده های که خوب اجرا شده باشد از نظر سازه ای مقاومت داشته وبخوبی می تواند روی سطوح سنگی ، بتنی ، فولاد ، ...... بچسبد بدون آنکه شکل یا شیب آن تاثیری در این امر داشته باشد .نسبت آب به سیمان در بتن پاشیده بین 0/35 تا 0/55 می باشد که اندکی از نسبتهای رایج برای بیشتر بتنهای معمولی اندکی بیشتر است .مشخصات فیزیکی بتن پاشیده خوب اجرا شده قابل مقایسه با بتن معمولی است که دارای همان ترکیب مصالح باشد .مقاومت فشاری 28 روزه بتن پاشیده معمولا بین 200 تا 500 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (بر اساس نمونه استوانه ای به قطر 15 و ارتفاع 30 سانتیمتر ) است.در پاره ای آزمایشها مقاومت تا 700 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع نیز گزارش شده است .

جمع شدگی ( SHRINKAGE ) در بتن پاشیده به ترکیب مصالح مورد استفاده بستگی دارد ولی معمولا بین 0/06 تا 0/1 درصد می باشد. این درصد از بتنهای معمولی که در مقاطع ضخیم استفاده می شود کمی بیشتر است .این امر موجب بروز ترک هائی در سطح کار می شود .

اگر بتن پاشیده روی سطوح کم مقاومت یا خوب آماده نشده پاشیده شود طی مدتی چسبندگی با سطح زیرین از بین میرود . خرابی بتنهای پاشیده روی سطوح بتنی اغلب ناشی از عملکرد قطعه زیرین است

روشهای اجرا
دو روش برای اجرای بتن پاشیده وجود دارد :
(1روش خشک(DRY MIX SHOTCRETE) DMS

(2 روش تر (WET MIX SHOTCRETE) WMS الف) روش خشک(:( DMS
در روش خشک مخلوطی از سیمان وسنگدانه های مرطوب به دستگاه خوراک دهنده (FEEDER) ریخته می شود .آب توسط یک دوش مخصوص که در داخل افشانک نصب است قبل از پاشیده شدن مخلوط به آن اضافه می شود .افزودن آب در نازل بطور دستی کنترل میشود با توجه به سرعت بسیار زیاد خروج مصالح از نازل افزودن آب در کسری از ثانیه صورت می گیرد دراین حال ممکن است به بخشی از دانه های سیمان آب نرسیده ودر نتیجه این دانه ها هیدراته نشده باشند . به همین علت است که در محل اجرای شاتکریت مخلوط خشک DMS گردوغبار زیاد ناشی از پراکنده شدن دانه های سیمان در هوا مشاهده می گردد و بخش قابل توجهی از ملات پاشیده شده به سطح زیر کار نچسبده وجزو پرت کار محسوب میگردد .

مواد زودگیر را اگر بصورت مایع باشد آن را به آب اختلاط می افزایند واگر بصورت پودر باشد در دستگاه خوراک دهنده به مخلوط خشک اضافه می کنند . با تجهیزات موجود می توان بتن پاشیده با سنگدانه های تا قطر 3/4 اینچ را اجرا نمود در شکل زیر مجموعه تجهیزات وماشین آلات بتن پاشی در روش خشک و دستگاه خوراک دهنده آمده است

شکل(1 شمای کلی دستگاه بتن پاشی در روش خشک
خواص بتن پاشیده به روش خشک(: ( DMS

- تطبیق بیشتری با وضعیت سطح زمین مخصوصا جاهائی که سطح کار آبدار باشد دارد . -تجهیزات وماشین آلالت مربوطه ،ارزانتر وفراوانترند .

- تجهیزات وماشین آلات مربوطه کوچکترند ،لذا برای تونلهای با ابعاد محدود مناسبترند .
- مواد را در فاصله طولانی تری می توان با لوله انتقال داد.

- کاربرد مواد افزودنی حباب ساز میسر نیست .
- در حین کار با گرد و غبار همراه است .

- در کارهای روکش تونلها ودر ضخامت کمتر از 10 سانتیمتر معمولا کاربرد دارد .

- در حین کار فرو ریز از سطح کار نسبت به روش تر زیاد است .
- نسبت آب به سیمان در این روش 0/3 تا 0/5 می باشد ..
ب) روش تر : (WMS )

در این روش ابتدا سنگدانه ها ، سیمان وآب را با هم مخلوط می کنند تا بتن با طرح اختلاط معین حاصل شود. سپس آنرا به داخل دستگاه خوراک دهنده می ریزند .مخلوط از دستگاه مربوط به کمک وسایل مکانیکی بداخل شیلنگ رابط رانده شده و از آن طریق به نازل می رسد .در آنجا هوای فشرده تزریق می شود تا موجب افزایش سرعت پاشیدن شود در این روش نیز می توان بتن پاشیده با سنگدانه های تا قطر 4/3 اینچ را اجرا نمود . مواد زودگیر باید درسر افشانک به مخلوط اضافه شود . شمای تجهیزات بتن پاشی در روش تر در شکل زیر آمده است .

شکل2 )شمای کلی دستگاه بتن پاشی در روش تر

مخلوط تر را می توان درجائیکه مقاومت فشاری مورد نظر است بکار برد . از طرفی دیگر در این روش امکان اجرای بتنی به ضخامت 50 سانتیمتر برای دیوار و 20 سانتیمتر برای سقف در یک مرحله به راحتی امکانپذیر است . شاتکریت مخلوط تر همچنین این امکان را فراهم می آورد تا دیگر اجرای سازه های بتنی با اشکال منحنی ، مدور وغیر منظم مانعی بر سر راه طراحان ومجریان نباشد . سرعت بتن پاشی در این روش 3 متر مکعب بر ساعت می باشد

.

ویژگیهای شاتکریت تر :(WMS)

- فرو ریز از سطح کار در موقع بتن پاشی کمتر است .

- در موقع بتن پاشی گرد و خاک کمتری ایجاد می گردد .
- کنترل دقیق آب به سیمان میسر است .

- نسبت آب به سیمان بین 0/4 تا 0/5 متغیر است .
- اختلاط آب با مصالح بخوبی صورت می گیرد .

- کیفیت بتن پاشیده شده حساسیت زیادی به مهارت اپراتور بتن پاش ندارد .
- سرعت کار زیاد 3) متر مکعب بر ساعت ) می باشد.

شکل(3 دستگاه اتوماتیک بتن پاش

تسلیح کردن وافزایش مقاومت شاتکریت
جهت تسلیح کردن وافزایش مقاومت شاتکریت از سه روش استفاده می گردد:
· استفاده از شبکه فولادی (shotcrete fiber reinforced)

· استفاده از شاتکریت الیافی( (steel fiber reinforced
· کاربرد میکرو سیلیکا در طرح اختلاط شاتکریت

از آنجایی که شاتکریت غیر مسلح یک ماده شکننده ودارای مقاومت کششی خیلی کمی است هنگام استفاده از آن بعنوان نگهداری ، باید در برابر تنشهای وارده تقویت شود که برای این منظور از شبکه های فولادی یا الیاف مصنوعی برای تقویت مقاومت فشاری آن استفاده می شود .

همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود شاتکریت ساده بلا فاصله بعد از ایجاد ترک می شکند ولی شاتکریت مسلح بعداز اولین ترک خاصیت تحمل بار از خود نشان می دهد .

شکل ( 4 نمودار بار تغییر شکل برای شاتکریت ساده وشاتکریت مسلح

· تسلیح شاتکریت با شبکه فولادی : استفاده از شبکه های فولادی همراه با شاتکریت افزایش قابل ملاحظه ای در ظرفیت بارپذیری بوجود آورده است . یکی از معایب کاربرد شاتکریت با شبکه فولادی عدم امکان نصب آن با فاصله نزدیک به سطح سنگ است بخصوص در سنگهائی که حفاری کنترل نشده در آن انجام شده است و یا طبیعت سنگ باعث بروز ناهمواریهای زیاد شده است که این مشکل بوسیله انجام شاتکریت لایه اول وکاسته شدن از حجم ناهمواریهای اولیه در سطح سنگ تا حدودی بر طرف می شود .

· تسلیح شاتکریت با الیاف فولادی : استفاده از شاتکریت مسلح به الیاف فولادی در سال 1970 اغاز شد. افزودن الیاف فولادی به شاتکریت مقاومت خمشی ، مقاومت در برابر ضربه ، مقاومت کششی مستقیم ، انعطاف پذیری و تاب شکست را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد که میزان افزایش مقاومت بستگی به مقدار ، نوع ، اندازه ، شکل ونسبت ظاهری الیاف بکاررفته دارد.

· مقایسه تسلیح شاتکریت با شبکه فولادی وبا الیاف فولادی : نمودار زیر نشان می دهد که شاتکریت مسلح به شبکه فولادی قدرت بارپذیری بیشتری دارد.