بخشی از مقاله
کاربرد شاتکریت با بتن الیافی پلیمری در سیستم پوششی دیواره تونل ها
چکیده
شاتکریت با بتن الیافی به عملی گفته می شود که در آن الیاف تقویت کننده در داخل مخلوط بتن ترکیب شده و با استفاده از فشار هوا و سرعت بالا به سطوح مختلف ناهموار پاشیده میشود و جهت پوشاندن شیارهای دیوار یا ساختمان و مقاوم سازی دیوارهای بتنی همانند سد و تونل و ساختمانها در مقابله با زلزله، خوردگی و حوادث طبیعی به کار برده میشود. در این روش سعی شده است برای مسلح کردن بتن و شاتکریت از الیاف پلیمری استفاده شود. این مقاله به منظور ارائه روشهای نو در حذف نقایص و مشکلات ناشی از اجرای پوشش تونل ها نسبت به روش سنتی به کار برده میشود. استفاده از ترکیبات بتنی مسلح به الیاف امروزه در انواع مختلف سازه ها گسترش یافته است. کارایی و دوام بسیار بالای این نوع از مصالح، آن ها را به یک گزینه موثر برای بسیاری از طراحی ها تبدیل کرده است. استفاده از این روش باعث افزایش مقاوت ضربه ای،کششی و سایش بتن میگردد، نفوذ پذیری را کاهش داده و موجب افزایش دوام و پایداری می شود. این الیاف باعث افزایش شکل پذیری بتن میباشد و این کاربرد به ویژه در محیطهای تحت تغییر شکل و جابجایی های قابل توجه مانند انواع سازه های زیرزمینی اهمیت بیشتری دارد. نتایج این پژوهش حاصل مجموعه ای از آزمایش ها و پیشنهاداتی برای دستیابی به یک طراحی بهینه بر مبنای نتایج تجربی ارایه شده است. به همین جهت این نوع بتنها نسبت به بتنهای رایج سیمانی مزایا و خواص برتری داشته و همین مزایا و خواص برتر است که علیرغم قیمت بالا، آنها را مورد استقبال روز افزون صنعتی قرار میدهد.
واژههای کلیدی: شاتکریت، بتن الیافی، الیاف پلیمری، مقاوم سازی تونل
-1 مقدمه
فضاهای زیرزمینی بلافاصله پس از انجام عملیات حفاری بایستی با روش های خاصی مورد نگهداری قرار بگیرند. بستگی به ساختار زمین شناسی توده سنگ در برگیرنده فضای زیرزمینی میزان حجم نگهداری متفاوت خواهد بود. برای اجرای تحکیمات تونل نیاز به داشتن اطلاعات کافی از وضعیت زمین شناسی، میزان آب زیرزمینی موجود در توده سنگ، مقاومت مکانیکی توده سنگ با توجه به شکل هندسی داخلی فضای ایجاد شده می باشد. پس از کسب آگاهی از وضعیت سنگ دربرگیرنده، میزان تحکیمات مورد نیاز براساس کلاس بندی خاصی تعیین شده و وارد مرحله اجرا می شود. یکی از عمده
1
فعالیت های تشکیل دهنده روش اجرای نگهداری و تقویت تونل ها، بتن پاشی ( شاتکریت) می باشد. شاتکریت را می توان به عنوان بتن یا ملاتی که از طریق شیلنگ های لاستیکی حمل شده و با استفاده از هوای فشرده باسرعت زیاد به سطح مورد نظر پاشیده می شود، تعریف کرد.
اولین کاربرد شاتکریت به سال 1191 میلادی بر می گردد که در آن زمان تحت عنوان گونیت نامیده می شد و به کمک دستگاهی موسوم به تفنگ سیمان به کار می رفت.
در سال 1914 برای اولین بار شاتکریت در یک معدن آزمایشی در ایالات متحده آمریکا مورد استفاده قرار گرفت.
اما در سال 1930 بود که واژه شاتکریت از طرف انجمن مهندسین راه آهن آمریکا بکار برده شد و تاکنون نیز مورد استفاده قرار می گیرد. شاتکریت در دو نوع مخلوط تر و مخلوط خشک در تمام دنیا تکنولوژی شناخته شده ای برای استقرار بتن است.
مسلح ساختن شاتکریت با الیاف پلیمری یکی از مهمترین عوامل در گسترش کاربرد شاتکریت است زیرا کار طاقت فرسای نصب توری را کاهش می دهد .[1] استفاده از ترکیبات بتنی مسلح به الیاف امروزه در انواع مختلف سازه ها گسترش یافته است. کارایی و دوام بسیاربالای این نوع از مصالح، آن ها را به یک گزینه ی موثر برای بسیاری از طراحی ها تبدیل کرده است. الیاف پلیمری که در این مقاله مد نظر است، از نقطه نظر سازه ای، سبب ارتقای ویژگی های شکست و بهبود رفتار سازه می شود. این ساز و کار هم بر روی توانایی خدمت رسانی و هم حالات حد نهایی تاثیر قابل ملاحظه ای می گذارد. تاثیرات این فناوری بر روی رفتار در مقابل بار بدین گونه است که انتشار ترک ها را مهارنموده و عرض آن ها را کاهش می دهد. همچنین موجب افزایش سختی برشی آن می شود. تاثیر آن بر روی رفتار درحالت حدی نهایی نیز به صورت افزایش مقاومت در برابر فشار، برش، کشش و پیچش و افزایش انعطاف پذیری و شکل پذیری سازه است.
-2 تعریف شاتکریت از نظر مؤسسه بین المللی ACI
شاتکریت عبارتست از ملات یا بتنی که با فشار و سرعت بالا به سطح مورد نظر پاشیده می شود. در ابتدای کار از آنجا که شاتکریت بدون استفاده از مش فولادی کار می شد و در برخی اوقات به صورت ورقه هایی از سنگ زیرین جدا می شد، لذا به عنوان یک سیستم نگهداری اصلی چندان مورد توجه واقع نگردید.
ولی در واقع از جمله امتیازات شاتکریت آن است که سطوح ناهموار حفریات زیر زمینی را می پوشانند و به شکل یک سطح نسبتاً صاف در می آورد. تعداد حفریات زیر زمینی که بلافاصله بعد از حفاری شاتکریت می شوند رو به فزونی است. مسلح ساختن شاتکریت با الیاف پلیمری یکی از مهمترین عوامل در گسترش کاربرد شاتکریت است زیرا کار طاقت فرسای نصب توری را کاهش می دهد. آزمایشات و تجربیات اخیر نشان داده است که شاتکریت در شرایط ترکش سنگ ملایم بسیار مؤثر است. اگرچه نتایج مطالعات برای نتیجه گیری قطعی در این زمینه هنوز زود است ولی علائم موجود بیانگر آن است که در
آینده در مورد کاربرد شاتکریت توجه جدی تری خواهد شد .[2]
2
شکل : 1 عمل پاشش بتن (شاتکریت) بر روی دیواره های تونل
-3 بتن الیافی پلیمری
بتن الیافی پلیمری در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف پلیمر تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق العاده افزایش می یابد. این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد. بتن الیافی پلیمری از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از همپاشیده نمی شود. شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی پلیمری نوع پیشرفته این تکنولوژی میباشد که الیاف پلیمر، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کاررفته در ترکیب کاهگل شده اند. امروزه با استفاده از این نوع الیاف، تولید بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به کارگیری آنها درکشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است. بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل پذیری بالا، مقاومت فوقالعاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا می باشد که متناسب با آنها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت. به طور مثال در ساخت کف سالنهای صنعتی، می توان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری متداول سود جست این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم به ضربه، همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می رود و بنای شکل گرفته از بتن، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی می توان از این نوع بتن کمک گرفت. موارد دیگری از به کارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل های سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنادار همچون تونل ها می باشد. در ساخت پوشش تونل ها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل میپذیرد. اخیراً برای حذف ترک ها در پوشش تونل هایی که به صورت چند تکه پیش ساخته اجرا می شود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترک ها در حین عمل آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونل ها شده است. به کارگیری این بتن در بنای یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز برخورداراست.
