بتن شاتکریت چیست؟

بتن شاتکریت مخلوطی از سنگدانه و سیمان پرتلند است که توسط هوای فشرده به نازل تفنگ اسپری منتقل شده و سپس آب اضافه می‌شود. بعد از آن، مخلوط در محل اسپری می‌شود و تقریباً بلافاصله ممکن است ماله کشی انجام شود. برای مصارف ساختاری، شاتکریت معمولاً بر روی شبکه ای از میلگردهای تقویت کننده و مش فولادی اعمال می‌شود.

بتن شاتکریت برای انواع سازه های بتنی از جمله دیوارها، محوطه باغ وحش، سقف های سایبانی، روکش های نسوز، استخرها و سدها استفاده می شود. گاهی اوقات در تونل سازی برای اتصال دیواره های تونل برای جلوگیری از نشت و تکه تکه شدن استفاده می شود. برای شناخت بیشتر این نوع بتن با ما همراه باشید.

تعریف شاتکریت

شاتکریت (Shotcrete) بتن با عملکرد بالاست که از طریق یک شلنگ و به صورت پنوماتیک و با سرعت زیادی بر روی سطح اسپری (پاشش) می‌شود. عمل پاشش منجر به تراکم بتن می‌شود و سپس لایه‌هایی از بتن را با ضخامت مورد نیاز تشکیل می‌دهد. ثابت شده است که شاتکریت بهترین روش برای ساخت سطوح منحنی شکل است.

با ظهور فنآوری شاتکریت ساخت خطوط و گنبدهای تونلی در حال حاضر بسیار آسان‌تر از قبل شده است. شاتکریت یک روش پذیرفته شده و مورد استفاده برای قرار دادن موادی با ماهیت سیمانی است که برای طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده می‌شود.

از سال 1900 تاکنون پیشرفت‌های زیادی را در این حوزه شاهد بودیم، چه در تجهیزات و چه در تکنیک‌های تخصصی مورد نیاز برای کاربرد پنوماتیک ملات یا بتن! امروزه این نوع بتن به دلیل تنوع در شکل، استحکام بالا، دوام و قابلیت اتصال خوب، به یک ماده حیاتی تبدیل شده است و در مناطق با دسترسی دشوار می‌توان آن را به راحتی بر روی سطح با سرعت زیادی اسپری کرد.

کاربردهای بتن شاتکریت شامل حفاظت از سطوح شیبدار و نوسازی سازه‌های موجود است. شاتکریت معمولاً به دلایلی مانند محافظت از سطوح که دچار فرسایش یا ناپایداری شده‌اند، استفاده می‌شود. در بخش معدن، تقاضا برای شاتکریت برای پشتیبانی زیرزمینی در سال‌های اخیر به شدت افزایش یافته است. شرایط پر کردن غیر معمول اعضای بتنی و مشکل در دسترسی راحت جهت بتن ریزی، برخی از مشکلاتی هستند که برای معادن زیرزمینی متمایز وجود دارند که توسط شاتکریت به کلی حل و فصل می‌شوند.

بتن شاتکریت

تاریخچه بتن شاتکریت

شاتکریت در سال 1907 توسط «کارل آکلی» برای تعمیر نمای خراب موزه فیلد کلمبیا در شیکاگو (کاخ قدیمی هنرهای زیبا از نمایشگاه کلمبیای جهان) اختراع شد. وی از روش دمیدن مواد خشک از داخل شلنگ با هوای فشرده استفاده کرد و در هنگام آزاد شدن نازل آب به مواد خشک تزریق می‌شد. در سال 1911، اختراع خود را به نام «تفنگ سیمانی» ثبت کرد.

اختراع آکلی از فرآیند مخلوط خشک استفاده می‌کرد تا اینکه فرآیند مخلوط مرطوب در دهۀ 1950 طراحی شد. در دهۀ 1960، یک روش جایگزین برای شلیک مواد خشک با اسلحه دوار، با استفاده از «قیف باز تغذیه» ظاهر شد. نازل در کارهای کوچک مانند استخر معمولی با دست کنترل می‌شود. در کارهای بزرگتر به بازوهای مکانیکی متصل شده و توسط کنترل از راه دور دستی کار می‌کند.

مواد تشکیل دهنده بتن شاتکریت

سیمان، آب و سنگدانه مواد اولیه مورد استفاده در شاتکریت به همراه نرم کننده‌ها و افزودنی‌های مختلف برای افزایش عملکرد آن هستند. نسبت بالای آب به سیمان و میزان رطوبت در ماسه و شن، در کیفیت محصول نهایی مؤثر هستند. نسبت مطلوب آب به سیمان حدود 0.45 است. ترکیب ماسه و سنگدانه بستگی به تقاضای آب، کارآیی، شتاب دهنده‌ها، شرینکیج و دوام دارد. حالا به صورت جداگانه مواد تشکیل دهنده شاتکریت را معرفی می‌کنیم:

سیمان پرتلند

الزامات سیمان برای بتن شاتکریت، مشابه نیازهای بتن معمولی است. سیمان کم قلیایی باید زمانی مشخص شود که سنگدانه‌های مورد استفاده از نظر شیمیایی با قلیاهای موجود در سیمان واکنش پذیر باشند.

سیمان هوازا (Air Entraining Cement) در فرآیند تولید بتن استفاده می‌شود و نتایج متفاوتی به دست آورده است، به طور کلی محتوای هوا بسیار کمتر از بتن معمولی است و همچنین استفاده از سیمان هواگیر توصیه نمی‌شود زیرا محتویات هوای تحت تأثیر عوامل خارجی مانند فشار هوا، طول شیلنگ و نوع تجهیزات قرار می‌گیرند. هنگامی که به ماتریس سیمان پرتلند اضافه می‌شود، پوزولان با هیدروکسید کلسیم و آب واکنش می‌دهد و ژل سیلیکات کلسیم بیشتری تولید می‌کند.

آب

  • آب مورد نیاز بتن: باید از آب آشامیدنی استفاده شود. اگر آب آشامیدنی در دسترس نباشد، منبع آب پیشنهادی باید آزمایش شود.
  • آب برای فرآیند عمل آوری: برای آب مورد استفاده در عمل آوری شاتکریت نیازی به الزامات خاصی نیست. آب برای عمل آوری شاتکریت باید عاری از عناصری باشد که باعث ایجاد لکه می‌شوند.

تصویری از انجام شاتکریت

سنگدانه‌ها

در شاتکریت از سنگدانه‌های سبک برای فرآیند بتن ریزی انجام می‌شود. از آنجایی که تماس رطوبت و سنگدانه در نازل آغاز می‌شود، کاهش شدید کارآیی در تولید بتن سبک اتفاق نمیفتد.

میلگرد

آرماتورهای تقویت کننده برای شاتکریت، باید همان مشخصات بتن معمولی را داشته باشند. استفاده از میلگردهای بزرگ‌تر از قطر 16 میلی‌متر مناسب نخواهد بود. میلگردهای بزرگ، دستیابی به انباشت کافی بتن شاتکریت در پشت آنها را دشوار می‌کند. به طور کلی فاصله میلگرد‌ها از 150 میلی‌متر تا 300 میلی‌متر برای تقویت شاتکریت توصیه می‌شود.

مواد افزودنی شیمیایی

به دلیل محدودیت تجهیزات شاتکریت، استفاده از افزودنی‌ها در شاتکریت مشابه بتن معمولی نیست. قبل از استفاده در پروژه‌های بزرگ، مخلوط‌های بتنی باید در محل آزمایش شوند تا از دستیابی به خواص مورد نظر اطمینان حاصل شود. مواد افزودنی شیمیایی مورد استفاده در شاتکریت، باید با الزامات پروژه مطابقت داشته باشند.

انواع بتن شاتکریت

شاتکریت به دو سته زیر تقسیم می‌شود:

مخلوط خشک

روش مخلوط خشک شامل قرار دادن مواد خشک در قیف و سپس انتقال آنها به صورت پنوماتیک از طریق شلنگ به نازل است. اپراتور افزودن آب در نازل را کنترل می‌کند. آب و مخلوط خشک با برخورد مخلوط به سطح گیرنده ترکیب می‌شوند.

مزایای فرآیند مخلوط خشک این است که میزان آب را می‌توان به طور لحظه‌ای توسط نازل تنظیم کرد که باعث می‌شود بدون استفاده از شتاب دهنده، در کاربردهای عمودی مؤثر واقع شود. فرآیند مخلوط خشک در کاربردهای تعمیراتی مفید است.

انواع بتن شاتکریت

مخلوط مرطوب

شاتکریت مخلوط مرطوب شامل پمپاژ بتن آماده به نازل است. هوای فشرده در نازل وارد می‌شود تا مخلوط را به سطح گیرنده منتقل کند. روش مرطوب به طور کلی در مقایسه با فرآیند مخلوط خشک، ضایعات کمتر داشته و بدون گرد و غبار است.

بزرگترین مزیت فرآیند مخلوط مرطوب این است که همۀ مواد با آب و مواد افزودنی مورد نیاز مخلوط می‌شوند و همچنین حجم بیشتری از آن را می‌توان در زمان کمتری نسبت به مخلوط خشک در محل بتن ریزی کرد.

مزایای بتن شاتکریت

در زیر نگاهی به برخی از فواید استفاده از شاتکریت میندازیم:

سرعت کاربرد

چه با روش خشک و چه مرطوب، شاتکریت به طور چشمگیری میزان زمانی را که صرف ساخت و نگهداری قالب‌های بتنی سنتی می‌کنید را کاهش می‌دهد. انجام فرآیند شاتکریت به علت پاشش سریع بتن در سطح، به سرعت انجام می‌شود و از این منظر، نیازهای بتن ریزی به خوبی پاسخگوی مقدار هزینه و زمان خواهند بود.

بتن ریزی مناطق دشوار

انتقال تجهیزات بتنی به مناطق خاص می‌تواند مشکل باشد اما شاتکریت به طور کلی از این مشکل جلوگیری می‌کند. نیازی به جابجایی تجهیزات در کنار محل بتن ریزی نیست زیرا یک متخصص ماهر می‌تواند بتن شاتکریت را تا صدها متر دورتر از منبع، بتن ریزی کند. این ویژگی به ویژه در اعضای بتنی با شکل هندسی متفاوت یا در مناطق دشوار، مفید است.

کاهش هزینه‌ها

استفاده از شاتکریت می‌تواند از چند طریق قابل توجه باعث صرفه جویی در هزینه‌ها شود. به عنوان مثال، خرید پمپ ترکیبی می‌تواند هزینه تجهیزات شما را تا حد زیادی کاهش دهد. این امر هم در مورد هزینه‌های اولیه خرید تجهیزات و هم در نگهداری آن صدق می‌کند زیرا شما فقط روی یک قطعه تجهیزات کار می‌کنید. این امر باعث صرفه جویی در هزینه‌های کار می‌شود زیرا می‌توانید کارها را سریع‌تر انجام دهید.

تصویری دیگر از بتن شاتکریت

کاربردهای بتن شاتکریت

انتخاب شاتکریت برای یک کاربرد خاص، باید بر اساس دانش، تجربه و مطالعه دقیق عملکرد مواد مورد نیاز باشد. موفقیت شاتکریت برای بستگی به برنامه ریزی و نظارت مناسب دارد، به علاوه مهارت و توجه مستمر ارائه شده توسط دستگاه شاتکریت نیز باید کنترل شود. موارد استفاده از شاتکریت به شرح زیر هستند:

1- تعمیر

از شاتکریت می‌توان برای ترمیم و تعمیر سطوح آسیب دیده بتنی، چوبی یا سازه‌های فلزی استفاده کرد. مثال‌های زیر نشان می‌دهند که چگونه می‌توان از شاتکریت در تعمیرات استفاده کرد:

پل‌ها

بتن شاتکریت را می‌توان برای بازسازی عرشه پل استفاده کرد اما به طور کلی برای تعمیرات عمده غیراقتصادی خواهد بود. با این حال، این روش برای تعمیر تیرها، ستون‌ها، تکیه گاه‌ها، دیوارها و زیر عرشه از نظر تکنیک و هزینه بسیار مفید است.

ساختمان‌ها

در تعمیرات ساختمان، شاتکریت معمولاً برای ترمیم آسیب‌ها و خرابی‌های ناشی از آتش سوزی و زلزله، استحکام دیوارها و پوشش فولاد سازه‌ای برای ضد حریق کردن آن استفاده می‌شود. تعمیر اعضای سازه‌ای توسط شاتکریت مانند تیرها، ستون‌ها و اتصالات برای سازه‌های آسیب دیده از زلزله معمول است.

ساختار دریایی

آسیب به سازه‌های دریایی می‌تواند ناشی از خرابی بتن و آرماتور باشد. شرایط آسیب رسان شامل خوردگی فولاد، عمل انجماد و ذوب، بارگذاری ضربه‌ای، ناراحتی ساختاری، سایش فیزیکی در اثر امواج، ماسه، شن و یخ شناور و حمله شیمیایی در اثر سولفات‌ها باشند.

این مشکلات می‌توانند در اکثر سازه‌های دریایی مانند عرشه پل، شمع، سرپوش، تیرها، اسکله‌ها، قفل‌های ناوبری، دیوارهای راهنما، سدها، نیروگاه‌ها و تونل‌های تخلیه رخ دهند. در بسیاری از موارد می‌توان از شاتکریت برای ترمیم سطوح خراب این سازه‌ها استفاده کرد.

سطوح سرریز

سطوح تحت جریان‌ها با سرعت بالا ممکن است در اثر فرسایش حفره‌ای یا فرسایش سایشی آسیب ببینند. تعمیرات شاتکریت برای تکمیل تعمیرات سطوح سرریز سودمند هستند. این سطوح اغلب خاکی هستند که با شاتکریت می‌توان آنها را مقاوم سازی کرده و از ریزش خاک‌ها جلوگیری کرد.

2- حفاری زیرزمینی

در بیشتر موارد، شاتکریت برای حفاری‌های زیرزمینی در سنگ استفاده می‌شود؛ اما گاهی اوقات، از آن برای تونل‌ها برای بهبود خاک‌های تغییر یافته، بدون انسجام و شُل استفاده می‌شود. کاربردهای معمول شاتکریت زیرزمینی شامل تکمیل یا جایگزینی مواد پشتیبانی، آب بندی سطوح سنگی، هدایت جریان آب و نصب پشتیبانی موقت و روکش‌های دائمی هستند.

3- حفاظت از شیب و سطح

شاتکریت اغلب برای محافظت موقت از سطوح سنگی استفاده می‌شود که اغلب در معرض هوا دچار خرابی می‌شوند. شاتکریت همچنین برای پوشاندن بریدگی‌هایی سطحی که ممکن است به مرور زمان دچار فرسایش یا خرابی شوند، استفاده می‌شود.

حفاظت از شیب باید به درستی انجام شود تا از آسیب ناشی از فشار رانش جلوگیری شود. استفاده از شاتکریت در محل‌های دفن زباله و دیگر مناطق شیب‌دار برای جلوگیری از نفوذ آب، محبوب است.

4- ساختارهای جدید

شاتکریت لزوماً سریع‌ترین روش برای بتن ریزی نیست اما در مواردی که مقاطع نازک و وسعت کار کم است، می‌توان از شاتکریت به طور مؤثر برای صرفه جویی در زمان استفاده کرد. موارد زیر برخی از کاربردهای مربوط شاتکریت در ساخت و سازه‌های جدید را شرح می‌دهند:

استخرها و مخازن

شاتکریت به طور گسترده‌ای برای ساخت استخرهای شنا بتنی استفاده می‌شود. اخیراً، آکواریوم‌های بزرگی در کشورهای توسعه یافته با استفاده از شاتکریت ساخته شده‌اند.

کف و دیوارها

ساخت و ساز عمودی و سقفی برای دیوارها، اسلب، ستون‌ها و سایر اعضای سازه‌ای اغلب با شاتکریت انجام شده است.

طاق‌ها

تکنیک‌های جدید ساخت و ساز، احداث طاق‌های شاتکریت را عملی کرده است. این سازه‌های بزرگ برای مناطق مسکونی، انبارداری، پل و لوله کشی استفاده می‌شود.

خواص بتن شاتکریت

مانند بتن معمولی، خواص شاتکریت به طور چشمگیری بسته به نسبت آب به سیمان، کیفیت سنگدانه، اندازه و نوع، مواد افزودنی، نوع سیمان و شیوه‌های ساخت و ساز متفاوت است. استفاده مناسب از افزودنی‌ها، الیاف، بخار سیلیس و پلیمرها می‌تواند خواص شاتکریت را بهبود بخشد. بسته به نیازهای خاص، ویژگی‌های مواد اولیه و مخلوط‌های شاتکریت باید قبل از استفاده آزمایش شوند.

خواص شاتکریت به شرح زیر هستند:

مقاومت فشاری

از نظر مقاومت فشاری و خمشی، شاتکریت می‌تواند مقاومتی معادل بتن معمولی را تولید کند. مقاومت فشاری بین 30 تا 60 نیوتن متر برمیلی‌مترمربع، قابل دستیابی است. روابط بین نسبت آب و سیمان و مقاومت فشاری، از الگوهای معمولی پیروی می‌کنند. بدین معنا که برای رسیدن به مقاومت فشاری بالا، به نسبت آب به سیمان کمتری نیاز است.

شرینکیج

شرینکیج تحت تأثیر آب مخلوط بتنی قرار می‌گیرد. شرینکیج در شاتکریت دانه درشت کاهش پیدا می‌کند و در شاتکریت بدون سنگدانه درشت افزایش می‌یابد. شاتکریت حاوی بخار سیلیس، تمایل به شرینکیج بیشتری نسبت به شاتکریت بدون سیلیس دارد.

چقرمگی

رابطه ظرفیت بار پس از شکست با ظرفیت بار در اولین شکست، به عنوان چقرمگی تعریف می‌شود افزودن الیاف به شاتکریت می‌تواند منجر به این شود که محصول قابلیت حمل بار بیشتری خواهد داشت. نوع، اندازه، شکل و میزان فیبر می‌توانند مقدار چقرمگی را تعیین کنند. استفاده از شاخص چقرمگی در آزمایش انحراف بار، وسیله‌ای منطقی برای تعیین و مقایسه عملکرد شاتکریت را فراهم می‌کند.

یکی از روش های بتن شاتکریت

تجهیزات مورد استفاده برای اجرای بتن شاتکریت

در زیر به تشریح انواع وسائل و تجهیزات مورد نیاز شاتکریت می‌پردازیم:

تجهیزات بچینگ و مخلوط کردن

اکثر شاتکریت‌ها با استفاده از تجهیزات قابل حمل دسته‌ای مخلوط می‌شوند یا در کارخانه‌ها تولید و به محل پروژه حمل می‌شوند. تجهیزات اختلاط برای شاتکریت از نوع دسته‌ای یا پیوسته هستند. در نوع پیوسته، اجزای جداگانه به کمک پیچ‌های سرعت متغیر، سیستم تغذیه کمربندی یا ترکیبی از هر دو به پیچ میکسر تغذیه می‌شوند.

گاهی اوقات در واحدهای تولیدی از قیف برای جمع آوری و تغذیه مخلوط استفاده می‌شود (در صورت نیاز). سیستم‌های اندازه گیری آب نیز برای مرطوب کردن مجدد مخلوط موجود هستند. تجهیزات بچینگ و اختلاط باید بتوانند جریان کافی و مداوم مواد همگن را حفظ کنند.

پخش کننده ادمیکسر

بسته به خواص و نوع فرآیند شاتکریت (خشک یا مرطوب)، ممکن است در صورت نیاز در حین اختلاط یا در نازل، مواد افزودنی اضافه شوند. در فرآیند مخلوط کردن خشک، معمولاً افزودنی‌های خشک (پودری) به مخلوط وارد می‌شوند. اگر از تفنگ تغذیه ‌استفاده می‌شود، این وسیله ممکن است مستقیماً توسط یک توزیع کننده مخصوص به قیف تفنگ اضافه شود.

دستگاه توزیع کننده باید بتواند مقدار دقیق افزودنی، معمولاً 1 تا 4 درصد جرم سیمان را در مخلوط اندازه گیری کند و باید بتواند نسبت شتاب دهنده به سیمان را به طور دقیقی تغییر دهد. در فرآیند مخلوط کردن خشک، افزودنی‌های مایع باید از طریق آب در نازل وارد شوند. افزودنی ممکن است با آب از قبل مخلوط شده و به نازل پمپ شده یا مستقیماً به آب در نازل اضافه شوند.

در فرآیند مخلوط مرطوب، ممکن است افزودنی‌های خشک یا مایع به مخلوط هنگام تولید در کارخانه اضافه شوند به شرطی که خواص پمپاژ تغییر نامطلوبی نداشته باشند. به عنوان مثال، اگر این افزودنی‌ها در حین تولید در کارنه اضافه شوند، یک شتاب دهنده مشکل ایجاد می‌کند! در حالی که یک افزودنی کاهش دهنده آب با بُرد بالا (HRWR) ممکن است اثرات مفیدی داشته باشد. در کاربردهای مخلوط مرطوب، ممکن است فقط افزودنی‌های مایع به منبع هوا در نازل اضافه شوند.

کمپرسور هوا

یک کمپرسور هوای با ظرفیت زیاد برای یک عملیات موفق شاتکریت ضروری است. کمپرسور باید هوای تمیز، خشک و عاری از روغن را برای حفظ سرعت نازل جهت تمام قسمت‌های کار فراهم کند.

نازل

یک نازل معمولاً از یک نوک، حلقه آب، شیر کنترل و بدنه نازل تشکیل شده است که در طیف گسترده‌ای از اندازه‌ها موجود است. نازل وظیفه کنترل و شدت پاشش بتن شاتکریت به سطح را بر عهده دارد.

کلام آخر

بتن شاتکریت بتن پاششی از طریق یک شلنگ به صورت پنوماتیک با سرعت زیاد به سطح کار اسپری می‌شود. این اصطلاح معمولاً یک اصطلاح همه جانبه برای هر دو نسخه مخلوط مرطوب و خشک است. شاتکریت به دلیل نیرویی که از نازل خارج می‌شود، عملیات بتن ریزی را به شکلی سریع و مؤثر اعمال می‌کند. این تکنیک برای کارهای ساختمانی و عمرانی به وفور استفاده می‌شود.

منابع :

https://esub.com/construction-project-management-software-blog/the-pros-and-cons-of-shotcrete/

https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Shotcrete_technology