طرح اختلاط شاتکریت و روش‌های اجرای آن

بتن پاششی مانند بتن معمولی، متشکل از سیمان، آب، سنگدانه، مواد معدنی، افزودنی‌های پودری و افزودنی‌های شیمیایی است که به این لیست می‌توان انواع گوناگون از الیاف را نیز افزود. از این جهت بررسی طرح اختلاط بتن پاششی و روش‌های اجرایی مطابق با آیین نامه EFNARC حائز اهمیت می‌باشد.

مهم ترین انتظار از مخلوط بتن شاتکریت را می‌توان به طور خلاصه به شرح زیر برشمرد:

• مقاومت فشاری زودرس.
• مشخصات مناسب گیرش بتن (به طور معمول گیرش سریع مدنظر است).
• کارایی دلخواه و کار پسند، از نظر مشخصات اولیه و حفظ کارایی در مدت زمان مشخص (روش تر).
• قابلیت پمپاژ مناسب (روش تر).
• قابلیت پاشش مناسب.
• کم ترین نرخ برگشت مصالح.

مطابق با راهنمای روش ملی طرح اختلاط بتن برای بتن‌های پاششی نکات حائز اهمیتی که باید در طرح اختلاط پاششی به آن توجه شود به شرح ذیل می‌باشد:

• حداکثر اندازه سنگدانه بهتر است کم تر از 19 میلیمتر باشد .(حداکثر 12.5 میلیمتر و کم تر از آن ترجیح داده می‌شود)
• اسلامپ بتن پاششی بهتر است بین 50 تا 90 میلیمتر در نظر گرفته شود.
• عیار سیمان برای حداکثر اندازه سنگدانه 12.5 میلیمتر در محدوده 350 تا 550 کیلوگرم در متر مکعب در نظر گرفته می‌شود که با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه این مقادیر افزایش می‌یابد.
• مجموعه ذرات کوچکتر از 3.0 میلیمتر در بتن پاششی (با حداکثر اندازه سنگدانه 12.5 میلیمتر) بهتر است در بازه 525 تا 625 کیلوگرم در متر مکعب قرار گیرد (این مقادیر با کاهش اندازه سنگدانه افزایش می‌یابد). وجود ذرات ریزدانه و اجزای چسباننده مانند پودر‌های معدنی به مقدار کافی در بتن پاششی ضروری است. استفاده از پودر سنگ و ماسه‌های ریزدانه در طرح اختلاط می‌تواند بسیار مفید باشد.
• به طور معمول از مواد زودگیر کننده در بتن پاششی  استفاده می‌شود همچنین برخی مواد روان‌ساز در ساخت این بتن (به طور عمده روش خشک)کاربرد دارند.
• نسبت آب به مواد سیمانی بتن پاششی به 5.0 محدود می‌شود. مگر در مواردی که کاربرد بتن پاششی سازه ای نبوده یا دوام آن دارای اهمیت نباشد.

ملاحظات طرح اختلاط بتن شاتکریت مطابق با آیین نامه EFNARC

1-سیمان

 برای دستیابی به الزامات استحکام و دوام در طرح اختلاط بتن پاششی باید به نوع و مقدار سیمان توجه شود. آیین نامه EFRANC مقدار سیمان مصرفی را در بتن پاششی خشک kg/m³ 350-450 و برای فرآیند بتن پاششی تر مقدار kg/m³ 400-500 را  توصیه می‌نماید.

همچنین مدت زمان گیرش اولیه باید تا حدی باشد که ضمن تامین کارایی مناسب، بتوان مطابق با طرح اختلاط بتن پاششی را به راحتی اجرا نمود. هر چند این زمان نباید بیش از حد طولانی شود. چرا که باید الزامات تکیه گاهی مطمئن و ایمن را برآورده نماید. به طور معمول  زمان گیرش اولیه برای سیمان با نرمی‌بیش از 350 kg/m² در بازه 1.5 تا 3.5 ساعت خواد بود.

بیشینه دمای سیمان در سیلو‌های انبارش آن باید به 70 درجه سلسیوس محدود شود. این دما در صورت اختلاط سیمان با سایر اجزای بتن پاششی نباید از 50 درجه سلسیوس تجاوز نماید.

2-افزونه‌ها (افزودنی‌های پودری)

در زمان استفاده از افزونه‌ها لازم است سازگاری آن‌ها با سایر اجزای بتن پاششی به ویژه افزودنی‌های شیمیایی از جمله شتاب دهنده‌های واکنش هیدارسیون بررسی شود. افزونه‌هایی که با سیمان و فرآورده‌های واکنش سیمان و آب وارد واکنش می‌شوند را می‌توان تا اندازه ای جایگزین سیمان مصرفی نمود.

• خاکستر بادی: در خصوص استفاده از خاکستر بادی ضمن مشخص بودن منبع تامین این ماده لازم است مقدار مواد بازی آزاد آن بررسی شود تا بیش از اندازه نباشد.
• سرباره کوره بلند: کم ترین مقدار سطح ویژه(بلین)این ماده برای استفاده در بتن پاششی باید kg/m² 450±25  باشد.
• دوده سیلیسی(میکرو سیلیس): دوده سیلیسی را می‌توان در دو حالت پودر یا دوغاب در بتن پاششی استفاده نمود مقدار معمول مصرف این ماده در طرح اختلاط بتن پاششی بین 3 تا 8 درصد وزن سیمان در هر متر کعب از بتن می‌باشد.

3-سنگدانه‌ها

به منظور کاهش نرخ برگشت مصالح در زمان پاشش و نیز نفوذ بیش تر بتن به زیر آیند توصیه می‌شود نسبت سنگدانه‌های درشت تر از 8 میلیمتر حداکثر 10 درصد کل مصالح سنگی باشد.مصرف سنگدانه‌های بزرگتر از 12 میلیمتر به دلیل امکان ایجاد انسداد در افشانه و افزایش نرخ برگشت مصالح به هیچ وجه توصیه نمی‌شود.

در انتخاب سنگدانه‌های شکسته باید احتیاط شود زیرا وجوه شکسته می‌تواند تاثیر منفی بر پمپ پذیری بتن تازه و نیز افزایش نرخ برگشت مصالح داشته باشد.

4-افزودنی‌ها

افزودنی‌ها را باید مطابق با دستور العمل و توصیه مصرف ارائه شده توسط تولید کننده آن‌ها استفاده نمود.شرایط انبارش و نگهداری آن‌ها نیز باید به همین ترتیب و بر اساس اظهارات تولید کننده باشد. چسب‌های پایه آب یا سایر مواد افزودنی که برای افزایش کیفیت پیوند الیاف فلزی به بتن استفاده می‌شوند نیز باید با سایر اجزای بتن پاششی از جمله افزودنی‌ها سازگاری دشته باشند.

اثرات مواد افزودنی بر سلامت اپراتورها، محیط زیست و ایمنی اجرا باید به درستی بررسی شود.مقدار پیشنهادی و محدوده دقیق مصرف افزودنی باید از تولد کننده آن‌ها به همراه سوابق مصرف اخذ شود.

دو نوع افزودنی رایج در بتن‌های پاششی شتاب دهنده‌های بازی و بدون باز هستند.بر اساس الزامات EFNARC، افزودنی‌های شتاب دهنده بدون باز باید دارای شرایط زیر باشند:

مقدار مصرف معمول شتاب دهنده‌های بدون باز بر حسب درصد وزن سیمانی:

مقدار مصرف رایج شتاب دهنده‌های بازی بر حسب درصد وزنی سیمانی:

بر اساس الزامات EFNARC مقدار افت مقاومت فشاری مخلوط بتن پاششی با گیرش تسریع شده با استفاده از افزودنی‌های شتاب دهنده مایع یا پودری در سن 7 و 28 روزه نباید از 25 درصد تجاوز نماید.

در میان تمامی‌موارد افزودنی بتن پاششی توسعه یافته در شرکت صنایع شیمی‌ساختمان آبادگران، زودگیر شاتکریت پودریABAQUICK-AFP  و زودگیر شاتکریت مایع ABAQUICK-AFL دسته ای از مواد افزودنی هستند که پس از اضافه شدن به بتن پاششی منجر به بهبود مقاومت فشاری، چسبندگی، پیوستگی، مقاومت در برابر یخ‌زدگی بتن، سایش و کاهش پس‌زدن بتن پاشیده شده می‌شوند.

به منظور حذف یا کاهش میلگرد در مخوط‌های بتن پاششی از الیاف استفاده می‌شود. نسبت مصرف الیاف بسته به جنس و شکل و بافت آن متغیر خواهد بود.

رایج ترین نوع الیاف در بتن پاششی، انواع فلزی آن بوده و پرکاربرد ترین دامنه الیاف فلزی 25 تا 35 میلی متر می‌باشد. به عنوان یک قانون به طور معمول طول الیاف نباید از 50 میلی متر تجاوز نماید.

الیاف معمولا در بچینگ و با استفاده از وسیله مناسب به صورت یکنواخت توزیع می‌شود. انواع کوتاه تر به راحتی به صورت یکنواخت توزیع، مخلوط و پاشیده می‌شوند. از سوی دیگر نرخ برگشت الیاف کوتاه تر کم تر است. الیاف با طول بلند تر معمولا استحکام، سختی و همچنین مقاومت در برابر ترک خوردگی بیش تری را ایجاد می‌نمایند.

6-کارایی

کارایی بتن در پاشش به روش تر از اهمیت ویژهای برخوردار است و بر جنبه‌های گوناگون مخلوط از جمله پمپ پذیری آن تاثیر دارد. به طور معمول اسلامپ بتن برای پاشش به روش تر در محدوده 80 تا 200 میلی متر مطلوب می‌باشد.

در بتن‌های پاششی از افزودنی‌های کاهنده یا فوق کاهنده آب برای کاهش نسبت آب به سیمان و افزایش قوام وکارایی بتن استفاده می‌شود.(بتن دارای مواد فوق کاهنده و آب آزاد کمتر از قوام و چسبندگی بالاتری برخوردار است)

گروه دانش بنیان ابادگران به جهت افزایش و بهبود شاخص‌های مکانیکی و دوام، سهولت و سرعت در اجرا و نهایتاً کاهش هزینه‌های تمام شده بتن،گونه‌های مختلفی از افزودنی‌های بتن را طبق استانداردها و آیین‌نامه‌های معتبر ملی و بین‌المللی طراحی نموده است.

7-دمای اجرا

مطابق با الزام آیین نامه EFNARC دمای مخلوط باید بین 15 تا 25 درجه سلسیوس باشد. و در صورتی که دمای مخلوط خارج از محدوده گفته شده باشد باید تدابیر ویژه ای مانند تغییر در شرایط نگهداری سنگدانه‌ها و سرمایش سنگدانه‌ها و آب مصرفی برای دستیابی به دمای مد نظر گرفته شود.

تجهیزات و سامانه‌های بتن شاتکریت:

به موازات توسعه فناوری مواد، پیشرفت نوآورانه در بخش تجیهزات به منظور ایجاد ماشن آلات مناسب صورت گرفته است.که نتیجه آن طیف گسترده ای از سامانه‌هایی است که همه کارهای پاشش بتن را پوشش می‌دهد. در ذیل به شرح مختصری از این تجهیزات می‌پردازیم:

سامانه شاتکریت مخلوط‌های خشک:

در این روش مخلوط داخل قیف پر می‌شود. همانطور که روتور چرخش می‌کند مخلوط به طور متناوب به وزن خود از طریق یک قیف خوراک دهی به یکی از بخش‌های روتور سقوط می‌کند. در حالی که یکی از بخش‌ها پر می‌شود هوای فشرده از بالا به درون محفظه نفوذ می‌کند. با باز کردن خروجی، مخلوط تخلیه می‌شود و در فشار 3 تا 6 بار از طریق خط لوله انتقال به افشانه پاشش جایی که آب به مخلوط افزوده می‌شود تحت فشار  قرار می‌گیرد. مزیت اصلی این دستگاه عملکرد ساده، قدرت و سازگاری با شرایط خاص محل اجرا است.

ماشین روتور پاشش خشک

سامانه شاتکریت مخلوط‌های تر:

کارشناسان حرفه ای و خبره‌های اجرایی از سامانه‌هایی که از پیستون‌های دوتایی برای پرتاب کردن مواد به بیرون  بهره می‌برند استفاده می‌کنند.

برای اطمینان از پاشش کامل آخرین بهبود تجهیزات با هدف تحقق انتقال بدون نوسان مخلوط تر از پمپ به افشانه صورت گرفته است. سامانه‌های کنترل فشار الکترونیکی که در تنظیمات خروجی یکپارچه شده اند موج جریان را کمینه می‌کنند. یک سامانه کنترلی قابل برنامه ریزی با حافظه یکپارچه نظارت هماهنگی و کنترل تمام وظایف دستگاه پی ال سی را بر عهده دارد.

از ویژگی‌های اصلی و مهم این سامانه می‌توان  به:

• سه مدار مستقل فشار روغن که هر یک از آن‌ها توسط یک پمپ جداگانه تغذیه می‌شوند.
• شیر جدا کننده S شکل با سامانه کنترل ویژه فشار بالا
• برگشت پذیر بودن پیستون‌های تغذیه برای جلوگیری از گرفتگی (بسته شدن)
• ضربه زدن سیلندر‌های هیدرولیک به صورت خودکار
• ارتباط سامانه فشار الکترونیکی با تنظیم خروجی مواد
• سامانه نظارت پی ال سی هماهنگی و کنترل تمام کارکرد‌های دستگاه

سامانه بتن پاششی مخلوط تر

انواع سامانه‌های شاتکریت مخلوط تر:

1-سامانه یکپارچه برای کاربرد‌های دستی:

این دستگاه برای کارهای گوناگون تونل زنی مانند تزریق،پر کردن،ترمیم و بازسازی،پردازش و آماده سازی ملات‌های آماده مصرف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این مدل دستگاه دارای  یک پمپ با یک مخلوط کن یکپارچه می‌باشد که خروجی آن از 5 تا 40 لیتر بر دقیقه قابل تنظیم میباشد.

خروجی دستگاه در حدود 6 متر مکعب در ساعت می‌باشد که شامل یک پمپ برای دوزینگ افزودنی شتاب دهنده می‌باشد.

سامانه یکپارچه برای کار‌های دستی

2- سامانه پاشش ماشینی:

این سامانه برای استفاده در مواردی که مقدار زیادی بتن پاششی اعمال می‌شود مناسب است به ویژه در تونل‌ها و یا در ساختمان‌ها.

افشانه پاشش به  به طور معمول شامل موارد زیر است:

• پایه نیزه ای با یک افشانه
• جعبه ابزار با بازوی محرک
• کنترل از راه دور
• دستگاه رانش
• کنسول یا آدابتور برای نسخه‌های گوناگون نصب

در این سامانه روباتیک نصب و راه اندازی پایه‌های نیزه ای شکل برای سر افشانه نازل اجازه هر گونه حرکتی را به جت می‌دهد و انواع پایه‌های نیزه ای شکل به طول‌های 1 ، 2 ، 3 متر برای این سامانه‌ها در دسترس هستند. این پایه‌ها به سر افشانه پاشش متصل هستند و می‌توانند در همه جهت‌ها حرکت کنند و به وسیله یک سامانه کنترل از راه دور قابل کنترل می‌باشند.

مزایای پاشش ماشینی:

• کاهش چرخه پاشش به دلیل افزایش خروجی،حذف نصب و راه اندازی‌های وقت گیر،حذف داربست به ویژه در تونل‌هایی با مشخصات متغیر
• صرفه جویی در هزینه با کاهش نیروی انسانی و برگشت مواد
• بهبود شرایط کاری کاربر به لطف حفاظت از فرد در برابر حفاری،برگشت مواد،بهبود شتاب دهنده و گردو غبار

سامانه پاشش ماشینی

برای مطالعه بیشتر پیرامون این موضوع می‌توانید به مقالات ذیل رجوع کنید :

-روش های آزمون و الزامات بتن پاششی (شاتکریت)

-مبانی و تاریخچه بتن پاششی (شاتکریت)

منابع:

1-راهنمای بتن پاششی-گروه پژوهشی توسعه فناوری شیمیایی آبادگران

2-استاندارد ملی ایران شماره 5-2930: افزودنی‌های بتن پاششی-ویژگی‌ها

ASTM C1436-13 Standard Specification for Materials-3

ACI 506.IR-08 Guide to Fiber-Reinforced Shotcrete-4