شاتکریت چیست؟

شاتکریت، ملات یا بتن با کارایی بالاست که از طریق شیلنگ منتقل می‌شود و به صورت پنوماتیکی با سرعت بالا بر روی سطح پشتی پخش می‌گردد. نیروی این عمل پاشش است که منجر به تراکم بتن یا ملات می‌شود و سپس لایه‌هایی از بتن را به ضخامت لازم تشکیل می‌دهد. ثابت شده است که شاتکریت بهترین روش برای ساخت سطوح منحنی است. اکنون با ظهور فناوری شاتکریت، ساختن پوشش‌ها و گنبدهای تونل بسیار آسان‌تر شده است.

شاتکریت در سال 1900 توسط تاکسیدرمیست آمریکایی کارل آکلی اختراع شد. این فناوری شاهد پیشرفت‌های بسیاری، چه در تجهیزات و چه در تکنیک‌های تخصصی مورد نیاز برای کاربرد پنوماتیک ملات یا بتن بوده است. امروزه به دلیل داشتن استحکام بالا، بادوام و قابلیت اتصال خوب و در مناطقی که دسترسی دشوار است، به راحتی می‌توان عمل شاتکریت را روی سطحی با سرعت بالا پاشید. در این بررسی به طور کامل در مورد شاتکریت صحبت می‌کنیم.

کاربرد شاتکریت

کاربردهای شاتکریت در حفاظت از شیب و سطح تا نوسازی سازه‌های موجود گسترده است. در بخش معدن، تقاضا شاتکریت برای پشتیبانی زیرزمینی در سال‌های اخیر به شدت افزایش یافته است. کار همزمان چندین هد، شرایط پر شدن غیرمعمول و مشکل در دسترسی، از جمله مشکلاتی هستند که برای استخراج زیرزمینی متمایز هستند و به کاربردهای جدید و نوآورانه فناوری شاتکریت نیاز دارند.

انتخاب شاتکریت برای یک کاربرد خاص باید بر اساس دانش، تجربه و مطالعه دقیق عملکرد مواد مورد نیاز و قابل دستیابی باشد. موفقیت شاتکریت برای آن کاربرد منوط به برنامه ریزی و نظارت مناسب، به علاوه مهارت و توجه مستمر ارائه شده توسط اعمال کننده شاتکریت است. موارد استفاده از شاتکریت به شرح زیر هستند:

شاتکریت

ترمیم پل‌ها

ترمیم شاتکریت را می‌توان برای بازسازی عرشه پل استفاده کرد، اما به طور کلی برای تعمیرات عمده تمام ضخامت غیراقتصادی بوده است. با این حال، برای تعمیر تیرهای اعماق متغیر، درپوش‌ها، ستون‌ها، تکیه گاه‌ها، دیوارهای عرشه از نقطه نظر تکنیک و هزینه بسیار مفید است.

ترمیم ساختمان‌ها

در تعمیرات ساختمان، شاتکریت معمولاً برای تعمیر آسیب و فرسودگی ناشی از آتش سوزی و زلزله، استحکام بخشیدن به دیوارها و پوشش فولادی سازه‌ای برای عایق حرارتی استفاده می‌شود. تعمیر اعضای سازه ای مانند تیرها، ستون‌ها و اتصالات برای سازه‌های آسیب دیده در اثر زلزله رایج است.

ساختارهای دریایی

آسیب به سازه‌های دریایی می‌تواند ناشی از خراب شدن بتن و آرماتور باشد. شرایط آسیب رسان شامل خوردگی فولاد، عمل انجماد و ذوب، بارگذاری ضربه، آسیب ساختاری، سایش فیزیکی ناشی از عمل امواج، ماسه، شن و یخ شناور و حمله شیمیایی ناشی از سولفات‌ها هستند. این مشکلات می‌توانند در اکثر سازه‌های دریایی مانند عرشه پل‌ها، شمع‌ها، درپوش شمع‌ها، تیرها، اسکله‌ها، قفل‌های ناوبری، دیوارهای راهنما، سدها، نیروگاه‌ها و تونل‌های تخلیه رخ دهند. در بسیاری از موارد می‌توان از شاتکریت برای ترمیم سطوح فرسوده این سازه‌ها استفاده کرد.

سطوح سرریز

سطوحی که در معرض جریان با سرعت بالا هستند، ممکن است در اثر فرسایش کاویتاسیون یا فرسایش سایش آسیب ببینند. تعمیرات شاتکریت به دلیل قطعی نسبتاً کوتاه لازم برای تکمیل تعمیرات سودمند است.

حفاری زیرزمینی

در بیشتر موارد، شاتکریت در حفاری‌های زیرزمینی در سنگ استفاده می‌شود. اما در مواردی، با موفقیت در پیشرفت تونل‌ها از طریق خاک‌های تغییر یافته، بدون چسبندگی و سست استفاده شده است. کاربردهای معمولی شاتکریت زیرزمینی از تکمیل یا جایگزینی مواد متداول پشتیبانی مانند لجینگ و مجموعه‌های فولادی، آب بندی سطوح سنگ، کانال کشی جریان‌های آب و نصب پشتیبانی موقت و آسترهای دائمی را شامل می‌شود.

حفاظت از شیب و سطح

شاتکریت اغلب برای محافظت موقت از سطوح سنگ در معرض استفاده شده که در معرض هوا خراب می‌شوند. شاتکریت همچنین برای پوشاندن دائمی شیب‌ها یا بریدگی‌هایی که ممکن است به مرور زمان فرسایش پیدا کنند یا خراب شوند، استفاده می‌شود. حفاظ شیب باید به درستی تخلیه شده تا از آسیب ناشی از فشار بالا بردن بیش از حد جلوگیری شود. استفاده از شاتکریت در سطح محل‌های دفن زباله و سایر مناطق زباله برای جلوگیری از نفوذ آب‌های سطحی مفید است.

ساختارهای جدید

شاتکریت لزوماً سریعترین روش برای بتن ریزی نیست اما در مواردی که مقاطع نازک و سطوح بزرگ درگیر هستند، شاتکریت می‌تواند به طور موثر برای صرفه جویی در زمان استفاده شود. شاتکریت به طور گسترده برای ساخت استخرهای بتنی استفاده شده است. اخیراً آکواریوم‌های بزرگی با استفاده از شاتکریت ساخته شده‌اند.

کف و دیوارها

کف‌های شاتکریت در مخازن و استخرها روی پایه‌های فرعی به خوبی متراکم شده یا روی زمین دست نخورده معمولاً خدمات عالی ارائه می‌دهند. ساخت و ساز عمودی و سقفی برای دیوارها، دال‌ها، ستون‌ها و سایر اعضای سازه اغلب شاتکریت شده است. تکنیک‌های ساخت و ساز با استفاده از سیستم‌های شکل ‌دهی، هوای بادی، ساخت پوسته‌ها یا گنبدهای شاتکریت را عملی کرده است. این سازه‌های بزرگ برای استفاده در منازل مسکونی، انبارداری، پل‌ها و کاربردهای پل‌ ریزی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

تصویری از انجام شاتکریت

مواد تشکیل دهنده شاتکریت

سیمان، آب، ماسه و سنگدانه مواد اولیه مورد استفاده در شاتکریت همراه با انواع نرم کننده‌ها و مواد افزودنی برای بهبود عملکرد آن هستند. نسبت آب به سیمان بالا باعث گیرش کند می‌شود و کیفیت نهایی را تحت تأثیر قرار می‌دهد، در حالی که میزان رطوبت در ماسه و سنگدانه نیز به شدت اندازه گیری می‌شود. نسبت آب به سیمان بهینه حدود 0.45 است. ترکیب ماسه و سنگدانه به نیاز آب، کارایی، شتاب دهنده‌ها، برگشت، جمع شدگی و دوام بستگی دارد.

سیمان پورتلند

الزامات سیمان برای شاتکریت مشابه بتن معمولی است. سیمان کم قلیایی زمانی باید مشخص شود که سنگدانه‌های مورد استفاده به عنوان واکنش شیمیایی با قلیایی‌های موجود در سیمان در نظر گرفته شوند. به طور کلی محتوای هوا بسیار کمتر از بتن معمولی است. استفاده از سیمان هواگیر توصیه نمی‌شود زیرا محتویات هوای داخل محل تحت تأثیر عوامل خارجی مانند فشار هوا، طول شلنگ و نوع تجهیزات قرار می‌گیرند. هنگامی که پوزولان به ماتریس سیمان پرتلند اضافه می‌شود، با هیدروکسید کلسیم و آب واکنش داده و ژل سیلیکات کلسیم بیشتری تولید می‌کند.

آب آشامیدنی

  • آب مخلوط: باید از آب آشامیدنی استفاده شود. در این مورد در دسترس نیست، منبع آب پیشنهادی باید آزمایش شود.
  • آب عمل آوری: شاتکریت نیازی به عمل آوری ندارد. آب برای عمل آوری شاتکریت معماری باید عاری از عناصری باشد که باعث ایجاد لکه می‌شود.

سنگدانه‌های ریز و درشت

شاتکریت سنگدانه سبک برای فرآیند اختلاط خشک بسیار کاربردی است. از آنجایی که تماس رطوبت و سنگدانه در نازل آغاز می‌شود، کاهش شدید کارایی در تولید بتن سبک معمولی رخ نمی‌دهد.

فولاد تقویتی

میلگردهای تقویتی شاتکریت باید همان مشخصات بتن معمولی را داشته باشند. این به دلیل روش قرار دادن، استفاده از میلگردهای بزرگتر از قطر 16 میلی متر یا غلظت‌های سنگین فولاد عملی نیست. میله‌های بزرگ، ساختن کافی شاتکریت با کیفیت خوب را در پشت میله دشوار می‌کند و غلظت‌های سنگین فولاد در قرارگیری شاتکریت اختلال ایجاد می‌نماید. به طور کلی برای تقویت شاتکریت فواصل میله‌ها از 150 میلی متر تا 300 میلی متر توصیه می‌شوند.

مواد افزودنی شیمیایی

به دلیل محدودیت‌های تجهیزات شاتکریت، استفاده از مواد افزودنی در بتن شاتکریت مانند بتن معمولی نیست. مواد افزودنی باید قبل از استفاده در کارهای بزرگ آزمایش شوند تا از دستیابی به خواص مطلوب مطمئن شد. افزودنی‌های شیمیایی مورد استفاده در شاتکریت، باید با الزامات مناسب مطابقت داشته باشند.

خواص شاتکریت

همانطور که در مورد بتن معمولی وجود دارد، خواص شاتکریت بسته به نسبت آب به سیمان، کیفیت سنگدانه، مقدار و نوع بتن، مواد افزودنی مورد استفاده، نوع سیمان مورد استفاده و شیوه‌های ساخت و ساز به طور چشمگیری متفاوت هستند. استفاده مناسب از مواد افزودنی، الیاف، دوده سیلیس و پلیمرها می‌تواند خواص خاصی را بهبود ببخشد. بسته به نیاز کاربرد خاص، خواص مواد و مخلوط شاتکریت باید قبل از کاربرد نهایی آزمایش شوند.

استحکام و قدرت

از نظر مقاومت فشاری و خمشی، شاتکریت می‌تواند مقاومتی به طور کلی معادل بتن معمولی ایجاد کند. مقاومت فشاری بین 30 تا 60 نیوتن بر میلی متر مربع به طور کلی قابل دستیابی است. روابط بین نسبت آب به سیمان و استحکام از الگوهای معمولی پیروی می‌کنند، با استحکام بالاتر مرتبط با نسبت آب به سیمان کمتر.

استحکام پیوند

اگرچه به نظر می‌رسد اطلاعات کمی در مورد استحکام باند وجود داشته باشد، اما گزارش شده است که استحکام پیوند با سایر مواد به طور کلی بالاتر از آن چیزی است که می‌توان با بتن معمولی به دست آورد.

انقباض (شرینکیج)

انقباض خشک شدن بیشتر، تحت تأثیر محتوای آب مخلوط است. مقادیر معمولی انقباض مهار نشده از 600 تا 1000 میلیونیم متغیر است. انقباض در شاتکریت سنگدانه درشت کاهش یافته و در شاتکریت بدون سنگدانه درشت یا شاتکریت در صورت برگشت زیاد افزایش می‌یابد. شاتکریت حاوی دوده سیلیسی تمایل به نشان دادن انقباض بیشتری قبل از گیرش نسبت به شاتکریت بدون دوده سیلیس دارد.

سختی بتن

افزودن الیاف به شاتکریت می‌تواند منجر به این شود که محصول پس از وقوع اولین ترک قابلیت حمل بار قابل توجهی را نشان دهد. رابطه ظرفیت بار پس از ترک با ظرفیت بار در ترک اول به عنوان چقرمگی تعریف می‌شود. نوع، اندازه، شکل و مقدار فیبر میزان این عملکرد را تعیین می‌کند. استفاده از شاخص چقرمگی توسط آزمایش بار انحراف، ابزار منطقی برای تعیین و مقایسه عملکرد را فراهم می‌کند. با این حال، نگرانی‌های اخیر در مورد ویژگی‌های به کارگیری این روش تست ایجاد شده است.

کاربرد شاتکریت

تجهیزات مورد استفاده در شاتکریت

وسائل مورد نیاز برای انجام شاتکیت به شرح زیر هستند:

تجهیزات بچینگ و اختلاط

بیشتر شاتکریت در مزرعه با استفاده از تجهیزات اختلاط قابل حمل و یا در کامیون‌های مخلوط کن از یک کارخانه بتن آماده محلی تحویل داده می‌شود. تجهیزات اختلاط شاتکریت از نوع ناپیوسته یا پیوسته است. در نوع پیوسته، اجزای جداگانه با استفاده از مارپیچ‌های سرعت متغیر، سیستم‌های تغذیه تسمه یا ترکیبی از هر دو به پیچ میکسر تغذیه می‌شوند.

گاهی اوقات از قیف در واحدهای تولید بالا برای جمع آوری و تغذیه مخلوط در صورت نیاز استفاده خواهد شد. سیستم‌های اندازه گیری آب نیز برای مرطوب کردن مجدد مخلوط موجود هستند. تجهیزات بچینگ و اختلاط باید قابلیت حفظ جریان کافی و مداوم از مواد همگن را داشته باشند.

بچینگ بر حسب جرم ترجیح داده می‌شود و معمولاً مورد نیاز است. آب ممکن بوده بر حسب جرم یا حجم دسته بندی شود. برای کارهای کوچک، ممکن است بچینگ توسط یک ظرف حجمی تایید شود، مشروط بر اینکه وزن دوره‌ای بررسی شده است زیرا بسیاری از کارهای شاتکریت سرعت تولید پایینی دارند و در مکان‌های ایزوله هستند، اختلاط اغلب توسط یک میکسر درام کوچک در محل کار انجام می‌شود.

دیسپنسر ادمیکسر

بسته به خواص آنها و نوع فرآیند شاتکریت (خشک یا مرطوب) ممکن است مواد افزودنی در هنگام اختلاط یا در نازل اضافه شوند. در فرآیند اختلاط خشک، مواد افزودنی خشک (پودر) معمولاً در طول بچینگ به مخلوط وارد می‌شوند. اگر از یک تفنگ تغذیه پیوسته استفاده شده، می‌توان آنها را نیز مستقیماً توسط یک تلگراف مخصوص به قیف تفنگ اضافه کرد، معمولاً یک تلگراف خشک که توسط چرخ دنده ماشین شاتکریت تنظیم شده و به آن کالیبره می‌شود.

دیسپنسر باید بتواند مقدار دقیقی از مواد افزودنی، معمولاً 1 تا 4 درصد جرمی سیمان را در مخلوط اندازه گیری کند و باید بتواند به طور دقیق نسبت شتاب دهنده به سیمان را تغییر دهد. در فرآیند اختلاط خشک، مواد افزودنی مایع باید از طریق آب اختلاط وارد نازل شوند. مخلوط را می‌توان از قبل با آب مخلوط کرد و به نازل پمپ نمود یا مستقیماً به آب اختلاط در نازل اضافه کرد.

در فرآیند اختلاط مرطوب، ممکن است در هنگام بچینگ، افزودنی‌های خشک یا مایع به مخلوط اضافه شوند، مشروط بر اینکه خواص پمپاژ تغییر نامطلوبی نداشته باشد. به عنوان مثال، یک شتاب دهنده اگر در حین بچینگ اضافه شود، مشکلاتی ایجاد می‌کند، در حالی که یک مخلوط کاهنده آب با برد بالا (HRWR) ممکن است اثرات مفیدی داشته باشد. در کاربردهای مخلوط مرطوب، فقط مواد افزودنی مایع ممکن است به منبع هوا در نازل اضافه شوند. آنها با نرخ تحویل مخلوط از طریق شیلنگ مواد متناسب هستند.

کمپرسور هوا

یک کمپرسور هوای مناسب با ظرفیت کافی برای یک عملیات شاتکریت رضایت بخش ضروری است. کمپرسور باید هوای تمیز، خشک و بدون روغن را به اندازه کافی برای حفظ سرعت نازل کافی برای تمام قسمت‌های کار حفظ کند، در حالی که به طور همزمان تمام تجهیزات هوا رانده و یک لوله دمنده برای تمیز کردن برگشت مجدد، کار می‌کنند.

نازل

یک نازل مخلوط خشک معمولاً از یک نوک، حلقه آب، شیر کنترل و بدنه نازل تشکیل شده است که در طیف گسترده ای از نوک نازل، اندازه نازل و پیکربندی قرار گرفته‌اند. برخی از تحقیقات بهبود عملکرد اختلاط و بازگشت کمتر را برای شاتکریت مخلوط خشک زمانی که از یک نازل مخصوص پیش مرطوب استفاده می‌شود و حلقه آب در شیلنگ حداکثر 2.5 متر قبل از نازل قرار می‌گیرد، نشان داده‌اند. این به ویژه برای شاتکریت دوده سیلیس موثر بوده است.

طرح اختلاط شاتکریت

به طور کلی، فناوری بتن ممکن است برای تناسب شاتکریت اعمال شود. قبل از طرح اختلاط موارد زیر باید در نظر گرفته شوند:

  • نوع شاتکریت مخلوط خشک یا مرطوب مناسب برای کار
  • محدودیت‌های شغلی خاص در کار شاتکریت

بچینگ آزمایشی در طرح اختلاط بتن

از آنجایی که عملکرد شاتکریت به شدت به روش‌های کاربرد وابسته است، بچینگ آزمایشی و آزمایش یک عملیات حیاتی در تأیید عملکرد مخلوط هستند. بچینگ و اختلاط شاتکریت مرطوب عملاً مشابه بتن معمولی است. فقط ساخت نمونه‌ها متفاوت می‌باشد. با این حال، مخلوط خشک یک فرآیند متمایزی است.

به دست آوردن نسبت مخلوط آزمایشی برای شاتکریت از پیمانکار یک روش عادی است. در کنار نسبت‌ها، پنل‌های آزمایشی و هسته‌های شاتکریت به شدت توصیه می‌شوند. پانل‌های آزمایشی به ویژه برای شاتکریت مخلوط خشک مهم هستند زیرا مخلوط‌های آزمایشگاهی نمی‌توانند شاتکریت مخلوط خشک را کپی کنند.

به طور معمول، مشخصات عملکرد مقاومت فشاری 12 ساعته، 7 روزه یا 28 روزه همراه با درجه بندی برای سنگدانه‌ها مشخص می‌شوند. هر دو روش اختلاط مرطوب و خشک، به دلیل بازگشت سنگدانه، محتوای سیمان شات بالاتر و مقدار سنگدانه درشت کمتری را به همراه خواهند داشت.

مجموع حداکثر اندازه اسمی (NMSA)

NMSA به عوامل مختلفی بستگی دارد. فاکتورهای اصلی انتخاب عملکرد انقباض مجاز، اندازه محل قرارگیری و صلبیت زیرلایه است. مقدار ریباند، ذاتی در فرآیند شاتکریت، به توانایی بستر و شاتکریت قرار داده شده در بالشتک کردن شاتکریت بعدی بستگی دارد.

شاتکریت برای پوشش‌های نازک روی سنگ یا بتن، برگشت بالایی را تجربه می‌کند. مقاطع و مقاطع ضخیم‌تر روی سازه‌های خاک، برگشت کمتری را تجربه می‌نمایند. برای قرار دادن لایه‌های نازک روی سطوح سخت، سنگدانه‌های درشت باید به حداقل برسند یا در مخلوط حذف شوند تا بازگشت مجدد به حداقل برسد.

تناسب مخلوط مرطوب

روش‌های تناسب مخلوط برای فرمولاسیون بتن معمولی برای کاربردهای پمپاژ برای شاتکریت مخلوط مرطوب قابل اجرا است. اندازه اسمی سنگدانه‌ها معمولاً 10 میلی متر است. مقدار سیمان بچ شده معمولاً بین 350 تا 450 کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد.

مخلوط‌های غنی برای شاتکریت رایج هستند، به خصوص اگر قرار دادن شاتکریت عمودی یا بالای سر مورد نیاز باشد. فاکتور محدود کننده محتوای سیمان در یک مخلوط، اغلب با مقدار سیمان لازم برای چسبیدن شاتکریت به دیوار یا سقف تنظیم می‌شود، نه مقاومت فشاری مشخص شده.

نسبت مخلوط خشک

هیچ روش ثابتی برای تناسب شاتکریت با مخلوط خشک وجود ندارد. از آنجایی که انجام مخلوط‌های آزمایشی آزمایشگاهی برای شاتکریت مخلوط خشک عملی نیست، آزمایش میدانی نسبت‌های مخلوط خشک بسیار توصیه می‌شود، به خصوص اگر داده‌های میدانی برای یک مخلوط خشک معین وجود نداشته باشد.

دانه ‌بندی در محل دانه ‌بندی به دلیل بازگشت مجدد، ریزتر از دانه ‌بندی دسته‌ای خواهد بود، به خصوص اگر از اندازه‌های سنگدانه‌های بزرگ‌تر استفاده شود. همانند شاتکریت مخلوط مرطوب، ضریب سیمان در محل نیز بالاتر خواهد بود.

مقایسه بین فرآیند اختلاط خشک و فرآیند اختلاط مرطوب

شاتکریت مناسب برای اکثر نیازها را می‌توان با فرآیند مخلوط خشک یا اختلاط مرطوب تولید کرد. با این حال، تفاوت در هزینه تجهیزات، نیازهای تعمیر و نگهداری، ویژگی‌های عملیاتی، ویژگی‌های محل قرارگیری و کیفیت محصول ممکن است یکی یا دیگری را برای یک برنامه خاص جذاب‌تر کند.

استحکام اتصال شاتکریت جدید به مواد موجود، عموماً با شاتکریت مخلوط خشک بیشتر از شاتکریت مخلوط مرطوب است. هر دو مخلوط شاتکریت معمولاً نسبت به بتن معمولی استحکام باند بسیار بالاتری را به مواد موجود می‌دهند. به طور معمول، شاتکریت مخلوط خشک با سرعت بسیار کمتری نسبت به شاتکریت مخلوط مرطوب اعمال می‌شود. شاتکریت با مخلوط خشک، اغلب با سرعت 1 یا 2 یارد مکعب در ساعت در مقایسه با شاتکریت مخلوط مرطوب با سرعت حداکثر 7 یا 8 یارد مکعب در ساعت اعمال می‌شود.

بسته به کاربرد، نرخ تولید در محل ممکن است به طور قابل توجهی پایین‌تر باشد زیرا موانع، بازگشت و سایر ویژگی‌هایی ممکن است باعث تاخیر شوند. ریباند ماده شاتکریتی است که از سطح تیراندازی جهش می‌کند. برای شاتکریت مخلوط خشک معمولی، در بهترین شرایط، می‌توان انتظار داشت که حداقل 20 درصد کل مواد عبوری از نازل انجام شود.

شاتکریت مخلوط مرطوب تا حدودی کمتر از شاتکریت مخلوط خشک باز می‌گردد. استفاده از مواد افزودنی حباب هوا (AEA) در شاتکریت، فقط در شاتکریت مخلوط مرطوب عملی است. هنگامی که AEA به درستی دسته بندی شود، یک سیستم فضای خالی ایجاد می‌کند که برای ایجاد مقاومت در برابر یخ زدگی به شاتکریت مخلوط مرطوب مناسب است. تشکیل سیستم هوا فراغ در شاتکریت مخلوط خشک امکان پذیر نیست.

منابع:

https://www.designingbuildings.co