افزودنی شاتکریت: در بتن پاششی از چه افزودنی‌هایی باید استفاده کنیم؟

شاتکریت، بتن یا ملاتی است که به وسیله شلنگ تحت فشار هوا با سرعت زیاد روی سطوح حفاری شده سنگ پاشیده می‌شود. برای حل مشکلاتی نظیر بازگشت بتن پاشیده شده از سطح پاشش، استفاده از افزودنی‌های شیمیایی در شاتکریت اجتناب‌ناپذیر است. از این رو در این مقاله از بلاگ رامکا درصدد هستیم ضمن تبیین انواع اجرای شاتکریت، به بررسی انواع افزودنی شاتکریت یا بتن پاششی و نحوه عملکرد آن بپردازیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

شاتکریت (بتن پاششی)

به طور کلی، اجرای شاتکریت به دو روش خشک و تر انجام می‌شود. شاتکریت باید با دستگاه پمپ مخصوص و توسط افراد ماهر اجرا شود. از بتن و ملات پاششی، به عنوان قسمتی از سیستم موقت نگهداری و در بعضی موارد به عنوان پوشش دائمی استفاده می‌شود. جهت دستیابی به شاتکریت با کیفیت مناسب، رعایت موارد ذیل الزامی است:

• استفاده از شلنگ‌هایی با طول و قطر مناسب
• ثابت بودن فشار آب حین بتن پاشی
• تنظیم سرعت خطوط ماسه، سیمان و آب در نازل، طوری که که بازگشت مصالح به حداقل برسد.
• نگهداری نازل به وضعیت عمود بر سطح بتن پاشی و حرکت نازل به صورت بیضی‌های هم‌پوش

از جمله کاربردهای رایج شاتکریت، می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• پوسته سقف‌ها
• دیوارهای حائل
• سازه‌های سیلو
• سازه‌های زیرزمینی
• سازه‌های حائل آب
• پوشش محافظ برای سازه‌های فولادی
• تعمیرات سازه‌های بتنی

انواع روش اجرای شاتکریت

در نگاه کلی، دو روش برای اجرای شاتکریت موجود است که تفاوت آن‌ها در نحوه‌ی آماده‌سازی و زمان اضافه کردن آب به مخلوط است. در ادامه، هر یک از این دو روش را بررسی خواهیم نمود.

روش خشک

در این روش، تمام مصالح بتن – به جز آب – با سرعتی یکنواخت، به صورت خشک یا نیمه مرطوب داخل قیف ریخته شده و به طور مداوم مخلوط هم زده می‌شود. هوای فشرده از طریق بشکه‌ای دوار یا منبع تغذیه دمیده می‌شود تا مواد را به صورت جریانی پیوسته به شلنگ تغذیه انتقال دهد. در بعضی تجهیزات شاتکریت، انتقال مخلوط سنگدانه و سیمان به شلنگ تغذیه با چرخنده‌هایی صورت می‌گیرد. بدین‌ترتیب، مصالح تا قسمت نازل تجهیزات بتن پاشی آورده می‌شود. آب نیز به وسیله افشانه انتهای شلنگ به این مخلوط اضافه می‌گردد.

پس از این مرحله، شاتکریت با سرعت زیاد روی سطح مورد نظر پاشیده می‌شود. شاتکریت خشک با سنگدانه‌های مناسب و نسبت سنگدانه به سیمان مناسب، می‌تواند در نسبت آب به سیمان کم اجرا شود. روش اجرای خشک، معمولاً برای اجرای شاتکریت درشت‌دانه در حفاری‌های زیرزمینی به کار می‌رود.

روش تر

در فرایند شاتکریت تر، تمام مصالح بتن کاملاً با هم مخلوط می‌شوند. ملات یا بتن با تجهیزات متحرک یا فشار هوا به محل نازل آورده می‌شود. هوای فشرده در قسمت سر نازل تزریق شده تا سرعت و میزان پرتاب بتن بهبود یابد. عملیات بتن پاشی به روش تر، معمولاً در سیستم‌های پانلی صورت می‌گیرد و شاتکریت به دو روش نازل دستی و پمپ مکانیکی انجام می‌شود.

تفاوت دو روش اجرای تر و خشک

در هر دو روش شاتکریت، بتن تولید شده برای استفاده در نیازهای معمول بتن مناسب است. تفاوت این دو روش، در سرمایه مورد نیاز برای تأمین و نگهداری تجهیزات، موجود بودن سنگدانه‌ی مناسب برای هر روش و ویژگی‌های اجرایی هر دو روش است. در جدول ذیل، تفاوت‌های اجرایی دو روش تر و خشک آورده شده است.

جنبه‌ها	مخلوط تر	مخلوط خشک
تجهیزات	هزینه نگهداری کمتر هزینه سرمایه‌گذاری بالاتر	هزینه نگهداری بالاتر هزینه سرمایه‌گذاری کمتر
اختلاط	امکان کنترل دقیق طرح اختلاط قابل قبول بودن رطوبت سنگدانه‌ها محدود بودن فاصله از محل اختلاط تا محل اجرا	امکان ساخت مصالح در کارخانه بتن آماده یا در کارگاه امکان استفاده از مصالح از پیش مخلوط شده
اجرا	نرخ اجرای متوسط تا بالا، بیش از ماشین‌های اختلاط خشک مشابه (۳ تا ۱۰ متر مکعب در ساعت برای اجرای دستی و تا ۲۵ متر مکعب در ساعت برای تجهیزات کنترل از راه دور)	نرخ اجرای کم تا متوسط (۱ تا ۵ متر مکعب در ساعت)
پس‌ریز	با توجه به طرح اختلاط و کاربرد بتن، پس‌ریز کمتر(۵ الی ۱۵%)	با توجه به شرایط اجرا و اپراتور، پس‌ریز بیشتر نسبت به حالت تر (تا ۳۰%)
گرد و غبار	تولید گرد و غبار کم	تولید بسیار زیاد گرد و غبار
کیفیت برجا	کیفیت ثابت	پتانسیل بالا در تغییرات در کیفیت بر جای مانده
انتقال از طریق شلنگ	فاصله کمتر جابجایی، به عنوان مثال حداکثر ۲۰۰ متر با ترکیبات ویژه	فاصله بالای جابجایی، به عنوان مثال ۵۰۰ متر با تجهیزات خاص
کاربردها	مناسب برای حجم‌های بالای کار	مناسب برای حجم‌های کاری کم و عملیات با وقفه مناسب برای محل‌های دور افتاده و مکان‌هایی که ترکیب و انتقال بتن مشکل است

بیشتر بخوانید: افزودنی گاز ساز بتن

افزودنی‌های مورد استفاده در بتن شاتکریت

دلیل اصلی استفاده از افزودنی‌های شیمیایی در بتن، مسأله بازگشت بتن پاشیده شده از سطح پاشش است. برای حل این مشکل، باید گیرش بتن تسریع شود تا بتواند وزن خود و بار وارده را تحمل کند. به این منظور استفاده از افزودنی‌های شیمیایی در شاتکریت اجتناب‌ناپذیر است. افزودنی‌های استفاده شده در شاتکریت در پنج دسته قرار می‌گیرند:

• مواد حباب‌ساز
• کندگیر کننده‌ها
• کاهنده آب یا روان کننده‌ها
• ریز پر کننده‌ خنثی یا مواد ریزدانه با خاصیت واکنش هیدرولیکی
• تسریع‌کننده‌ها

اگر بتن در معرض چرخه ذوب و یخ قرار داشته باشد، می‌توان از افزودنی حباب‌ هوا ساز بتن در بتن‌های پاششی تر استفاده کرد. طبق استاندارد ASTM C260، مقدار مصرف حدود ۴ تا ۶% پیشنهاد شده است، اما به صورت متداول از ماده افزودنی حباب‌ساز در شاتکریت خشک استفاده نمی‌شود.

مواد افزودنی کاهنده آب یا انواع روان کننده‌ بتن، سبب افزایش کارپذیری شاتکریت بدون تغییر در نسبت آب به سیمان می‌شود. از سوی دیگر در شاتکریت خشک نباید از این ماده افزودنی استفاده نمود. نحوه استفاده از این افزودنی‌ها در استاندارد ASTM C1141 بیان شده است.

استفاده از کندگیر کننده نیز جهت کاهش افت کارایی مخلوط در شاتکریت تر مطلوب است. دلیل استفاده از افزودنی‌های حباب‌زا، کندگیر کننده‌ها و ریز پُر کننده‌های خنثی در بتن‌های پاششی با بتن‌های معمولی یکسان است و به همین دلیل ممکن است در شاتکریت هم استفاده شوند.

روش خشک	روش تر
امکان کنترل لحظه‌ای آب اختلاط و ثبات کیفیت مخلوط در سر نازل، در شرایط متغیر کارگاه	آب اختلاط در تجهیزات اختلاط کنترل شده و امکان اندازه‌گیری دقیق آن وجود دارد.
روش مناسب‌تری برای مخلوط‌های بتنی حاوی سبکدانه یا حاوی سنگدانه‌های بازیافت شده	اطمینان بیشتر از اینکه آب اختلاط به طور کامل با سایر اجزای مخلوط بتنی مخلوط شده است.
برای شرایطی که بتن باید مسافت‌های طولانی را تا محل اجرای پروژه طی کند، مناسب است.	در هنگام پاشش، مقدار کمتر گرد و غبار وارد هوا شده و مواد سیمانی کمتری از مخلوط بتنی هدر می‌رود.
شلنگ‌های به کار رفته در روش خشک، راحت‌تر جابجا می‌شوند.	بازگشت کمتری از سطح اتفاق می‌افتد.
حجم کمتر بتن در اندازه مشخصی از شلنگ	حجم بیشتر بتن در اندازه مشخصی از شلنگ

اصلی‌ترین نوع افزودنی شیمیایی به کار رفته در بتن پاششی، افزودنی‌های تسریع‌کننده یا زودگیر کننده‌ (ضد یخ بتن) است. این تسریع‌کننده‌ها تا حدی متفاوت با تسریع‌کننده‌های معمولی هستند و سرعت گیرش آن‎‌ها بسیار سریع‌تر است. این ویژگی در شاتکریت ضروری است، زیرا گیرش بتن باید به اندازه‌ای سریع باشد که هنگام پاشیدن بتن روی سطح، میزان بازگشت بتن به حداقل برسد.

نکته‌ای که در این میان باید مورد توجه قرار گیرد، تفاوت میان تسریع در زمان گیرش و تسریع در روند سخت‌شدگی بتن است. گیرش بتن به فرایندی اطلاق می‌شود که به دلیل انجام واکنش‌های هیدراتاسیون، بتن از حالت خمیری و سیال به وضعیت نیمه جامد تبدیل شود.

گیرش بتن، چند دقیقه بعد از اختلاط آغاز شده و حداکثر چند ساعت پس از آن کامل می‌شود. از سوی دیگر، منظور از روند سخت‌شدگی بتن، فرایند کسب مقاومت در بتن سخت شده است که پس از گیرش بتن آغاز شده و همچنان، در طول دوره عمر بتن ادامه دارد.

ویژگی اصلی افزودنی مورد استفاده در شاتکریت، تسریع در فرایند گیرش بتن است؛ گرچه این افزودنی به طور همزمان، روند سخت‌شدگی بتن را نیز تسریع می‌کند. افزودنی‌های تسریع‌کننده بتن شاتکریت، سبب کاهش مقاومت نهایی و دوام بتن می‌شوند. این افزودنی‌ها باید مشخصات زیر را داشته باشند:

• موجب تسریع گیرش شوند، به طوری که گیرش اولیه و نهایی به ترتیب بین ۳ و ۱۲ دقیقه رخ هد.
• موجب افزایش مقاومت در برابر ریزش و جدا شدن بتن از سطح شوند.
• به واسطه برخورد سریع به سطح پاشش بتن، باعث کاهش هدر رفتن مصالح شوند.
• موجب افزایش روند به مقاومت رسیدن بتن شوند، به صورتی که مقاومت‌ در حدود ۳٫۵ تا ۷ مگاپاسکال حاصل شود.
• موجب دستیابی به مقاومت ۲۸ روزه‌ شوند؛ مقاومتی که از ۳۰% مقاومت بتن فاقد تسریع‌کننده کمتر نباشد.

استاندارد ASTM C1141 مربوط به الزامات افزودنی‌های شاتکریت، ۹ رده افزودنی را برای استفاده در شاتکریت معرفی کرده است که بر حسب تناسب برای دو روش تر و خشک استفاده می‌شوند. هر یک از این افزودنی‌ها نیز در یکی از دو کلاس A (مایع) و B (غیرمایع) قرار می‌گیرند. این ۹ رده عبارتند از:

• افزودنی‌های تسریع‌کننده معمولی
• افزودنی‌های کندگیر کننده
• افزودنی‌های پوزولانی
• افزودنی‌های آهن متالیک
• افزودنی‌های رنگ‌دهنده
• افزودنی‌های پلیمری آلی
• افزودنی‌های کاهنده آب

• افزودنی‌های حباب‌ساز
• افزودنی‌های با گیرش سریع

تمامی رده‌های ذکر شده، قابل استفاده در روش تر هستند. در روش خشک نیز، تمام رده‌ها، بجز رده‌های ۷ و ۸ قابل استفاده‌اند. دو عامل بر واکنش‌های انجام شده در روش‌های اجرای شاتکریت به صورت خشک و تر مؤثر است:

• طرح اختلاط بتن
• شرایط محیط حین پاشیدن بتن

عوامل مؤثر در طرح اختلاط، شامل نوع و عیار سیمان، نسبت آب به سیمان، سازگاری سیمان با افزودنی‌ها و حضور سایر افزودنی‌ها است. سرعت واکنش در سیمان‌های تیپ ۱ و ۳ نسبت به سیمان‌های تیپ ۴ و ۵، به دلیل مقدار بیشتر تری کلسیم آلومینات (C₃A) موجود در آن‌ها بیشتر است.

کوچک‌تر بودن ذرات سیمان و بالا بودن عیار آن نیز، سرعت واکنش‌ها را تسریع می‌بخشد. تغییر سیمان و مواد افزودنی، سازگاری مخلوط را تحت‌تأثیر قرار داده و روند به مقاومت رسیدن کوتاه‌مدت را تغییر می‌دهد. به طور معمول، افزودنی‌های رایج برای پمپ کردن، واکنش تسریع‌کننده‌های بتن را کند می‌کنند.

سایر عواملی که بر کارایی مواد افزودنی حین پاشش بتن مؤثر هستند، عبارتند از: مقدار افزودنی، نحوه اختلاط، دمای محیط، نسبت آب به سیمان، پیش‌هیدراتاسیون سیمان و تأخیر در اضافه کردن افزودنی. استفاده از مقادیر زیاد افزودنی، گیرش آنی را به دنبال خواهد داشت که نتیجه آن، مخلوطی بسیار خشک خواهد بود که به دلیل خشکی زیاد، توانایی چسبیدن به سطح را ندارد. از سوی دیگر استفاده از مقادیر کم افزودنی‌، باعث تأخیر در زمان گیرش و ریزش مخلوط پاشیده شده می‌شود.

در نتیجه در دو حالت، تشکیل لایه‌هایی از شاتکریت ممکن نخواهد بود؛ دمای محیطی بیش از ۳۰ درجه سانتی‌گراد، باعث تسریع زمان گیرش و تولید مخلوطی خشک، افزایش هدر رفتِ بتن در اثر برخورد به سطح پاشش و کاهش مقاومت می‌شود و دمای کمتر از ۱۰ درجه سانتی‌گراد، زمان گیرش را افزایش داده و باعث ریزش بتن از سطح پاشش می‌شود. پیش‌هیدراتاسیون سیمان به دلیل رطوبت سنگدانه‌ها و تأخیر در اضافه کردن افزودنی، کاهش مقاومت کوتاه‌مدت را در پی دارد.

رده	افزودنی	استاندارد ASTM	سایر محدودیت‌ها
۱	تسریع‌کننده معمولی	Type C or D 98, C 494
2	کندگیر کننده	Type B or D C 494
3	پوزولانی	C 618, C 989, C 1240
4	آهن فلزی	استانداردی وجود ندارد	اجزای فلزی می‌توانند شامل آهن خرد شده، بدون هیچ‌گونه گرد، روغن و سایر مواد خارجی و اجزای فلزی غیر آهنی باشد. دانه‌بندی اجزای فلزی می‌تواند مقادیر زیر را بر اساس آزمایش انجام شده در C 136 داشته باشد: شماره الک          درصد عبوری ۴٫۷۵ mm (شماره ۴)       100 2.36 mm (شماره ۸)     90 – 100 1.18 mm (شماره ۱۶)     70 – ۸۵ ۶۰۰ µm (شماره ۳۰)    20 – ۳۵ ۳۰۰ µm (شماره ۵۰)     0 – ۱۰ ۱۵۰ µm (شماره ۱۰۰)     0 – ۵
۵	رنگی	C 979	حتی هنگامی که از مصالح مطابق استاندارد C 979 استفاده شود، ممکن است دستیابی به رنگ یکنواخت در بتن به دلیل نحوه اجرای بتن پاششی خشک مشکل باشد.
۶	پلیمری آلی	C 1438
9	گیرش سریع	C 1398	زمان گیرش اولیه در حدود ۱ تا ۳ دقیقه و زمان گیرش نهایی در هر دو نمونه از سه نمونه آزمایش شده، بیش از ۱۲ دقیقه نمی‌شود. همچنین باید دقت شود که محدوده کلر نباید از حدود مشخص شده در ACI 318 فراتر رود.

رده	افزودنی	استاندارد ASTM	سایر محدودیت‌ها
۱	تسریع‌کننده معمولی	Type C or D 98, C 494
2	کندگیر کننده	Type B or D C 494
3	پوزولانی	C 618, C 989, C 1240
4	آهنی فلزی	استانداردی وجود ندارد	اجزای فلزی می‌توانند شامل آهن خرد شده، بدون هیچ‌گونه گرد، روغن و سایر مواد خارجی و اجزای فلزی غیر آهنی باشد. دانه‌بندی اجزای فلزی می‌تواند مقادیر زیر را بر اساس آزمایش انجام شده در C 136 داشته باشد: شماره الک          درصد عبوری ۴٫۷۵ mm (شماره ۴)       100 2.36 mm (شماره ۸)     90 – 100 1.18 mm (شماره ۱۶)     70 – ۸۵ ۶۰۰ µm (شماره ۳۰)    20 – ۳۵ ۳۰۰ µm (شماره ۵۰)     0 – ۱۰ ۱۵۰ µm (شماره ۱۰۰)     0 – ۵
۵	رنگی	C 979
6	پلیمری آلی	C 1438
7	کاهنده آب	Type A, D, E, F or C 494 G
8	حباب‌ساز	C 260
9	گیرش سریع	C 1398	زمان گیرش اولیه در حدود ۱ تا ۳ دقیقه و زمان گیرش نهایی در هر دو نمونه از سه نمونه آزمایش شده، بیش از ۱۲ دقیقه نمی‌شود. همچنین باید دقت شود که محدوده کلر نباید از حدود مشخص شده در ACI 318 فراتر رود.

ترکیبات شیمیایی و نحوه عملکرد افزودنی شاتکریت

به طور معمول افزودنی‌های استفاده شده، دارای پایه‌های قلیایی قوی و مواد آلی هستند. از جمله می‌توان به کربنات سدیم و کلسیم، کلسیم آلومینات و ترکیبات آلی، مانند تری‌اتانول آمین اشاره کرد. افزودنی‌های مناسب ترکیبی از نسبت‌های مختلف این مواد بوده که به صورت افزودنی‌های مایع و پودری به فروش می‌رسند.

در برخی افزودنی‌ها، یک ترکیب (سدیم آلومینات) به تنهایی به عنوان بخش فعال عمل می‌کند. استفاده از مواد زیر در کنار افزودنی تسریع‌کننده اصلی مورد استفاده، برای ایجاد افزودنی مرکب با خواص مطلوب رایج است:

• عامل مرطوب کننده
• ماده تغلیظ کننده
• عامل پایدار کننده مایعات

کلسیم کلرید، یکی از مهم‌ترین افزودنی‌های تسریع‌کننده‌ است. با اینکه استفاده از کلسیم کلرید، تنها در شرایط خاص صورت می‌گیرد، اما مقدار استفاده از این افزودنی جز در مواردی که به گیرش سریع برای جلوگیری از چکه کردن بتن نیاز باشد، به کمتر از ۲% محدود می‌شود.

با توجه به محدودیت‌های استفاده از کلسیم کلرید در مواردی که احتمال خوردگی وجود دارد، استفاده از این افزودنی در بتن‌های پاششی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و به جای آن، استفاده از هیدروکسیدهای قلیایی و مواد شیمیایی با مشخصات پایه قلیایی قوی گسترش یافته است.

ویژگی‌های قلیایی این افزودنی، باعث ایجاد خواص خورندگی زیادی می‌شود که باید حین استفاده از این افزودنی‌ها مورد نظر قرار ‌گیرد. ماده اصلی تسریع‌کننده‌ها، شامل سدیم آلومینات، سدیم و پتاسیم هیدروکسید، کربنات، تری‌اتانول آمین، سولفات‌آهن و سدیم فلوراید است.

نمک‌های سدیم هیدروکسی کربوکسیلیک‌ اسیدها – مثل گلوکونات‌ها و تارتارات‌ها – می‌توانند به عنوان عوامل مرطوب کننده مورد استفاده قرار گیرند. ماده تغلیظ‌کننده این مواد، رس، روباره و دوده ‌سیلیس است و از ترکیبات پلی هیدروکسی برای پایدار کردن محلول‌های سدیم ‌آلومینات استفاده می‌شود.

بیشتر افزودنی‌های استفاده شده، مانند هیدروکسید‌های غیرمحلول یا سایر نمک‌ها با عمل ته‌نشینی باعث گیرش کاذب می‌شوند. مطالعات دماسنجی نشان می‌دهد اصلی‌ترین تأثیر افزودنی‌ها، ناشی از عملکرد آن‌ها بر فاز تری کلسیم آلومینات (C₃A) سیمان است. در حضور این افزودنی‌ها، واکنش تری کلسیم آلومینات (C₃A) تشدید شده و حداکثر دمای تولید شده در زمان‌های زودتر اتفاق می‌افتد.

تأثیرات افزودنی شاتکریت بر مشخصات بتن و ملات

تفاوت در روش اجرای شاتکریت نسبت به بتن معمولی، آن را با تغییرات و ناهمگنی بیشتری نسبت به بتن معمولی همراه می‌کند. به همین دلیل شکل‌گیری خواص فیزیکی و مکانیکی، مانند مقاومت بتن، جمع‌شدگی، نفوذ و دوام در این بتن‌ها با بتن‌های معمولی بسیار متفاوت است؛ بخصوص این تأثیرات در کوتاه‌مدت و بلندمدت قابل توجه هستند.

روانی مخلوط

در حالت کلی، استفاده از مواد افزودنی تسریع‌کننده گیرش، باعث کاهش روانی مخلوط می‌شود. بسته به مقدار استفاده از افزودنی، مخلوط ممکن است چسبندگی و روانی مناسبی داشته یا منجر به تولید مخلوطی خشک و خشن شود. عیار زیاد سیمان و مقدار بهینه افزودنی (%۳ – ۶%)، مخلوطی با روانی مناسب ایجاد کرده که امکان اجرای لایه‌های شاتکریت را فراهم می‌کند.

گیرش اولیه و نهایی

استفاده از مقدار بهینه‌ی افزودنی، زمان گیرش اولیه و نهایی را – به ترتیب به ۳ الی ۴ و ۱۲ الی ۱۵ دقیقه – کاهش می‌دهد. استفاده از مقادیر بیشتر افزودنی، باعث کاهش بیشتر زمان گیرش می‌‍‌شود.

بیشتر بخوانید: افزودنی قوام آور بتن

مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته

مقادیر مقاومت فشاری در مخلوط‌های حاوی مقدار بهینه (۲ – ۴%) افزودنی در هر دو حالت خشک و تر، نسبت به مخلوط بدون افزودنی، ۱۵ – ۲۰% کمتر است. مصرف بیش از ۴% افزودنی تسریع‌کننده، مقاومت را به شدت کاهش می‎دهد.

به طور معمول، رعایت عدم مقاومت بیش از ۳۰%، در صورت استفاده از مقادیر بیش از ۶% افزودنی تسریع‌کننده مقدور نیست. با این وجود، این کاهش مقاومت در شرایط خاص، مانند استفاده از شاتکریت جهت مهار محل‌های چکه آب قابل قبول خواهد بود.

به طور کلی، عواملی که در افزایش مقاومت کوتاه‌مدت بتن مؤثرند، تأثیرات منفی روی مقاومت بلندمدت آن دارند. استفاده از تسریع‌کننده‌ها در مخلوط‌های شاتکریت با زمان گیرش تسریع شده، باعث مقاومت کوتاه‌مدت و درازمدت می‌شود. ارتباط بین مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری در بتن‌های پاششی، مشابه بتن‌های معمولی است. در این‌ گونه بتن‌ها نیز مانند بتن‌های معمولی، عمل‌آوری مناسب باعث افزایش مقادیر مقاومت و مدول الاستیسیته می‌شود.

مقاومت کششی و خمشی

مقاومت کششیِ مستقیم بتن‌های پاششی در مقایسه با بتن معمولی با مقاومت فشاری، یکسان است. این مسأله نشان‌دهنده تأثیرات ناشی از ورقه شدن و اشکالات موجود در شاتکریت بر مقاومت کششی است. برخلاف مقاومت کششی، رابطه مقاومت خمشی بتن‌های پاششی با مقاومت فشاری آن‌ها، مشابه بتن‌های معمولی است.

مقاومت پیوستگی

استفاده از افزودنی تسریع‌کننده در بتن‌های پاششی خشک و تر، دستیابی به مقاومت پیوستگی زیاد بین لایه‌های شاتکریت و سطح پشت آن را فراهم می‌کند. استفاده از افزودنی تا ۲% مقاومت پیوستگی را افزایش داده و مقادیر بیشتر آن مقاومت پیوستگی را کاهش می‌دهد.

جمع‌شدگی

مخلوط‌های حاوی افزودنی تسریع‌کننده نسبت به مخلوط‌های بدون افزودنی، جمع‌شدگی بیشتری از خود نشان می‌دهند و در هر دو حالت شاتکریت خشک و تر با افزایش مقدار افزودنی و نیز افزایش آب، جمع‌شدگی افزایش پیدا می‌کند.

دوام

بیشتر افزودنی‌های رایج، مقاومت بتن را در برابر چرخه ذوب یخ کاهش می‌دهند. استفاده از دوده ‌سیلیس امکان استفاده از مقادیر کمتر افزودنی را فراهم می‌کند و علاوه بر آن، باعث بهبود توزیع ریزساختار تخلخلی در بتن می‌شود که دوام شاتکریت را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

نفوذپذیری

استفاده از افزودنی‌ها باعث بهبود شرایط پاشش بتن شده و ریزش بتن در اثر برخورد با سطح پاشش را کاهش می‌دهد که این خود دلیلی برای بهتر شدن وضعیت بتن از نظر دوام است. با این وجود نتایج آزمایش‌های انجام شده نشان می‌دهد این تفاوت جزئی بوده و مقادیر به دست آمده تفاوت چندایی با مخلوط‌های فاقد افزودنی ندارد. با این حال، معمولاً مخلوط‌های حاوی دوده ‌سیلیس نفوذپذیری کمتری دارند.

کاربردها و استانداردهای افزودنی شاتکریت

هزینه زیاد، مقاومت نهایی کم و عدم ایمنی، از جمله دلایل استفاده محدود از افزودنی‌های تسریع‌کننده شاتکریت است. با این وجود، نیاز به گیرش سریع برای تشکیل لایه‌ها در شاتکریت و تسریع روند افزایش مقاومت برای استفاده فوری و جلوگیری از چکه کردن آب، استفاده از افزودنی‌های تسریع‌کننده را ملزم می‌دارد. بنابراین افزودنی‌های تسریع‌کننده در زمان اجرای شاتکریت به سمت بالا، در بعضی دیوارها و محل‌هایی که تراز جریان آب زیرزمینی بالا است، استفاده می‌شود.

مصرف این افزودنی‌ها، از گود شدن سطح کار در اثر ضربه ناشی از پاشش و پخش شدن مصالح در اثر ضربه جلوگیری می‌کند. استفاده از دوده‌ سیلیس در مخلوط‌های شاتکریت، دامنه سنگدانه‌های قابل استفاده در این مخلوط‌ها را افزایش می‌دهد.

نحوه اضافه کردن افزودنی شاتکریت

مقادیر استفاده شده برای افزودنی‌های تسریع‌کننده پودری، حدود ۲ تا ۶% وزن سیمان است. افزودنی‌های مایع بر اساس نسبت‌های حجمی پیمانه‌گیری شده و نسبت حجم تسریع‌کننده به آب می‌تواند در محدوده وسیع ۱:۲۰ تا ۱:۱ ‌باشد.

تسریع‌کننده‌های مایع گوناگون، غلظت‌های متفاوتی از مواد جامد دارند که در پیمانه‌گیری این افزودنی‌ها به صورت حجمی باید مورد توجه قرار گیرد. مقادیر بهینه افزودنی‌ها در همه کاربردها یکسان نبوده و در صورتی که گیرش سریع و مقاومت کوتاه‌مدت زیاد مورد نظر باشد، از مقادیر بیشتر افزودنی استفاده می‌شود.

با این وجود در صورتی که در دستورالعمل‌های موجود، حداکثر میزان کاهش مقاومت مجاز برای مخلوط تسریع‌شده بیان شده باشد، محدودیتی برای استفاده از افزودنی اعمال خواهد کرد. افزودنی‌های تسریع‌کننده پودری استفاده شده در فرآیند خشک، باید با روشی مناسب وزن شده تا نسبت مورد نظر تسریع‌کننده و سیمان به دست آید. در مورد استفاده از افزودنی‌های مایع در فرآیند خشک نیز، بهتر است این افزودنی‌ها با روشی در محل نازل آب اضافه شوند.

در حال حاضر تنها روش قابل اطمینان برای افزودن مستقیم افزودنی‌های پودری به شاتکریت در روش تر، افزودن آن در محل نازل با استفاده از شیرهای تغذیه است. در این روش، پودر افزودنی درون یک دستگاه فشرده شده و با قرارگیری داخل تغذیه‌کننده، آسیاب شده و به تدریج به وسیله جریان هوا به نازل حمل می‌شود.

اختلاط تسریع‌کننده با سایر اجزای شاتکریت نیز در نازل و حین انتقال به سطح پاشش انجام می‌‍‌شود. نحوه اضافه کردن افزودنی‌های مایع به مخلوط تازه در روش خشک، مشابه روش تر است؛ به جز اینکه در این روش افزودنی به جای لوله آب به جریان هوا تزریق می‌شود.

طریقه و مدت نگه‌داری افزودنی شاتکریت

افزودنی‌های پودری نسبت به رطوبت حساسند. به همین دلیل باید در بسته‌هایی با روکش پلاستیکی در محلی خشک و بالاتر از سطح زمین نگهداری شوند. کیسه‌های نگهداری از افزودنی‌ها باید روی تخته‌هایی که فاصله آن‌ها از سطح زمین بیش از ۵ سانتی‌متر است، قرار گیرد. در صورت مناسب بودن شرایط نگهداری، زمان قابل نگهداری در حدود ۶ تا ۸ ماه خواهد بود. خاصیت این افزودنی‌ها پس از ۶ ماه به میزان قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.

خطرها و ایمنی افزودنی شاتکریت

مواد شیمیایی قلیایی که اصلی‌ترین اجزای تشکیل‌دهنده این ترکیبات هستند، سوزاننده (سوزش‌آور) بوده و استفاده از آن‌ها باید با احتیاط همراه باشد. برای کاهش پخش شدن بتن به اطراف در اثر پاشش، اجزای تشکیل‌دهنده باید به طور کامل با هم ترکیب شوند.

با توجه به اینکه مخلوط‎‌های شاتکریت جمع‌شدگی را افزایش می‌دهند، لازم است سطح بتن‌پاشی شده حداقل تا ۷ روز مرطوب نگه داشته شود. شرایط دمایی محیط باید به گونه‌ای باشد که هوای مجاور سطح بتن‌پاشی شده، حداقل برای ۷ روز، دمایی بیش از دمای یخ زدن داشته باشد.

صدمات ناشی از تماس مواد سوزاننده موجود در این افزودنی‌ها با پوست، سبب آسیب‌دیدگی‌های متفاوتی از ناراحتی‌های جزئی پوستی گرفته تا سوختگی‌های شدید می‌شود. تماس مستقیم این محلول‌ها با پوست در صورتی که غلظت محلول بیش از حد معینی باشد، باعث بروز التهاب پوست می‌شود.

 محلول‌های مایع به سرعت باعث ایجاد سوختگی می‌شوند. از این رو به دلیل خطرات جدی این مواد برای پوست و چشم، استفاده از تجهیزات فردی برای افرادی که در نزدیکی دستگاه شاتکریت و نازل فعالیت دارند، ضروری است.

این تجهیزات شامل استفاده از لباس‌های آستین‌دار یا لباس کار سرهمی است. علاوه بر این، بهتر است پیش از آغاز پاشش بتن از کرم‌های محافظ در نواحی از پوست که احتمال دارد در معرض مواد سوزاننده قرار گیرند، استفاده شود. در صورتی که پوست در معرض مواد سوزاننده قرار گیرد، شست‌وشو با آب و سرکه و به دنبال آن استفاده از کرم‌های محافظ پوست پیشنهاد می‌شود. تماس این مواد با چشم، نیازمند مراجعه سریع به پزشک است. بلافاصله پس از تماس مواد سوزاننده با چشم، شست‌وشو با مقدار زیاد آب لازم است.

استانداردها و دستورالعمل‌های اجرایی بتن با افزودنی شاتکریت

استاندارد ASTM C 1141 در مورد شاتکریت است. بعضی دستورالعمل‌های شاتکریت، نیازمند استفاده از افزودنی‌های تسریع‌کننده است که این افزودنی‌ها باید مطابق با استاندارد ASTM C 494 باشد. دستورالعمل‌های قید شده در رابطه با یکنواختی، بسته‌بندی، نگهداری، نمونه‌گیری و نظارت برای افزودنی‌های تسریع‌کننده نوعC ، در مورد تسریع‌کننده‌های گیرش نیز قابل استفاده است، اما روش آزمایش‌های گیرش و مقاومت، با تغییراتی همراه است.

دستورالعمل ACl 506R- 05، روش اجرای توصیه شده برای شاتکریت و کاربرد‌های مختلف بتن پاششی را شرح می‌دهد. در این دستورالعمل‌، الزامات خاصی در مورد تسریع‌کننده‌های استفاده شده برای ایجاد خواص مربوط به گیرش زودرس ذکر نشده، اما در مورد سایر افزودنی‌ها و اجزای شاتکریت، محدودیت‌هایی ذکر شده است. در این دستورالعمل، روش‌های مورد استفاده و تجهیزات لازم برای هر دو روش خشک و تر و نیز آزمایش‌های مربوطه ارائه شده و آزمایش شاتکریت نیز با جزئیات ذکر شده است.

به طور کلی، ضوابط مربوط به اجرا و یکنواختی شاتکریت تولید شده در دستورالعمل‌های موجود، شامل موارد ذیل است:

• نوع و ترکیبات
• درصد غلظت اجزا‌ی فعال
• مقدار کلر
• بیشترین درصد قابل استفاده افزودنی
• سازگاری با سیمان استفاده شده، با توجه به الزامات مربوط به گیرش اولیه و نهایی و نیز مقاومت کوتاه‌مدت و درازمدت
• محدوده استفاده با توجه به موقعیت سازه، نوع سازه و مقاومت مورد نیاز

آزمایش‌های استاندارد بررسی سازگاری سیمان و افزودنی مورد استفاده در بخش کنترل کیفیت، شامل روش‌هایی است که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌شود.

زمان گیرش

آزمایش انجام شده بر اساسASTM C 266 ، زمان گیرش سیمان هیدرولیکی توسط سوزن گیلمور است که اصطلاحاتی روی آن انجام شده است. مهم‌ترین اصلاح صورت گرفته، در استفاده از ظرف استاندارد مخصوصی است که به طور خاص برای مخلوط‌های زودگیر طراحی شده است. تمام اجزا در ظرف مخلوط شده و آزمایش سوزن گیلمور نیز در همان ظرف انجام می‌شود.

در این روش نیازی به جابجا کردن خمیر نیست و دست‌خوردگی کمتری پیدا می‌کند. دمای مخلوط و رطوبت نسبی، نیازمند کنترل دقیق است. روانی مورد استفاده در مخلوط‌هایی که در روش‌های خشک و تر با افزودنی‌های پودری ساخته می‌شوند، مشابه روانی مخلوطی با نسبت آب به سیمان ۰٫۴۳و بدون افزودنی است.

نسبت آب به سیمان برای مخلوط تر، معمولاً ۲۰% بیش از این مقدار است. با این وجود در صورت استفاده از افزودنی‌های مایع، استاندارد مشخصی برای نسبت آب به سیمان – آن‌گونه که برای مخلوط‌های حاوی افزودنی پودری ذکر شد – وجود ندارد که علت آن، تغییرات غلظت اجزای فعال در افزودنی است. مقدار مناسب افزودنی و آب مورد نیاز برای ساخت مخلوطی با روانی مطلوب، با سعی و خطا مشخص می‌شود.

مقاومت فشاری

به طور معمول مقادیر مقاومت، بر اساس استاندارد ASYM C 109 تعیین می‌شود، مگر در مواقعی که نسبت آب به سیمان در ملات، مقدار ثابت ۰٫۴ باشد. به منظور امکان قالب‌گیری از نمونه‌ها پیش از وقوع گیرش اولیه، نیازی به رعایت فاصله‌های زمانی ذکر شده در ASTM C109 نیست.

بازگشت بتن

منظور از بازگشت شاتکریت، بخشی از بتن است که روی سطح مورد نظر پاشیده می‌شود، اما به دلیل چسبندگی ناکافی ریزش می‌کند. برای انجام آزمایش استاندارد بازگشت، صفحه‌ای پلاستیکی را زیر تخته آزمایش قرار داده و بتن تا ضخامت مطلوب به سمت تخته پاشیده می‌شود. در پایان، وزن تخته آزمایش و مصالح جمع‌شده روی صفحه پلاستیکی اندازه‌گیری شده و مقدار متوسط بتن بازگشته به اطراف، بر اساس فرمول ذیل محاسبه می‌شود:

Average rebound= W_w/ (W_r + W_w)

که W_r وزن مصالح روی صفحه پلاستیکی و W_w وزن مصالح روی تخته آزمایش است.

بررسی یکنواختی بتن تولید شده در کارگاه به دو طریق انجام می‌شود:

• انجام آزمایش‌های بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی، بادستورالعمل‌های ارائه شده حین خرید
• نظارت، نمونه‌گیری و آزمایش. نمونه‌گیری از بتن اجرا شده معمولاً با مغزه‌گیری در محل‌های مشخص شده توسط مهندس ناظر انجام می‌شود.

همان‌طور که گفته شد بتن پاششی برای ایجاد لایه‌ای متراکم و باربر روی سازه استفاده می‌شود که برای ساخت آن، به افزودنی‌هایی با پایه قلیایی و مواد آلی نیاز است. در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد تا علاوه بر چیستی مفهوم بتن شاتکریت یا بتن پاششی، افزودنی‌های مورد استفاده در بتن پاششی و ساختار شیمیایی آن نیز بررسی شود. امیدواریم با مطالعه این مقاله بتوانید اطلاعات کافی را در زمینه بتن شاتکریت، انواع افزودنی بتن شاتکریت و استانداردهای آن به دست آورید.