ترمیم سازه های بتنی بوسیله شاتکریت

چکیده :
سازه های بتنی به علت عواملی همچون سیکلهای متعدد ذوب و انجماد ، حملات شیمیایی ، فرسایش ، هوازدگی ومکش
در سرریز سدها در خطر زوال و تخریب هستند و همیشه تعمیر و ترمیم ابنیه بتنی آسیب دیده یکی از مسایل علم مهندسی عمران
بوده روشهای پر هزینه اجرای ی با قالب ، سرعت پایین این روشها و … همیشه مهندسین را به فکر را هکاری برای این چالش
واداشته ، در سالهای اخیر استفاده از تکنیک بتن بدون قالب که به شاتکریت معروف است کمک شایانی به مهندسان عمران کرده
است .تکنیک شاتکریت به علت خصوصیات فنی مناسبی همچون آب بند بودن ، مقاومت مکانیکی بالا ، چسبندگی بتن و آرماتور و
…می تواند در ترمیم این نوع سازه ها مزیت هایی مثل سرعت زیاد ، هزینه پایین و کیفیت بالای اجرایی را به همراه داشته باشد .
شاتکریت در برخی از موارد تنها راه ترمیم سازه های بتنی است .
در این مقاله سعی شده مساله ترمیم و بهسازی سازه های بتنی با استفاده از این روش و مزیت ها و برتری آن نسبت به
سایر روشهای متداول بصورت مبسوط ارائه گردد . همچنین سازه های مختلفی که بوسیله این تکنیک ترمیم شده اند به عنوان نمونه
ذکر شده اند . این مطالعه نشان می دهد که تکنیک شاتکریت به عنوان یک جایگزین مناسب از نظر صرفه اقتصادی و زمان بری
پروژه ها مورد استفاده گسترده تر قرار گیرد .
واژه های کلیدی: ترمیم ، شاتکریت ، سیکلهای ذوب و انجماد . سازه های بتنی
1 مقدمه :
موضوع ترمیم سازه های بتنی مسأله مهمی است که از دیر باز مورد توجه قرار گرفته است . از آنجا که اغلب سازه های بتنی در
معرض سیلکهای ذوب و انجماد بوده و همچنین حملات شیمیایی به سطح های حساس از قبیل چسب سیمان و فولاد مسلح
درون بتن نفوذ کرده و باعث خورندگی آنها می شوند و نیز فعالیت های قلیایی موجود در بتن که باعث می شود سنگدانه های بکار
رفته در بتن (شن و ماسه) با قلیاها و واکنش داده بوسیله هیدراسیون سیمان پرتلند ، سبب انبساط ، ترک خوردن و زوال بتن شود.

بنابراین همواره مهندسین در پی ایجاد راه حل هایی برای ترمیم سازه های بتنی بوده اند البته راه حل هایی که باهزینه پایین
همراه باشد ، زیرا که اکثر هزینه های موجود در کارهای ترمیم مربوط به قالب بندی می ب اشد روشی که برای ترمیم این نوع سازه
ها پیشنهاد می شود استفاده از شاتکریت با مخلوط تر است.
2
با این روش برای ترمیم و یا حتی احداث سازه های بتنی نیاز به قالب بندی نیست و در موارد خاص استفاده از یک سپر چوبی برای
عملیات استقرار بتن کافی می باشد که همین خود هزینه های بسیار کلان قالب بندی شامل تجهیزات و نیروی انسانی را به میزان
قابل توجهی کاهش می دهد.
2 مشخصات مصالح بکار رفته در سازه های بتنی :
کیفیت بتن از نظر دوام بر حسب نفوذ پذیری ، اندازه گیری می شود . عامل کنترل کننده این ویژگی در بتن سخت شده ، مقدار
فضاهای خ الی موجود در آن می باشد . همین عامل برای مقاومت در برابر حمله شیمیایی از منابع خارجی مانند اسیدها ، دی اکسید
کربن و سولفات ها یا از درون بتن مانند واکنش قلیایی سنگدانه ها و سیمان نامناسب و نیز در برابر سایر تنش های محیطی ناشی
از رطوبت از اهمیت خاصی برخوردار است . بنابراین شرایط محیطی مختلف تأثیرات متفاوتی بر روی بتن داشته و بر دوام سازه مؤثر
.( هستند و این عوامل باعث ایجاد ترک در سازه های بتنی می شوند (دکتر نادری 1379
3  ترکها در بتن :
ترک ایجاد شده در بتن بیشتر یک نشانه است تا یک نقص . ترکها دراکثر موارد م نجر به شکست سازه نمی شوند . اما می توانند با
تسریع خرابی عم ً لا باعث غیر قابل استفاده شدن سازه شوند ترکها را می توان بر حسب جهت ، عرض و عمق به ترکهای طولی ،
عرضی ، عمودی ، قطری و تصادفی رده بندی کرد.
4  انواع ترکها و روش ترمیم آنها :
4  1  ترکهای فعال :
عرض این ترکها ثابت باقی نمی مانند و بدلیل بارگذاری سازه یا تغییرات حرارتی و رطوبتی در بتن باز و بسته می شوند مصالحی که
برای تعمیر ترک فعال مورد استفاده قرار می گیرند بایستی آنقدر انعطاف پذیر باشند که اجازه جابجایی را به ترک بدهد یا سبب
حذف جابجایی شود.
4  2  ترکهای غیر فعال(خفته) :
این ترکها در اثر عواملی قبل از سخت شدن بتن بوجود آمده اند و انتظاری نمی رود که بعد از سخت شدن نیز در بتن بوجود آیند
عرض این نوع ترکها ثابت باقی می ماند و آنها را می توان با استفاده از مصالح سخت تعمیر کرد.
4  3  ترکهای رشد کننده :
این ترکها ، ترکهایی هستند که عرض آنها بدلیل پابرجایی علت اصلی ایجاد کننده ، مانند ادامه نشت پی یا خوردگی میلگرد زیاد
می شوند.
هر روش تعمیر این نوع ترک باید با حذف عامل ایجاد و گسترش ترک همراه باشد.
5  برخی از پدیده هایی که تحت تأثیر محیط سبب ایجاد ترک می شوند :
 انبساط ناشی از کاربرد سیمان نا سالم  واکنش قلیایی سنگدانه ها
 خوردگی میلگردها  بارگذاری مکانیکی
 چرخه های حرارتی
6  تعمیر ترکها
در انتخاب روش تعمیر ترک علاوه بر توجه بعلت و وسعت ترک باید به وضعیت قبلی ترکها هم توجه کنیم زیرا در غیر این صورت
احتمال دارد روش تعمیری نامناسب و در نتیجه غیر مؤثر انتخاب شود.
انتخاب روش تعمیر نه تنها از علت و وسعت ترک بلکه از محل و شرایط محیطی حضور ترک نیز تأثیر می پذیرد.
3
روشهای گوناگونی برای تعمیر ترکها استفاده می شود که بسته به نوع ترک (فعال و یا غیر فعال ) یا رشد کننده متفاوت هستند که
برخی از روشهایی که در تعمیر تر کها بکار می روند عبارتند از :
 شیار زدن و درز گیری
 میلگرد گذاری  مته کاری و پر کردن
 درز گیری انعطاف پذیر  دوغاب ریزی
 بخیه زدن
 بهسازی سطح و روکشها
7  شاتکریت و انواع آن :
شاتکریت عبارت است از ملات و یا بتنی که با فشار و سرعت بالا به سط ح مورد نظر پاشیده می شود که به دو نوع شاتکریت
شناخته شده است. ( Dry Mix shotcrete) و مخلوط خشک ( Wet Mix shotcrete) مخلوط تر
مصالح شامل : ماسه وسیمان توسط پمپ شاتکریت بداخل لوله انتقال هدایت شده و به (DMS) در شاتکرت با مخلوط خشک
منتقل می گردد. آب مورد نیاز در این حالت در حین خروج مصالح از سر نازل به آنها اضافه ( Nozzle) قسمت پاشنده ملات
می گردد که با توجه به سرعت بسیار زیاد خروج مصالح از سر نازل این عمل در کسری از ثانیه صورت می پذیرد که در این حالت
تنها در DMS ممکن است آب به بعضی از دانه های سیمان نرسیده و در نتیجه این دانه ها هیدراته نشوند بهمین دلیل از روش
10 استفاده می گردد . اما در cm عملیات تثبیت قبل از اجرای لاینینگ تونلها و کارهای روکش و تعمیراتی با صخامت کمتر از
شاتکریت با مخلوط تر) بتن آماده به داخل پمپ شاتکریت ریخته شده و پس از عبور از لوله انتقال به سر نازل ) WMS روش
رسیده و از آنجا به کمک فشار باد کمپرسور به سطح زیر کار پاشیده می شود از این روش در جاهایی می توان استفاده کرد که
مقاومت فشاری مورد نظر است.
20 برای سقف در یک مرحله به راحتی cm 50 برای دیوار و cm از طرفی دیگر در این روش امکان اجرای بتنی با ضخامت
امکان پذیر است.
8  مزیت اجرایی شاتکریت تر به خشک :
در روش شاتکریت تر در اغلب موارد برای احداث سازه های بتنی نیازی به قالب بندی نیست و در موارد خاص نیز استفاده از یک
سپر چوبی برای عملیات استقرار بتن کافی می باشد . شاتکریت مخلوط تر همچنین این امکان را فراهم می آورد تا دیگر اجرای سازه
های بتنی با اشکال منحنی ، مدور و غیر منظم مانعی بر سر راه طراحان و مجریان نباشد . شاتکریت مخلوط تر با حداقل هزینه و
سرعتی بسیار بالا که از خصوصیات این روش است در عین بالا بودن کیفیت مشکل را حل می نماید.
تثبیت کوهها ، و صخره ها با استفاده از پوشاندن آنها با یک شبکه مش و پاشیدن بتن بر روی آن ، محافظت از لوله های فولادی و
افزایش ضخامت لوله های بتنی یا پیچیدن یک شبکه مش به اطراف لوله و پاشیدن بتن و صیقلی کردن آن در محیط های خورنده
و خطرناک در مقابل آ تش سوزی ، روکش کردن دیوارها ، پایه پلها ، بدنه سدها و لاینینگ تونلها ، تثبیت جداره رود خانه ها و …
است. WMS از جمله دیگر توانایی های روکش
4
9  ترمیم بوسیله شاتکریت :
ترمیم بوسیله شاتکریت در پروژه ها در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است و باعث یک پیشر فت سریع در پروژه های عمرانی
فیبر فولادی ، فوم سیلیکاتی بهم فشرده ( air etraining) شده است. استفاده از مخلوط های شیمیایی و مخلوط های حباب هوا
، باعث شده شاتکریت با کیفیت بالاتری تولید شود که بیشتر موارد ذکر شده در بالا در پروژه هایی که با شاتکریت مخلوط تر است
استفاده می شوند . همچنین از شاتکریت در بسیاری از کشورها برای تثبیت صخره ها و تونلها ، برای نیروگاه های مولد برق ،
بزرگراه ها و ساختمان راه آهن استفاده می شود و در برخی از کشورها با استفاده از ذوب فولاد در درون شاتکریت نوع جدیدی از
شاتکریت بوجود آمده است. بنابراین استفاده از شاتکریت با مخلوط تر در ترمیم سازه ها به دلایل زیر است:
 چند منظوره بودن آن : چون از لحاظ فنی خطا ندارد بنابراین در هر جایی می توان از آن استفاده کرد.
 قابلیت تغییر پذیری سریع : کمترین زمان را نیاز دارد تا بتواند براحتی در نماها مورد استفاده قرار گیرد.
 تقاضای مناسب برای خدمه کمتر : که نیاز به نیروی انسانی را کاهش می دهد
 هزینه نسبتًا پایین
 پیشرفت هایی که در تکنولوژی شاتکریت و برنامه کنترل کیفیت حاصل شده ، بنظر می آید که یک ماده تعمیری با کیفیت بالا را
بتواند تولید کند.
البته قبل از اینکه مسأله ترمیم را آغاز کنند ابتدا باید سطح بتن تمیز شود که این کار را با ایجاد فشار آب بر روی سطح بتن انجام
می دهند سپس نوع شاتکریت را با توجه به نوع ترمیم که مث ً لا برای تونل ، سقف های بتنی ، اسکله …… تفاوت دارند را انتخاب
کنند که البته استفاده از ش اتکریت به جای روشهای متداول تعمیر ترکها خیلی بهتر و به صرفه تر است . برای واضح تر شدن موضوع
چند مثال اجرایی در زیر آورده شده است:
9  1  ترمیم بوسیله شاتکریت در کارخانه های کاغذ سازی :
سقف های بتنی در مخازن پروژه کارخانه کاغذی اغلب باعث ایجاد حرارت بالا و یک محیط باخورندگی بالا می شوند که تعمیر
سقف اینگونه مخازن نیاز به یک مدت زمان بسیار طولانی دارد که کارخانه به حالت کامل تعطیل باشد که تعمیر متداول اینگونه
13 روی سطح ا ست در mm سقف ها با تمیز کردن سطح بتنی با پاشاندن آب با فشار بالا و زدن یک ملات سیمانی با ضخامت
صورتی که تمیز کاری سطح ، شبکه کاری ، شاتکریت کردن عملیات تکمیلی و کاربرد یک پوشش حفاظتی نیاز به نیمی از این
زمان دارد هدف از ترمیم بوسیله شاتکریت تعمیر سقف بوسیله کندن بتن آسیب دیده ، تمیز کاری و در دسترس قرار دادن گرما ،
با مستقر کردن یک مهار برای شبکه سیمی است. ، L شبکه سیمی گالوانیزه شده به شکل
سرانجام یک لایه از شاتکریت فوم دار خشک با مخلوط سیلیکا بکار می رود . یک سطح صاف تمام شده یعنی سطحی که بر روی آن
کار انجام گرفته نیاز به یک پوشش پلاستیکی مخصوص دارد که در سطح شاتکریت بکار رود و آنرا برای یک دوره طولانی حفاظتی
بر علیه خوردگی در برابر گرما ، مواقع بخارآلود و محیط های قلیایی آماده کند که البته مخلوط شاتکریت مرکب است از یک نوع
5 ) است. mm) فوم سیلیکایی ، ماسه و سنگدانه هایی با حداکثر قطر شن ، I سیمان پرتلند نوع
عملیات پاشیدن شاتکریت به یک تی م 5 نفره از جمله یک نازل من ، یک کمک نازل من ، یک اپراتور تلمبه و دو نفر اندودکار نیاز
دارد که علاوه بر کم بودن نیروی انسانی در کمتر از نیم مدت زمان نرمالی که برای روش های تعمیر کلاسیک نیاز است می توان
عملیات ترمیم را به پایان رساند . که همین مدت زمان کم باعث شده که این عمل دارای ارزش بیشتری نسبت به سایر راه ها شود .
2220 می شود از طرفی دیگر فشار هوا سبب می شود تا در کارهای -2290 Kg/m وزن مخصوص بتن در محدودهای بین 3
تعمیراتی و غیر تعمیراتی بتن پاشیده شده کاملا به سطح زیر کار چسبیده و مشکلات ورقه ورقه شدن در آین ده ایجاد نگردد
.(Ferland 2002)
9 2  هنر نوسازی تونل با شاتکریت :
هنر نوسازی تونل بطور قابل توجه در دهه های اخیر ترقی کرده و پیشرفته شده است . صدها تونل حمل و نقل ، بزرگراه ، راه آهن
بطور موفق نوسازی شده ، تبدیل شده و یا توسعه پیدا کرده است . بیشتر این پیشرفت ها مدیون استفاده از شاتکریت مسلح شده با
5
فیبر فولادی است . قابلیت انعطاف پذیری و تطبیق طبیعی شاتکریت میکرو سیلیکا فیبر فولادی آنرا برای نوسازی تونلها مطلوب
کرده است . در نتیجه از شاتکریت برای توسعه و نوسازی تونلها بودن اینکه از داخل ، بتن بر روی دیوا ره ها پاشیده شود ، بصورت
تکنیکی (منظور بتن پاشی از خارج) بتن بر روی دیواره ها پاشیده می شود که این عمل از نظر اقتصادی به صرفه می باشد.
توسعه و نوسازی این تونلها با شاتکریت معمو ً لا بوسیله بالا بردن تحدب و کاستن تعقر انجام می شود که البته این کار مقداری وقت
گیر است که در مقایسه با روشهای متداول تعمیر ترکها در سقف زمان کمتری را مصرف می کند و از نظر ایمنی برای کارگران بهتر
است . چون بتن پاشی از خارج انجام می پذیرد که ممکن است خطراتی از قبیل ریزش بتن بر روی کارگران را داشته باشد که
. (Parker ایمنی کارگران را به خطر می اندازد( 2002
شکل 1 مجموعه اجزاء کار ترمیم به وسیله شاتکریت را نشان می دهد.
شکل 1: نمونه ریل سیستم ترمیم
9  3  الگوی زوال در نماهای اسکله :
سازه های دریایی در لنگرگاه ها همواره در معرض جزر و مد های بالا هستند و هر سال در معرض سیکلهای ذوب و انجماد برای
یک محیط دریایی قرار می گیرند . بتن بکار رفته در این اسکله ها دارای درجه اشباع بالا می باشند زیرا همواره در معرض باران ، مه
، طوفان و همچنین رطوبت نسبی قرار دارد و مواد بکار رفته در بتن را بدتر می سازند و عوامل بالا باعث می شوند که بتن بکار رفته
در معرض حملات قلیایی قرار گیرند بنابراین سعی شده با استفاده از شاتکریت این سازه های دریایی را ترمیم کنند . انتخاب نوع
شاتکریت در این پروژه بر اساس شرایط خاص مشخص شده است.
 شاتکریتی که قادر باشد در مناطق جزر و مدی بکار رفته و در مقابل جریان های جزر و مدی قوی زود قابلیت بکارگیری پیدا کند
بدون آنکه شسته شود یا از جای خود بیرون آید.
120 ضخامت در حالت عمودی را داشته باشد. mm  شاتکریتی که قابلیت بکارگیری در لایه های بالای
 استفاده از افزودنی های شاتکریت در سازه و ساختمانها : استفاده از روان کننده ها و افزودنی های شاتکریت باعث می شود که
کیفیت شاتکریت در مدت زمان طولانی بالا رود.
 سیستم شاتکریت انتخاب شده باید در مقابل سیلکهای ذوب و انجماد بادوام باشد.
 مواد شاتکریت انتخاب شده باید در مقابل واکنش های قلیایی شن و ماسه مقاومت کنند.
 سیستم فولاد بک ار رفته در بتن باید برای مقاومت در دوره های طولانی در مقابل زوال ، خوردگی دارای پتانسیل خوب باشد ، که
با بررسی شرایط بالا ، تصمیم گرفته می شود احتیاجات پروژه باید از میان مخلوط تر با حباب هوا ، فیبر فولادی ، فوم سیلیکایی
6
مسلح ، شاتکریت در نظر گرفته شود . که میزان استفاده از مواد ترمیم و همچنین مقاومت فشاری که در طول این مدت کسب می
کند در جدول 1و 2 آمده است ، و همچنین در جدول 3 آزمایش کنترل کیفیت برای هوای موجود در دو نوع شاتکریت آمده
است .
جدول 1: طرح مخلوط شاتکریت فوم سیلیکایی مسلح - فیبر فولادی و مخلوط تر
مواد (Kg/m نسبت مخلوط مواد ( 3
( 400 سیمان پرتلند نرمال( تیپ 10
56 دوده سیلیس
(SSD ) 410 مصالح درشت دانه 10 میلیمتر
(SSD ) 1100 شن بتنی
180 آب
2 مخلوط کاهنده آب L
7 فوق روان کننده L
60 فیبر فولادی 30 میلیمتر
چون نیاز است افزودنی هوازا
7 میزان هوا (در محل) + %1
2265 نتایج
20 اسلامپ +80 mm
40 حداقل مقاومت فشاری 28 روزه Mpa
همچنین از شاتکریت مخلوط تر می توان به خصوصیت نفوذپذیری مطلوب و خاصیت آببند بودن بتن اجرا شده اشاره کرد
شکل 2 مراحل ترمیم را در اسکله نشان می دهد. . (Gilbride 2002)
جدول 2: نتایج مقاومت فشاری ، مقاومت نرمی و شاخص زبری در طی آزمایش کنترل کیفیت
شاخص زبری مقاومت نرمی مقاومت فشاری (برحسب روز) مقدار فیبر نوع فیبر تاریخ تزریق(میلادی)
7 28 56 7 28 7 28
شکل 2 : مراحل ترمیم در اسکله
7
87/06/24 D 60 40/4 49 62/7 8/4 9/6 12/7 10/1
87/08/20 D 60 37/5 42/1 55/2 3/8 6/9 10 13/7
87/06/33 D 60 42/1 46/6 57/8 7/4 8/5 11/1 9/5
86/11/07 X 65 35/7 46/8 52/9 6 8 8/2 6/3
86/11/07 X 62/5 39/3 50/9 53/4 4/7 8/4 8/1 11
86/10/29 X 65 34/4 52/3 66/2 6/2 8/1 7/5 5/4
86/09/10 X 60 40/9 43 6/7 7/7 4/5 6/3
86/09/03 X 60 35/7 41 5/7 6/8 6/1 5/7
86/07/17 X 60 5/6 9/3
86/07/04 X 60 5 9/2 3/1 3/6
86/05/26 X 60 4 7 9/5
جدول 3- آزمایش کنترل کیفیت برای هوای موجود
در شاتکریت پلاستیک و سیستم های دفع هوا در شاتکریت سخت شده
سطح مخصوص هوای موجود در
تاریخ تزریق
هوای موجود در
شاتکریت سخت شده % شاتکریت پلاستیک %
فاکتور فضا
mm میزان جذب %
87/06/24 10 6/8 22/3 0/209 8/3
/08/20
87
5/2 - - - 5/7
/06/22
87
4/5 3/7 39/3 0/162 7/6
/11/07
86
6/6 7/6 24/7 0/196 5/1
/11/07
86
5/4 8/3 22/3 0/204 3/5
/10/29
86
6 5 27/3 0/211 5/9
/10/29
86
6/5 5/2 34/2 0/166 6/9
/09/10
86
6/8 4/8 23/4 0/262 -
/09/03
86
7/1 6/3 25/8 0/198 -
/07/17
86
4/5 3/3 15/6 0/328 -
/05/26
86
4/5 2/4 16/8 0/389 -
10  نتیجه گیری :
استفاده از شاتکریت برای ترمیم و تعمیر ترکها بجای روش های متداول تعمیر هم از نظر زمان به صرفه بوده و هم از نظر هزینه و
نیز می تواند نیاز به نیروی انسانی را تا حد زیادی کاهش دهد ، همچنین ایمنی کارگران را تامین کند . علاوه بر این استفاده از
8
شاتکریت بجای روشهای معمولی ترمیم می تواند باعث شود تا مدتهای مدیدی از نظر ترمیم سازه های بتنی آسوده باشیم .اما با این
وجودکیفیت این روش بستگی مستقیم به مهارت اپراتور آن دارد ، بعد از شاتکریت کردن سطح روی کار نیاز به پرد اخت دارد و
استفاده از این تکنیک نیاز به امکانات و تجهیز ات ویژه دارد که ممکن است در همه جا قابل دسترس نبوده و یا تهیه این تجهیزات
پر هزینه باشد . شاید این موضوعات از معایب این روش باشد ولی نهایتا همانگونه که قبلا نیز اشاره شد این روش جایگاه وی ژه ای در
کارهای تعمیراتی دارد و در برخی موارد تنها راه ترمیم ابنیه بتنی آسیب دیده است.
11  فهرست مراجع :
- دکتر نادری ، محمود ، آسیب شناسی بهسازی سازه های بتنی ، از انتشارات شرکت ابزار خاک
- Ferland . M and j – F Robert and A. chasse , “Shotcrete Repair in Repair in Paper Mill”
shotcrete summer 2002.
-Gilbride P، and D. R . Morgan and T.W. Bremner , "Deterioration and Rehabilitation of
Berth Faces in Tidal Zones at the Port of Saint john" shotcrete Fall 2002.
- Parker H. and P. Godlewski and R. Guardia , “ The Art of Tunnel Rehabilitation with
Shotcrete” shotcrete Fall 2002 .