– مقدمه
اولین بار شاتکریت یا گانایت در سال ۱۹۰۹ میلادی در آمریکا توسط دستگاهی به نام تفنگ سیمان مورد استفاده قرار گرفت و سپس در سال ۱۹۱۴ برای اولین بار در یک معدن در ایالات متحده استفاده شد از آن پس، این سیستم برای پوشش سطوح سنگها و حفاظت آنها از هوازدگی مورد استفاده واقع گردید.

ترکیب شاتکریت مشابه بتن معمولی (سیمان ، سنگدانه و آب ) میباشد با این تفاوت که دانه بندی سنگدانه ها بسته به محدودیت ماشین آلات و دستگاههای موجود میباشد.
( حداکثر قطر سنگدانه ها حدود ۳۰ میلیمتر )
در حقیقت شاتکریت بتنی است که با استفاده از هوای فشرده روی سطوح مورد نظر پاشیده و با نفوذ در ترکها و درزه ها باعث استحکام مناسب سطوح میگردد.

برای دانلود و توضیحات بیشتر به ادامه مطلب مراجعه نمائید…

بخشی از مطالب:
امروزه شاتکریت کاربردهای فراوانی یافته و سالانه در جهان بالغ بر ده میلیون متر مکعب شاتکریت مورد استفاده واقع میگردد بیشترین کاربرد شاتکریت در فضاهای زیر زمینی و جهت پایدار سازی سنگها میباشد شاتکریت به منظور مشابه در حفاریهای روباز نیز استفاده میگردد حتی درمواردی، شاتکریت در سازه های باربر مانند دیوارها ، سقف ها ، گنبدها و گاهی برای پوشش سازه های هیدرولیکی ، سازه های دریایی ، پوششهای ضد خوردگی و ضد آتش نیز مورد استفاده قرار میگیرد..

پیشرفتهای عظیمی که در شاتکریت به عنوان یک روش نگهداری رخ داده است شاتکریت را به یک ابزار مهم و لازم در کارهای بزرگ زیر زمینی تبدیل نموده است و پروژه هایی که قبلا اجرای آنها غیر ممکن یا خیلی سخت و خطرناک بود را قابل اجرا نموده است.
در ایران برای اولین بار شاتکریت در دهه ۱۹۳۰ میلادی توسط پروفسور رابسویچ اتریشی که مشغول تحقیق جهت ابداع یک روش جدید تونل زنی (NATM)بود در جریان ساخت راه آهن سراسری مورد استفاده واقع گردید اما کاربرد وسیع و گسترده آن از اواخر دهه ۶۰ هجری همزمان با شروع جدی اجرای پروژه های عمرانی در ایران آغاز گردید.

انواع شاتکریت به لحاظ روش اجراء :
۲-۱- شاتکریت خشک :
در این روش سنگدانه ها با سیمان ترکیب شده (حداکثر مقدار آب در ترکیب اولیه حدود ۵ % میباشد که به منظور جلوگیری از ایجاد گرد و غبار با مصالح ترکیب میشود) و به وسیله دستگاهی موسوم به پمپ شاتکریت توسط هوای فشرده به داخل لوله های لاستیکی پمپ شده و از طریق افشانه به سطح مورد نظر پاشیده میشود آب مورد نیاز مخلوط در افشانه ( نازل ) با فشار حدود ۱۰ تا ۱۵ بار به مخلوط اضافه میگردد.
امروزه روش خشک با استفاده از تجارب علمی و روش ها و ماشین آلات جدید به حد قابل قبولی از کیفیت و اقتصاد رسیده است این روش که از ابتدای ابداع شاتکریت مرسوم بوده است با توجه به دستگاههای اجرایی کوچک و عدم نیاز به تراک میکسر و ماشینهای حمل بتن انتظار میرود در آینده نیز نقش اساسی را در تحکیمات حفاریها به عهده داشته باشد در این روش انتقال مصالح و نگهداری مصالح خشک به صورت طولانی مدت امکانپذیر بوده و امکان پمپ کردن مصالح از محل دستگاه تا ارتفاع ۱۰۰ متر و طول ۳۰۰ متر وجود دارد این فواصل تقریبا ۱۰ برابر فواصل پمپ کردن در روش تر که متعاقبا شرح داده خواهد شد میباشد.
در فرآیند شاتکریت ترکیبی خشک مواد ترکیبی شامل (سیمان ـ مصالح دانه‌ای و سنگی و مواد افزودنی) پمپاژ می‌شوند و به داخل یک مجرای حامل در حالت خشک و اب نیز درست در قسمت دهانک نازل قبل از پرتاب شدن روی سطح مهیا شده مخلوط می‌گردد و اضافه می‌شود.
۲-۱-۱- اشکالات روش خشک:
یکی از مشکلات روش خشک فرسایش بوش ها ، واشرهای لاستیکی و قطعات تحت اصطکاک میباشد. مسئله دیگر تولید گرد و غبار زیاد است که با توجه به فضاهای بسته زیرزمینی مشکلات زیادی را در بر دارد برای مقابله با گرد و غبار با افزایش فشار آب تا ۸۰ بار به نتایج مناسبی دست یافته اند که تامین این فشار هزینه زیادی را در بر خواهد داشت یکی دیگر از مشکلات روش خشک پس ریز زیاد مصالح در حدود ۱۵ تا ۳۵ درصد است .
۲-۲- شاتکریت تر:
در این روش ابتدا مصالح شاتکریت و آب به وسیله بچینگ مخلوط شده و توسط تراک میکسر به محل اجراء منتقل میشود و توسط پمپهای مخصوص روش تر روی سطح حفاری شده پاشیده میشود.مخلوط بتن برای روش تر همانند بتن معمولی میباشد بدین ترتیب کنترل کیفیت شاتکریت تر آسانتر میباشد، مخلوط در پمپ پیستونی تخلیه شده و با فشار وارد لوله های انتقال میشود در افشانه هوای فشرده با نرخ ۷ تا ۱۵ متر مکعب در دقیقه و با فشار ۷ بار اضافه میشود هوای فشرده باعث افزایش سرعت بتن شده و بتن را خوب به سطح می چسباند عدم استفاده از هوای فشرده مناسب باعث کاهش مقاومت شاتکریت و افزایش پس ریز میگردد.
در فرآیند شاتکریت ترکیبی مرطوب همه مواد ترکیبی به همراه آب قبل از پرتاب شدن آمیخته و مخلوط می‌شود، شاتکریت مرطوب نسبت به شاتکریت خشک برتری دارد اما شاتکریت خشک نیز در هنوز برای مقیاس‌های کوچک استفاده می‌شود. در استخراج معدن برای مثال و تعدادی از ترکیبات الیاف تقویتی فولادی بیش تنیده گسترش یافته است.
امروزه در بسیاری ازکشورها و پروژه های بزرگ دنیا از شاتکریت به روش تر استفاده میشوداین روش ابتدا توسط نروژی ها به کار گرفته شده و از اواخر دهه ۷۰ با استفاده ار افزودنیها در شاتکریت ،جهان شاهد رشد شدید استفاده از تکنولوژی شاتکریت تر بود.
نرم میانگین اجرای شاتکریت به روش تر حدود ۳۰ تا ۴۰ متر مکعب در ساعت میباشد که در مقایسه با روش خشک این میزان حدود ۴ تا ۵ برابر میباشد تولید گرد و غبار بسیار کم مزیت دیگر روش تر میباشد با کنترل نسبت آب به سیمان و مواد افزودنی ، مقاومت فشاری اندازه گیری شده شاتکریت تا ۱۰۰ مگاپاسکال افزایش یافته است.
۲-۳- مقایسه روش تر و روش خشک :
با دقت مناسب پس ریز روش تر در حدود ۵ تا ۱۰ درصد میباشد که در مقایسه با روش خشک ( ۱۵ تا ۳۵درصد) کاهش قابل ملاحظه ای دارد.
استفاده از شاتکریت الیافی در روش تر میسر میباشد.
ایجاد گرد و غبار بسیار کم در روش تر
امکان اجراء شاتکریت تر در لایه های ضخیم وجود دارد.
مقدار آب مخلوط براحتی قابل کنترل است.
دستیابی یه مقاوتهای فشاری بالا امکان پذیر میباشد.
ظرفیت تولید و اجرا در روش تر بیشتر و در نتیجه هزینه اجراء کمتر میباشد.
فاصله حمل مصالح و زمان نگهداری مصالح در روش تر کوتاهتر میباشد.
مصالح در روش تر میبایست کیفیت بهتری نسبت به روش خشک داشته باشند.
تمیز کردن لوله ها و دستگاه شاتکریت در روش تر سخت و پرهزینه است.
امکان تنظیم آب در مواجهه با شرایط طبیعی زمین حفاری شده در روش تر وجود ندارد.
دستگاهها و وسایل مورد نیاز در روش خشک کوچکتر و ارزانتر از روش تر میباشد .

روش اجرای صحیح شاتکریت:
استقرار شاتکریت
چگونگی و کیفیت قرارگیری شاتکریت روی سطح کار، همانطور که در بالا بحث شد، بستگی به مصالح استفاده شده در شاتکریت و به طرح اختلاط شاتریک دارد، البته این امر بستگی شدید به روش پاشیدن نیز دارد. بویژه، مهارت مامور بتن پاشی در آماده‌سازی سطح کار، کنترل سرعت بتن پاشی و ضخامت آن، و در حالت اختلاط خشک، نسبت آب ب سیمان تأثیر مهم و اساسی در کیفیت نهائی کار دارد.
آماده سازی سطحی که باید شاتکریت شود از قسمت‌های اساسی کار است، ترازسازی موثر سطح کار به گونه‌ای که قبلاً بحث شد، از نظر فراهم سازی ایمنی مجریان شاتکریت و نیز کاهش احتمال طبله کردن بتن بعلت پاشیدن آن در قسمت‌های سست، از اهمیت زیادی برخوردار است. روشن است که اگر سنگ خیلی ضعیف باشد، ترازسازی ممکن است امکان‌پذیر نباشد و بتن پاشی باید پس از نمایان شدن جبهه و سطح کار هرچه سریعتر اجرا شود تا موجب حفاظت و تقویت سازه گردد. در اینگونه موارد، لایه دیگری از شاتکریت که با توری جوش شده مسلح گردد ممکن است موردنیاز باشد تا موجب تکمیل بازسازی و تقویت سطح سنگ گردد.
سطح کاری که قرار است شاتکریت شود باید عاری از هرگونه مواد خارجی یا مواد لق چسبنده به سطح باشد، تا یکپارچگی و چسبندگی کامل بدست آید. گرد و غبار حاصل از آتشکاری و خاک و مواد نرم حاصل از درزها باید بوسیله آب از سطح شسته شود و این امر به راحتی با استفاده از سیلنگ آب تحت فشار عملی است. آب پاشی سطح را می‌توان با دستگاه بتن پاشی که با فشار معمول برای بتن پاشی (Mpa 4/0 ـ ۳/۰ یا lb/m2 60 ـ ۴۵) تنظیم شده است، انجام داد، آب را باید به اندازه کافی در دستگاه وارد نمود تا کلیه مواد زائد و لق جدا شوند. دهانه لوله پخش (nozzlc) باید حدوداً از فاصله یک تا دو متری از سینه کار قرار گیرد.
آماده‌سازی سطوح خیلی صاف و آیینه‌ای به آسانی از طریق جت آب عملی نیست و گاهی استفاده از ماسه‌پاشی (Sandblasting) برای زبر کردن و بهبود سطح کار لازم خواهد بود. برای ماسه‌پاشی از دستگاه معمول بتن‌پاش برای شاتکریت با اختلاط خشک استفاده می‌شود، با این تفاوت که نازل بتن‌پاشی با نازل مناسب ماسه‌پاشی تعویض می‌گردد. از آنجاییکه این عملیات از لحاظ صرف وقت و تأمین مصالح گران تمام می‌شود، صرفاً باید در شرایط خاص و بحرانی و پس از اینکه جت آب موثر واقع نشد، مورد استفاده قرار گیرد.
همینکه سطحی که قرار است شاتکریت شود کاملاً تمیز شد، عملیات بتن‌پاشی را می‌توان شروع کرد. مأمور بتن‌پاشی فشار مناسب برای دستگاه انتخاب می‌کند و مأمور مصالح، سرعت تغذیه مصالح را به دستگاه به نحوی که با فشار دستگاه هماهنگ باشد تنظیم می‌نماید. چنانچه سرعت تغذیه مصالح کم باشد جریان بتن پاشی یکنواخت و پیوسته نبوده و بصورت منقطع انجام خواهد شد. همچنین اگر سرعت تغذیه زیاد باشد موجب گیر کردن دستگاه و قطع بتن‌پاشی خواهد شد. روشن است که وضع ضابطه‌ای عمومی برای این مرحله از عمل بتن‌پاشی خیلی مشکل است. زیرا، این قسمت از کار به مشخصات دستگاه بتن‌پاشی و میزان مهارت و درجه هماهنگی بین مسئولین بتن‌پاشی و تغذیه مصالح دارد.
فاصله بهینه و مناسب بیتن لوله بتن‌پاش (نازل nozzle) و سطح کار حدوداً یک متر است. مقدار ریخت و پاش ، شدیداً تحت تأثیر این فاصله است.
مقدار ریخت و پاش به زاویه لوله پخش نسبت به افق نیز بستگی دارد.
هنگام بتن‌پاشی، چه از طریق دستی و چه از طریق ربات و دستگاه خودکار، باید لوله بتن‌پاش در مسیر مشخص بحرکت درآید. اگر این عمل درست انجام نشود، بتن‌پاشی بصورت یکنواخت و با ضخامت یکسان انجام نخواهد شد. وقتی که از نازل دستی استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود که بتن‌پاشی در امتداد حلقه‌های دایره‌ای یا بیضی شکلی که رویهم را می‌پوشانند انجام پذیرد.
هنگامیکه بتن‌پاشی روی توری‌های جوش شده انجام می‌شود، باید دقت کرد که در پشت سیم‌ها حفره خالی تشکیل نگردد، یک روش برای غلبه بر این کار نزدیک‌تر کردن لوله پخش به سطح کار می‌باشد. روش دیگر که خصوصاً وقتی از دستگاه خودکار (ربات) برای بتن‌پاشی استفاده می‌شود موفقیت‌آمیز است، تغییر زاویه لوله پخش نسبت به سطح کار است. این امر از تشکیل حباب بعلت رانده شدن بتن به پشت سیم‌ها جلوگیری می‌کند.
ضخامت لایه شاتکریت عموماً توسط حجم مصالح مصرف شده و با اضافه کردن ضریب مربوط به ریخت و پاش تعیین می‌گردد. وقتی که بتن‌پاشی روی سطوح خیلی نامنظم انجام می‌شود، تقریباً غیر ممکن است که به یک ضخامت یکنواخت دست یافت و ممکن است لازم باشد شاتکریت بیشتری از آنچه طرح و محاسبه شده مصرف کرد تا مطمئن گردید که تمام سطح سنگ پوشیده شده است. وقتی که تور سیمی جوش شده به سطح سنگ اضافه می‌شود، می‌توان از آن بعنوان شاخص و وسیله اندازه‌گیری ضخامت شاتکریت استفاده کرد.
همچنین اگر از سنگ دوز در سیستم حائل سازه استفاده شده است می‌توان انتهای میله‌های سنگ‌دوز را روی سطح کار باقی گذاشت تا از آنها بعنوان شاخص اندازه‌گیری ضخامت شاتکریت استفاده کرد.
پاره‌ای از طراحان تأکید می‌کنند که باید میخ‌های کوتاه فولادی با طول موردنیاز در فواصل مختلف به سطح سنگ متصل گردد تا توسط آنها ضخامت شاتکریت را اندازه گرفت. این کار در عمل، بعلت گرانی اجرای آن و نیز خطراتی که از نصب میخ‌ها قبل از اجرای شاتکریت ممکن است حادث شود، بندرت انجام می‌شود.
در اجرای شاتکریت موارد ذیل میبایست مورد توجه قرار گیرد:
قبل ازاجرای شاتکریت برداشت زمین شناسی و مقایسه با زمین شناسی طرح میبایست انجام گیرد تا در صورت تغییر در ساختار زمین ، اصلاحات لازم روی ترکیب نگهداری اعمال گردد.
سطح سنگ میبایست قبل از اجرای شاتکریت لق گیری و از آلودگیها تمیز شود در مواردی که آب برای ساختار زمین مشکل آفرین نباشد شستشوی سطح حفاری با آب توصیه میشود این عمل علاوه بر تمیز نمودن سطح باعث جلوگیری از جذب آب شاتکریت توسط سنگ و درنتیجه تغییر نسبت آب به سیمان میشود.
اجرای شاتکریت از پائین ترین نقطه شروع و به بالاترین نقطه ختم میگردد این عمل برای جلوگیری از احتمال ترکیب شاتکریت با پس ریز توصیه میشود.
نازل همواره میبایست عمود بر سطح باشد در زوایای غیر عمودی علاوه بر پس ریز بیشتر ، بتن با دانسیته کمتر و کیفیت ضعیف تری حاصل خواهد شد.
نقش شاتکریت در پایدار سازی سنگ:
بتنی که با سرعت بین ۲۰ تا ۱۰۰ متر بر ثانیه (بستگی به روش و نوع دستگاهها)روی سطح پاشیده میشود داخل ترکها و درزه ها را پرکرده و با مقاومت حدود سه مگاپاسکال به سطح سنگ می چسبد این بتن علاوه بر افزایش مقاومت توده سنگ ، تشکیل یک آرک بتنی مقاوم و نسبتا باربر را میدهدکه میتواند در مقال بارهای ناشی از ریزش موضعی سنگ جلوگیری نماید.تجارب نشان داده است حتی یک لایه شاتکریت به ضخامت سه سانتیمتر اثرات بسیاری بر روی مقاومت جداره ها بر جای میگذارد که در اثر عملکرد هماهنگ سنگ و شاتکریت میباشد با اینهمه هنوز تمام ابعاد فرآیند اثر شاتکریت بر سنگ به درستی شناخته نشده و موضوع تحقیق و بررسی محققین میباشد.
اجزاء تشکیل دهنده شاتکریت:
• سنگدانه:
سنگدانه های مصرفی در شاتکریت میبایست بر اساس استانداردهای جهانی (معمولا ASTM ) دارای کیفیت مناسب و از نظر دانه بندی در رده بندی تعیین شده باشد تا هدفهای مورد نظر یعنی تراکم مناسب ، جرم مخصوص ، نفوذ ناپذیری و مقاومت فشاری لازم را تامین نماید همچنین دانه بندی پارامتر موثر در تعیین میزان پس ریز میباشد.
در جدول ذیل ترکیب عمومی تر دانه بندی مصالح سنگی مشاهده میشود .

ابعاد سرندها طبق استاندارد آمریکا درصد وزنی عبوری ذرات
۴/۳ اینچ (۱۹ میلیمتر) ۱۰۰
۲/۱ اینچ ( ۱۲٫۵ میلیمتر) ۷۵ – ۹۵
۸/۳ اینچ (۹٫۵ میلیمتر) ۶۵ – ۸۷
سرند شماره ۴ (۷۵/۴ میلیمتر) ۵۰ – ۷۰
سرند شماره ۸ (۳۶/۲ میلیمتر) ۳۵ – ۵۵
سرند شماره ۱۶ (۱۸/۱ میلیمتر) ۲۰ – ۴۰
سرند شماره ۳۰ (۶۰/۰ میلیمتر) ۱۰ – ۳۰
سرند شماره ۵۰ (۳۰ /۰ میلیمتر) ۵ – ۲۰
سرند شماره ۱۰۰( ۱۵/۰ میلیمتر ) ۲ – ۱۰
سرند شماره ۲۰۰ (۰۷۵/۰ میلیمتر) ۰ –۶

توصیه میشود که حداکثر قطر دانه های سنگی نباید از ۳/۱ قطر لوله ها و شیلنگهای انتقال در باریکترین قسمتها تجاوز کند.
اگر چه مصالح شکسته که عموما دارای ابعاد مناسبتر و گوشه های تیزتری میباشد موجب چسبندگی و تراکم بهتر است اما مصالح طبیعی به علت گردگوشه بودن قابلیت پمپاژ بهتری داشته و فرسایش قطعات و دستگاهها کاهش می یابد.
• سیمان:
برای ساختن شاتکریت میتوان از انواع مختلف سیمان استفاده نمود اما نوع سیمان باید به گونه ای انتخاب گردد که با شرایط محیط و اهداف تحکیم سازگار باشد.
آب:
آبی که برای ساختن شاتکریت مورد استفاده قرار میگیرد میبایست استانداردها و مشخصات آب آشامیدنی را دارا باشد .
نسبت آب به سیمان نیز در مقاومت شاتکریت همانند بتن نقش بسیار مهمی را به عهده دارد نسبت بهینه در شاتکریت خشک بین ۳/ تا ۵/ و در شاتکریت تر بین ۴/ تا ۶/ توصیه شده است.

• زودگیر کننده ها:
استفا ده از زودگیر کننده ها به منظور بالابردن مقاومت اولیه شاتکریت جهت پایداری ساختارهای سسست زمین و حفاظت از کارگران و حتی کاهش پس ریز شاتکریت رایج گردید .
از جمله زودگیرکننده های متداول در شاتکریت کلرید کلسیم ، کربنات سدیم ، آلومینات سدیم و هیدروکسید کلسیم میباشد که بر اساس توصیه های شرکت سازنده معمولا ۲ تا ۶ درصد وزن سیمان مصرفی میباشد بدیهی است که با توجه به اثر منفی زودگیر کننده ها بر مقاومت دراز مدت شاتکریت ، استفاده کمتر و محدود این نوع مواد توصیه میشود.
از دیگر موارد استفاده از زودگیر کننده در تونلهای در معرض نفوذ آب میباشد به عنوان مثال در تونل زهکشی شهر مکزیکو سیتی هنگامی که جریان اب حدود ۳۴۰۰ لیتر در دقیقه از جداره ها وارد تونل میشدبا استفاده از شاتکریت و مقدار مناسب زودگیر کننده و نصب لوله های زهکش در داخل شاتکریت مشکل به طور کامل حل شد.
از خواص مثبت زود گیر کننده ها میتوان به امکان اجرای شاتکریت در ضخامتهای بالاتر در یک مرحله اشاره کرد.
به هر حال باتوجه به امکان ناسازگاری این نوع افزودنی با بعضی از انواع سیمان ، توصیه میشود قبل از استفاده اجرایی ، حتما نمونه های آزمایشگاهی تهیه و مورد آزمایش قرار گیرند.
بررسی ها نشان داده است که با استفاده از زودگیر کننده ها ، گیرش اولیه سیمان پس از ۳ دقیقه و گیرش نهایی پس از ۱۲ دقیقه حاصل شده است که این مدت زمان میتواند در مواقع حساس بسییار کارساز باشد.