افزودنی های بتن شاتکریت و انواع

بتن ساخته شده با فشار باد که حاوی اندازه حداکثر سنگدانه mm10 می باشد، معمولا به نام شاتکریت شناخته می شود. این فرآیند به طور خاص برای کار بازیابی که مستلزم جایگزین کردن بتنی است که از دست رفته یا دچار نقصان شده مناسب می باشد. این کار برای جلوگیری از آسیب های آینده که با افزوده شدن یک لایه بتن به وجود می آید مناسب است (شکل 20-6). به دلیل آنکه از نسبت های کم آب به سیمان استفاده می شود، ویژگی «بدون اسلامپ» می تواند در لایه هایی با ضخامت محدود روی سطوح عمودی و بالاسری جای دهی شود. امتیازات شاتکریت شامل سادگی بتن ریزی، پیوند عالی و جمع شدگی نسبتا پایین می باشد. یکی از محدودیت های این فرآیند آن است که مستلزم کارگران آموزش دیده می باشد و کنترل آن بسیار سخت می باشد. از همین رو کیفیت کار وابسته به مهارت کارگران استخدام شده دارد. از این روش در بسیاری از کارکردها می تواند استفاده شود. به جز در حوزه هایی که از استفاده آرماتورهای متراکم استفاده می شود، این مواد کاربرد گسترده ای دیگر نیز دارند.

جدول 6-15 داده های آزمایش زمینی

شکل 6-20 کاربرد شاتکریتها

شاتکریت را می توان توسط یک فرآیند «اختلاط خشک» یا «اختلاط خیس» اعمال نمود. فرآیند اختلاط خشک مستلزم پیش اختلاط سیمان و ماسه، با انتقال از طریق یک لوله در یک جریان هوای فشرده است. آب در انتهای لوله تزریق یم شود و با ماده چنان مخلوط می شود که گویی با سرعت زیاد موجود است؛ میزان آب موجود برای هیدراتاسیون مناسب محدود می گردد. در فرآیند خیس (wet process)، یک نسبت از پیش تعیین شده سیمان، آب و سنگدانه با هم ترکیب می شود و به پمپ انتقال می یابد. بتن در راستای یک لوله منعطف به سمت نازل تخلیه با سرعت زیاد روی سطحی که باید پوشش داده شود، تخلیه می گردد. یک افزودنی تندگیر همچون سدیم آلومینات یا متاسیلیکات محلول معمولا به نازل اضافه شده تا ساخت لایه های ضخیم را ممکن سازند. در صفحات بعد کاربرد افزودنی هایی که تسریع کننده های هیدراتاسیون سیمان هستند و در مورد فوم سیلیکا جامد واکنش دهند هیدرولیکی، توضیح داده می شود.

انواع افزودنی ها و مود فعال

بسیاری از افزودنی ها و اضافه شونده ها برای تسریع در رشد مقاومت، به هم چسبیدگی، پیوند، مقاومت ذوب انجماد و ساییدگی استفاده می شود. مطالعات کالری سنجی نشان می دهد که تاثیر اصلی آنها بر مقاومت اولیه به واسطه فعالیت بخشی از C3A سیمان می باشد. واکنش C3A در حضور این افزودنی ها تشدید می شود و یک قله تیز در سنین اولیه رخ می دهد.

مطابقت افزودین های استفاده شده در فرآیند شاتکریت مرطوب یا خشک با مشخصه های زیر الزامی هستند:

1. گیرش اولیه و نهایی باید به ترتیب در 3 و 12 دقیقه رخ دهند.
2. افزودنی باید دارای قابلیت تشکیل ضخامت لایه حداکثر را با افزایش چسبندگی اختلاط و در نتیجه افزایش مقاومت مقابل جدا شدن را داشته باشد.
3. باید افت مواد را با ارجاع به حال اول کاهش دهد.
4. باید سرعت رشد مقاومت را افزایش دهد، بنابراین مقادیر مقاومت به ترتیب 7MPa- 5/3 (Psi 1000-500) به سرعت حاصل می شود.
5. نباید مقاومت نهایی آن (28 روزه) کمتر از %30 اختلاط غیر تسریع شده باشد.
   

هزینه، مقاومت نهایی کمتر و خطرات امنیتی اغلب به عنوان دلایل محدودیت کاربرد افزودنی های تسریع کننده شاتکریت شناخته می شوند. با این وجود، هنگامی که ویژگی های گیرش سریع برای ساخت سریع لایه ها و همچنین توسعه مقاومت اولیه برای حمایت فوری و برای مسدود کردن نشت آب حیاتی باشد، کاربرد یک تسریع کننده اجتناب ناپذیر است. در نتیجه، تسریع کننده ها عموما برای همه کارهای موقعیت بالاسر، روی برخی دیوارهای عمودی و در محل هایی که آب زیرزمینی جریان دارد استفاده می شود. کاربرد آنها در شاتکریت از خیز برداشتن و جدایش شاتکریت ممانعت کرده و ارجاع به حال نخستین ماده را کاهش می دهد.

شاتکریت بتن

معمولا مواد استفاده شده قلیایی های قوی و معدنی هستند. مواد اختصاصی معمولا متشکل از نسبت های مختلف این اجزاء هستند و در بازار هم به صورت مایع یا پودر عرضه می شود. در برخی افزودنی ها، مواد منحصر به فردی همچون سدیم آلومینات به عنوان جزء فعال با عوامل خیس شدگی، افزودنی های ضخیم کننده، و عوامل تثبیت کننده ترکیب می شود تا اصلاحات مطلوب دیگر حاصل شود. اجزاء اصلی تسریع کننده می تواند متشکل از سدیم آلومینات، سدیم و پتاسیم هیدروکسید، یا کربنات ها، تری اتانولامین، سولفات فریک و سدیم فلورید باشد. نمک های سدیم اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک همچون گلوکنات ها و تارترات ها می تواند به نوان عوامل خیس کننده استفاده گردد. ترکیبات پلی هیدروکسی برای تثبیت محلول های سدیم آلومینات استفاده می شود. هم اکنون مواد با سوزآوری پایین، که پتانسیل آسیب طی اعمال را کاهش می دهد به بازار عرضه شده است. این ترکیبات به لحاظ مبادلاتی به صورت محرمانه محسوب می شوند و در نتیجه اطلاعات منتشر شده کمی از آنها موجود است. موادی که هم اکنون استفاده می شوند عبارتند از:

کربنات ها و هیدروکسیدهای قلیایی فلزهای زمینی

این افزودنی ها به صورت انحصاری در فرآیند اختلاط خشک استفاده یم شوند. پیمانه نرمال آنها در محدوده %6-2 وزن سیمان می باشد. این افزودنی ها عمدتا هیدراتاسیون C3S را تسریع می کنند و واکنش پذیری آنها به شدت تحت تاثیر ترکیب سیمان و نرمی آن، حضور افزودنی های معدنی و دمای محیطی می باشد. یک خصوصیت بارز این سریع کننده کاهش چشمگیر در مقاومت نهایی است. در قیاس با بتن ساده، مقاومت 28 روزه می تواند به اندازه قابل توجهی کاهش یابد (مقادیر متداول %40-30) و حتی مقادیر کاهش تا %5 در موارد خاصی به ثبت رسیده است.

سیلیکات های قلیایی (شیشه آب) (glass water)

تسریع کننده ها با پایه سدیم و پتاسیم سیلیکات عمدتا در شاتکریت با اختلاط مرطوب استفاده می شود. آنها در مخلوط به فرم مایه افزوده می شوند و معمولا در پیمانه های بالا استفاده می شوند (%10> وزن سیمان). از جمله مزایای این افزودنی عبارت است از اینکه اولا با همه تیپ های سیمان سازگار است و ثانیا کاهش در مقاومت نهایی کمتر از تسریع کننده های با مبنای آلومیناتی می باشد.
کاربرد افزودنی با پایه سدیم سیلیکاتی در ژاپن و استرالیا به دلایل زیر محدود شده است:
- مقاومت فشاری تا %60-40 در قیاس با بتن بدون افزودنی کاهش می یابد.
- کاهش در مدول E به همراه زمان.
- کاهش در ویژگی های ضدآبی به واسطه استخراج آهک وقتی که بتن در معرض رطوبت پیوسته قرار بگیرد.
- ویسکوزیته بالا در دمای پایین که مستلزم حرارت دهی به ماده است.
استفاده از سدیم سیلیکات تنها در صورتی مجاز بوده که مقاومت مشخصی قابل دست یابی باشد (از طریق اختلاط های ازمایشی در آزمایشگاه).

سدیم و پتاسیم آلومینات ها

این افزودنی ها که به فرم مایع در پیمانه های مصرفی از 2.5 تا %5.5 استفاده یم شود، پرکاربردترین مواد مورد استفاده برای شاتکریت در اختلاط خشک و خیس می باشد. با این وجود بازدهی آنها با ترکیب سیمان تحت تاثیر قرار می  گیرد، نرمی و حضور افزودنی های معدنی از آنچه که در افزودنی های با پایه کربناتی دیده می شود کمتر است. علیرغم اینکه این افزودنی ها ایجاد کاهش مقاومت 25-20 درصدی در روز بعد در مقایسه با شاتکریت ساده می کند. تسریع کننده های با پایه پتاسیم آلومینات عموما بهتر از مواد با پایه سدیم عمل می کنند. با این وجود مورد اول پرهزینه تر است. از جمله ویژگی اصلی آنها ارتقاء سریع گیرش می باشد.
افزودین های با پایه آلومینات بدون شک بهترین اختلاط خیس شاتکریت را فراهم آورده و امکان ایجاد آسترهای ضخیم در کارهای بالا سری را مهیا می سازد. محتویات با قلیایی بالا، خطر ایجاد شده برای سلامتی حاصل از ان اصلی ترین محدودیت در سر راه کاربرد گسترده تر آنها می باشد.

پربازدیدترین مطالب ما را دنبال کنید!
ژل میکروسیلیس چیست
نسبت آب به سیمان چه ارتباطی با مقاومت بتن دارد؟
روان کننده بتن چیست

تسریع کننده های پودر غیر قلیایی

کاربرد این مواد در اوایل دهه 1990 آغاز شد. عموما این افزودنی ها با پایه کلسیم آلومیناتی هستند و در پیمانه های مصرفی 6 تا 12 درصد استفاده می شود. عملکرد شیمیایی این مواد از آنچه که در افزودنی های با پایه قلیایی مشاهده شده متفاوت است. تسریع گیرش با واکنش تسریع کننده به همراه آب تامین می شود، بدون آنکه دخالت مستقیمی در هیدراتاسیون سیمان باشد. پیمانه های مصرفی فراتر از %7 برای فراهم آوردن مقاوما اولیه، به خصوص برای کار بالا سری لازم می باشد. اگر چه کاربرد آنها به کاهش مقاومت در قیاس با شاتکریت ساده منجر می شود، این کاهش کمتر از آن مقداری است که برای آلومینات های با پایه قلیایی مشاهده می شود. یکی از موارد عدم مزیت در کاربرد تسریع کننده های پودر غیر قلیایی آسیب پذیری آنها نسبت به رطوبت بوده که نصب یک خشک کننده با ابزار کنترل پیمانه مصرفی را الزامی می سازد.
دیگر تسریع کننده های عاری از قلیایی مورد استفاده شامل آلومینیوم هیدروکسید یا ترکیبی از این ماده با آلومینیوم سولفات می باشد. آنها مقاومت اولیه را حتی در مقادیر کم (%4) ارتقاء می دهند و هیچ کاهشی در مقاومت های بعدی تا %8 به وجود نمی آید. با این وجود، افت محسوس در مقادیر بیش از %10 مشاهده شده است. علیرغم این مزیت ها، تمایل چندانی برای کاربرد تسریع کننده های غیر کلریدی به فرم پودر وجود ندارد. دلیل این امر تطبیق های ویژه لازم برای تجهیزات در دسترس و ارجاع بیشتر به حالت اولیه به اندازه 15-10 درصد در قیاس با مواد قلیایی می باشد.

تسریع کننده های مایع غیر قلیایی

تسریع کننده های مایع غیر قلیایی در بازار بین المللی نسبتا جدید می باشد، در نتیجه در مراجع و کتاب ها پیرامون کاربرد آنها هنوز هم به ندرت نکاتی وجود دارد. تصور بر این بود که این تسریع کننده ها برخی مشکلات تسریع کننده های سنتی همچون قلیایی های سوزآور، شرایط زیان بار در کارهای زیرزمینی، ریسک واکنش با سنگدانه های قلیایی، ریسک کار کردن تسریع کننده های سنتی با سطح PH خیلی بالا و کاهش مقاومت در سنین ثانویه را که از کاربرد تسریع کننده های قلیایی ناشی می شود، بتوانند حل نماید.
ترکیب شیمیایی این تسریع کننده ها، نه در مراجع و کتب مرتبط توصیف شده است و نه توسط تولید کننده های آنها افشاء شده است. این ترکیب ها دارای PH بین 3 تا 5/5 بوده و میزان قلیایی موجود آنها کمتر از %3/0 است و در مقادیری بین 3 تا 10 درصد وزن سیمان می باشد. هنگامی که به قدر کافی از این ترکیبات استفاده شود، آنها آسترهای ساخته شده بالاسری تا ضخامت mm300 را ممکن می سازند. یکی از ویژگی مهم این تسریع کننده ها آن است که مقاومت های در سنین ثانویه کاسته نمی شود. برای مثال، در ساخت تونل های آزاد راه جنوبی به فلوریان پلیس در برزیل، آزمایش های مقایسه ای با یک تسریع کننده مایع عاری از قلیا و تسریع کننده با پایه سدیم آلومینات انجام شد.

جدول 6-16 مقاومت شاتکریت در سنین گوناگون

شکل 6-21 مقایسه میان عملکرد شاتکریت عاری از قلیا و تسریع کننده های با پایه سدیم آلومینات

تسریع کننده با پایه آلومیناتی به میزان %4 اضافه شد، حال آنکه مقادیر 4 و %6 تسریع کننده عاری از قلیا هم اضافه شد، نتایج به دست آمده در جدول 6-16 و شکل 6-21 حاصل شد.
داده های موجود در جدول 6-16 نشان می دهد که تسریع کننده با پایه آلومیناتی در سنین اولیه عملکرد بهتری از تسریع کننده عاری از قلیا را دارد. با این وجود، زمانی که پیمانه مصرفی تسریع کننده عاری از قلیا %4 باشد، عملکرد مقاومتی در سنین اولیه نارضایت بخش خواهد بود (Mpa 7/4 h:8 Mpa;8/11h:24) Mpa ; : 7 روز ; 2/21 Mpa : 28 روز. از این گذشته، شاتکریت با تسریع کننده با مبنای آلومیناتی و یا حتی شاتکریت ساده از خود نشان می دهد. دیگر تولید کنندگان نیز در بررسی های میدانی خود با این نوع تسریع کننده به نتایج مشابهی دست سافته اند. مطالعات بر روی ریزساختارهای شاتکریتی انجام شده از این نوع تسریع کننده، هیچگونه تغییری در ساختار شناسی فرآورده های هیدراتاسیون سیمان نشان نمی دهد. هزینه بالای این مواد مانعی بر سر راه کاربرد بیشتر آنها شده است.

فوم سیلیکا

فوم سیلیکا به عنوان یک عامل القاء کننده چسبندگی برای بهبود به هم چسبندگی و خیز و مقاومت آب شستگی استفاده می شود. ترکیب شدن فوم سیلیکا در شاتکریت بتن با اختلاط خشک منافع فوق العاده دیگری را برای خصوصیات شاتکریت شکل پذیر و سخت شده فراهم کرده و گستره سنگدانه های کاربردی در این اختلاط را وسیع تر می نماید. شاتکریت فوم سیلیکا در اختلاط خشک، در بسیاری موارد برای حفاظت از بازشوهای زیرزمینین در معادن و برای حفاظت اولیه و نهایی آستری ها در تونل های راه های ریلی استفاده می شود.