بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها چه کاربردی دارد

هر آنچه که باید درباره کاربرد بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها بدانید

گسترش فزاینده واپاشی بتن در سازه ها به شوند (دلیل) شرایط محیطی و بهره برداری نادرست از سازه ها از یک سو و نیاز به بهبود سطح بهره برداری و افزایش عمر مفید سازه از سوی دیگر، گسترش روز افزون تعمیر و مقاوم سازی سازه های موجود را در پی داشته است. در این راستا، نیاز به بهره گیری از روش های کارآمد برای تعمیر و مقاوم سازی سازه های بتنی شتاب فزاینده ای پیدا کرده است.
بتن پاشی روشی است که در آن بتن یا ملات با فشار هوا به سطح روبرو پرتاب می شود. سودمندی های این روش مانند بی نیازی به قالب بندی، بی نیازی به متراکم کردن، دستیابی به مقاومت های زودرس، اجرای بالای سر، امکان به کارگیری لایه پیوند زا، و سرعت اجزایی زیاد از جمله عواملی هستند که کارآمد بودن این روش را برای تعمیر سازه های بتنی و مقاوم سازی سازه ها، به ویژه سازه های بتنی، نمایان می کنند.
آشکار است که هر پروژه بهسازی شرایط ویژه خود را دارد و روش به کار گرفته شده برای آن بستگی به شرایط و ویژگی های همان پروژه دارد. بنابراین سودمندی و کارآمد بودن روش بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه های بتنی در پروژه های گوناگون به یک اندازه نیست و فراخور شرایط پروژه سنجیده می شود.
گو اینکه چنین انگاشته می شود که سازه های بتن مسلحی که به خوبی طراحی و اجرا می شوند در طول عمر مفید خود در برابر خسارت ها و آسیب های ناشی از برای وارده و عوامل محیطی تا حدود زیادی مقاوم و پایا هستند  ولی نباید آنها را به حال خود رها کرد. همواره باید درنظر داشت که هر سازه ای نیازمند نگهداری و بازرسی دقیق دوره ای است.
تعمیر بتن روندی پیچیده با چالش های مختص به خود است. مشکلات و چالش های تعمیر بتن با چالش های موجود در ساخت و سازهای بتن جدید تفاوت دارد. در تعمیر بتن باید ماده تعمیری با بتن موجود کاملاً یکپارچه شود و عملکردی مشترک و ترکیبی داشته باشد تا در هنگام بهره برداری بتواند در برابر بارهای وارده و عوامل محیطی گوناگون مقاومت کند.
به بیان دیگر، سازه بتنی تعمیر شده یک سیستم ترکیبی از مواد و مصالح ترکیبی است که در معرض عوامل محیطی درونی و بیرونی و نیز اندرکنش بین آنها قرار دارد.

این سیستم از نظر سازه ای با سه بخش یا فاز اصلی:

1) بتن موجود،

2) ماده تعمیری،

3) ناحیه انتقال (فصل مشترک) بین آنها نشان داده می شود.

نمایی از یک سیستم تعمیری در شکل 1 نشان داده شده است.

بتن موجود (بستر) باید مقاوم و سالم باشد. آماده سازی شامل برداشتن بتن ناسالم و ذرات سست و زدودن هر عامل کاهنده چسبندگی مانند گرد و غبار و مواد روغنی مهم ترین نقش را در موفقیت عملیات تعمیری دارد. یکپارچگی عملکردی بتن پایه و مواد تعمیری به کمک لایه پیوند زا تامین می شود. ماده تعمیری علاوه بر سازگاری با بتن پایه باید از ضوابط عملکردی مناسبی در زمان و شرایط بهره برداری برخوردار باشد.

بتن پاشی چگونه انجام می شود

بتن پاشی روشی است که در آن بتن یا ملات با کمک فشار هوا با سرعت به سطح روبرو پرتاب و تحت اثر اندازه حرکت، متراکم می شود. بتن پاشی به دو شیوه “خشک” و “تر” اجرا می شود.
در شیوه “خشک” مصالح سنگی با رطوبت حداکثر 6 درصد با سیمان (و الیاف) در بچینگ مخلوط و به پای کار منتقل می شود. مخلوط خشک در دستگاه خشک پاش ریخته و توسط فشار هوا در شیلنگ به جلو رانده می شود. در افشانک (نازل) آب با فشار به مصالح خشک در حال عبور پاشیده می شود و با آن مخلوط 
می شود. مخلوط بتن یا ملات به سطح مقابل پاشیده می شود. زودگیر کننده بتن می تواند به صورت مایع و همراه با آب در افشانک به مخلوط افزوده شود. علاوه بر این، چنانچه رطوبت مصالح کمتر از 4 درصد باشد به صورت پودری در بچینگ یا توسط دستگاه زودگیر زن در هنگام خالی کردن مخلوط به داخل دستگاه خشک پاش به آن افزوده شود. نمایی از شیوه خشک پاشی در شکل 2 نشان داده شده است.

در بتن پاشی به شیوه “تر”، ملات یا بتن آماده توسط سیستمی مکانیکی در داخل شیلنگ به جلو رانده می شود. هوای فشرده به افشانک وارد می شود و ملات یا بتن را با فشار به بیرون پرتاب می کند و به سطح مقابل می پاشد. زودگیر کننده در این شیوه باید از نوع مایع باشد و فقط می تواند در افشانک به مخلوط افزوده شود. نمایی از بتن پاشی به شیوه “تر” در شکل 3 نشان داده شده است.

مقایسه بتن پاشی به شیوه ی “تر” و “خشک”

به دلیل تفاوت در نحوه انتقال مصالح تا نازل و چگونگی افزودن آب و نیز تفاوت عملکردی دستگاه های تر- پاش و خشک – پاش، بتن پاشیده به این دو شیوه با یکدیگر تفاوت دارند.
3-1- کنترل نسبت آب به سیمان 
کیفیت بتن به نسبت آب به سیمان بستگی دارد. در شیوه “خشک” چون بخش اصلی آب اختلاط در نازل و براساس کنترل چشمی افشانک دار و شرایط رطوبتی سنگدانه تعیین می شود، هیچگونه کنترلی نمی توان روی نسبت آب به سیمان طراحی داشت. در شیوه “تر” چون بتن یا ملات ساخته شده پاشیده می شود و نسبت های اختلاط در حین پاشش تغییری نمیکند، کیفیت بتن پاشیده در این شیوه بهتر و یکنواخت تر از شیوه “خشک” است.

3-2- مقدار پس ریز بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها
در اثر ضربه ناشی از براورد بتن پاشیده با سطح روبرو، بخشی از بتن به ویژه دانه های درشت از سطح جدا و پس ریز می شوند. مقدار پس ریز در بتن پاشی به شیوه “خشک” بسیار بیشتر از شیوه “تر” است. مقدار پس ریز در شیوه “خشک” بین 25 تا 50 درصد و در شیوه “تر” بین 5 تا 15 درصد است.
3-3- سرمایه گذاری و نگهداری تجهیزات بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه
مقدار سرمایه گذاری برای خریداری و راه اندازی ماشین آلات و تجهیزات بتن پاشی به شیوه “تر” حدود دو برابر شیوه “خشک” است. هزینه نگهداری و تعمیرات تجهیزات و ماشین آلات در شیوه “تر” نیز حدود 25 درصد بیشتر از شیوه “خشک” است.
3-4- هزینه اجرای بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه
هزینه ی اجرا شامل دو بخش تعداد پرسنل دست اندرکار و سرعت اجرا (یا مقدار پاشش در واحد زمان) 
می شود. به دلیل آن که در شیوه “خشک” مصالح در بالشتی از هوا در شلنگ به جلو رانده می شوند، وزن شلنگ و مصالح کمتر از شیوه “تر” است که در آن کل مقطع شیلنگ با بتن تازه پر شده است. بنابراین کار کردن برای افشانک دار در شیوه “خشک” به دلیل آن که وزن کمتری (وزن افشانک، شیلنگ، و مصالح داخل شیلنگ) را تحمل می کند ساده تر از شیوه “تر” است. از سوی دیگر، مقدار پاشش در واحد زمان یا دبی خروجی بتن برای شیلنگی با قطر مشخص (مثلاً 5/2 اینچ) در شیوه “تر” بسیار بیشتر از شیوه “خشک” است زیرا در شیوه “تر” تمام سطح مقطع شیلنگ برای حمل مصالح مورد استفاده قرار می گیرد در حالی که در شیوه “خشک” حدود 20 درصد سطح مقطع به کار گرفته می شود و بقیه سطح مقطع با هوا پر شده است. مقدار پاشش در شیوه “تر” بین 4 تا 30 متر مکعب در ساعت و در شیوه “خشک” بین
4 تا 8 متر مکعب است. بنابراین هزینه اجرایی در شیوه “خشک” حدود 50/1 برابر شیوه “تر” است.

3-5- سرعت پاشش بتن در تعمیر و تقویت سازه 
به دلیل آنکه مصالح در شیوه “خشک” با فشار هوا در شلنگ به جلو رانده می شود، هیچ کنترلی روی سرعت خروج مصالح از افشانک (سرعت پرتاب) وجود ندارد زیرا کم کردن سرعت هوای خروجی به ته نشینی دانه های درشت در مسیر شیلنگ و انسداد آن می انجامد. در شیوه “تر” به دلیل آنکه رانش مواد در شیلنگ با روشی مکانیکی و مستقل از هوا انجام می شود و هوا در افشانک وارد می شود، می توان با کم یا زیاد کردن فشار هوا سرعت پرتاب و پاشش را تنظیم کرد. بنابراین در شیوه “تر” امکان اجرای اندود (پلاستر) و لکه گیری نیز وجود دارد در حالی که در شیوه “خشک” فقط در احجام زیاد و سطوح گسترده کاربرد دارد.
3-6- همپوشانی فعالیت ها در بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها
در شیوه “خشک” به دلیل آلودگی ناشی از ایجاد گرد و غبار و پس ریز زیاد در حین پاشش، امکان کار کردن همزمان برای دیگر گروه های کاری در پیرامون ناحیه پاشش وجود ندارد. به بیان دیگر در بتن پاشی به شیوه “خشک” در یک محیط کاری، به ویژه در فضای بسته، امکان همپوشانی فعالیت های اجرایی با بتن پاشی وجود ندارد. در بتن پاشی به شیوه “تر” به دلیل پس ریز کمتر و نبود گرد و غبار، سایر گروه های کاری می توانند همزمان با بتن پاشی به کار بپردازند. امکان همپوشانی فعالیت ها، کاهش زمان اجرای پروژه و هزینه های سربار را در پی خواهد داشت.
3-7- شیوه مناسب بتن پاشی برای بهسازی
با توجه به موارد گفته شده و اهمیت کیفیت ماده تعمیری در سازگاری با بتن پایه و عملکرد مناسب در زمان بهره برداری، بتن پاشی به شیوه “تر” به دلیل حفظ کیفیت بتن پاشیده بسیار مناسب تر و کارآمدتر از شیوه “خشک” است.

4- کاربرد بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها
بیشترین کاربرد بتن پاشی در تعمیر سطوح و لکه گیری به ویژه برای سطوح بالای سر است.
4-1- روش های متداول کاربرد بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها
روش متداول تعمیر و لکه گیری سطوح برای خرابی های سطحی (تا عمق حدود 5 سانتی متر) روش اجرای دستی ملات تعمیری در چند لایه است. نمایی از روش اجرای دستی ملات تعمیری در شکل 4 نشان داده شده است.
برای خرابی های عمقی (بیش از 5 سانتی متر) به طور متداول از روش قالب بندی و بتن ریزی استفاده می شود. نمایی از روش قالب بندی و بتن ریزی در شکل 5 نشان داده شده است. در مواردی می توان بتن ریزی را با کمک پمپ (تزریق) انجام داد که در این روش بتن باید ریزدانه باشد. نمایی از پر کردن قالب با استفاده از پمپ بتن باید ریزدانه باشد. نمایی از پر کردن قالب با استفاده از پمپ در شکل 6 نشان داده شده است. روش دیگری که برای این نوع تعمیرات می توان به کار برد، استفاده از روش بتن با سنگدانه پیش آکنده ات که نمایی از این روش در شکل 7 نشان داده شده است.

برای بتن ریزی در تعمیرات عمقی بالای سر، پس از قالب بندی باید از روش تزریق استفاده کرد. نمایی از این روش برای تعمیرات عمقی بالای سر در شکل 8 نشان داده شده است.

4-2- تعمیر سطح با روش بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها
راهکار دیگر تعمیرات سطحی کم عمق یا عمیق استفاده از روش بتن پاشی است. از سودمندی های بتن پاشی آن است که در این روش نیازی به قالب بندی و متراکم کردن (ویبره زدن) بتن نیست و امکان اجرای لایه پیوندزا بین بتن قدیم و بتن پاشیدنی به آسانی وجود دارد.
نمونه هایی از کاربرد بتن پاشی برای تعمیر سطوح عمودی و بالای سر در شکل های 9 و 10 نشان داده شده است.

4-3- مقایسه روش های متداول تعمیر سطح با روش بتن پاشی
هر یک از روش های تعمیر سطوح بتنی، چه روش های متداول و چه روش بتن پاشی با توجه به مشخصات فنی، شرایط اجرایی و ملاحظات اقتصادی ممکن است در یک پروژه خاص کارآمدتر از بقیه روش ها باشند. بنابراین انتخاب روش مورد استفاده به عوامل متعددی بستگی دارد. سودمندی ها و کاستی های روش های متداول تعمیرات سطحی و عمقی با روش بتن پاشی به شیوه “تر” در جدول شماره 1 آورده شده است.
5- کاربرد بتن پاشی در تقویت سازه ها
یکی از روش های تقویت اعضای سازه ای افزودن عضو بتنی جدید به عضو قدیمی است که نمونه بارز آن استفاده از ژاکت بتنی است. در این روش غلافی بتنی در پیرامون عضو ایجاد می شود و عملکردی یکپارچه با عضو داشته باشد (مقطع مرکب) و یا عملکردی مستقل از عضو داشته باشد که در این حالت، عضو مانند قالب درونی برای اجرا به شمار می آید. روش های اجرای ژاکت بتنی به دو دسته روش های متداول قالب بندی و بتن ریزی و روش بتن پاشی تقسیم می شود.
نمایی از کاربرد روش بتن پاشی برای ساخت ژاکت بتنی در شکل 11 نشان داده شده است. مهمترین برتری روش بتن پاشی بی نیازی به قالب بندی بتن و امکان اجرای لایه پیوندزا برای عملکرد یکپارچه است. مقایسه روش متداول افزودن عضو بتنی با روش بتن پاشی در جدول شماره 2 آورده شده است.
از دیگر کاربردهای بتن پاشی، ساخت دیوارهای برشی بر روی دیوارهای با مصالح بنایی است.

جدول شماره 1- مقایسه بین سودمندی ها و کاستی های روش های متداول تعمیرات سطوح بتنی با روش بتن پاشی

جدول شماره 2- مقایسه بین سودمندی ها و کاستی های روش های ساخت ژاکت بتنی

6- نتیجه گیری و پیشنهاد برای بتن پاشی در تعمیر و تقویت سازه ها
• از بین دو شیوه “تر” و “خشک” بتن پاشی، شیوه “تر” به دلیل کیفیت بهتر بتن پاشیده و آلودگی کمتر، برای کارهای تعمیر و تقویت سازه ها مناسب تر و کارآمدتر است.
• برای اجرای بتن پاشی به تجهیزات و ماشین آلات مخصوص و به کارگیری پرسنل کارآزموده نیاز است.
• کیفیت و یکنواختی اجرای بتن پاشی تا حدود زیادی به مهارت افشانک دار بستگی دارد.
• روش بتن پاشی به دلیل بی نیازی به قالب بندی بسیار سریعتر و اقتصادی تر از روش های متداول تعمیر و تقویت سازه ها است.
• استفاده از روش بتن پاشی برای ایجاد یکپارچگی دیوارهای بنایی و دوخت اعضای افقی و عمودی به ویژه برای بهسازی ساختمان های با مصالح بنایی مانند مدارس بسیار کارآمد است.
•  وجود تجهیزات و ماشین آلات بتن پاشی امکان استفاده از این روش در دیگر فعالیت ها مانند سبک سازی با استفاده از سیستم 3D پانل و پایدار سازی جداره های گود خاکبرداری را فراهم می کند.