الزامات مورد نیاز در خصوص مصالح مورد استفاده در سامانه پانلی سه بعدی(3D)

3-1- کلیات

در این مقاله الزامات لازم برای مصالح مصرفی مورد استفاده در سامانه‌های پانلی شامل فولاد، لایه عایق پلی استایرن و بتن پاششی به همراه مشخصات فنی و ضوابط مورد نیاز مطابق استانداردها و دستورالعمل‌های ملی و بین‌المللی بر اساس ضوابط نشریه 385 سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی ارایه می‌شود (استاندارد ملی ایران شماره 7143).

3-2- فولاد

3-2-1- مفتول‌های تار و پود

هر نوع فولاد مصرفی در سامانه‌های پانلی باید مطابق استانداردهای معتبر تولید شده و دارای برگه شناسایی کارخانه سازنده باشد. فولاد مصرفی در سامانه‌های پانلی به سه دسته شبکه جوش شده، برشگیر و میلگرد دسته‌بندی می‌شوند. هر یک از این انواع در سامانه پانلی عملکردی مشخص دارد که باید مطابق عملکرد مورد انتظار، از ویژگی لازم برخوردار باشد.

لازم است فولاد مصرفی بسته به مورد با استانداردهای ملی ایران به شماره 7143 با عنوان «پانل‌های ساندویچی سبک سه‌بعدی- ویژگی‌ها» و یا شماره 3-8133 با عنوان «فولاد برای مسلح کردن بتن- قسمت سوم: شبکه فولادی- ویژگی‌ها» مطابقت داشته باشد (استاندارد ملی ایران شماره‌های 3-8133 و 11108). ضوابط کلی که در مورد ساختمان‌های بتن‌آرمه برای میلگرد مصرفی مقرر شده نیز باید رعایت گردد. لازم است فولاد مصرفی در شبکه جوش‌شده از نوع سرد کشیده شده ساده (بدون آج) باشد.

قطر اسمی مفتول‌های شبکه جوش شده برای اعضای پانلی از 5/3 میلی‌متر تا 6 میلی‌متر می‌باشد. حداقل قطر مفتول‌های شبکه جوش شده برای دیوارهای پانلی غیر باربر می‌تواند 5/2 میلی‌متر باشد. در هر حال برای اعضای پانلی باربر چگالی عرضی مساحت مفتول‌های تار و پود (نسبت سطح مفتول مقطع مفتول بر فاصله آزاد بین مفتول‌ها) نباید کمتر از 12/0 میلی‌متر و برای دیوارهای پانلی غیر باربر نباید کمتر از 08/0 میلی‌متر اختیار شود. قطر مفتول‌های تار با مفتول‌های پود می‌تواند متفاوت باشد، ولی در هر صورت قطر اسمی مفتولکوچک‌تر نباید از 60% قطر مفتول دیگر کمتر باشد. ابعاد چشمه (فاصله بین دو تار یا دو پود متوالی) شبکه جوش شده در محدوده 40 تا 100 میلی‌متر می‌باشد، که چشمه به ابعاد 50 یا 80 میلی‌متر توصیه می‌شود. ابعاد شبکه بر حسب طول ناخالص تعیین می‌شود. رواداری‌های هندسی مجاز برای شبکه جوش شده باید مطابق استاندارد ملی ایران به شماره 7143 با عنوان «پانل‌های ساندویچی سبک سه بعدی- ویژگی‌ها» باشد.

تمام شبکه جوش شده در سامانه‌های پانلی باید با ماشین‌آلات خودکار ساخته شوند، به طوری که محل تقاطع تارها و پودهای شبکه به روش جوشکاری مقاومتی الکتریکی به هم متصل شوند تا اتصال مقاوم در برابر برش به وجود آید. لازم است شبکه جوش شده دارای برگه شناسایی کارخانه سازنده مطابق ترتیب نشانه‌گذاری ارایه شده باشد.

3-2-2- مشخصات مکانیکی

مشخصات مکانیکی مفتول‌های به کار رفته در شبکه جوش شده باید مطابق استاندارد ملی ایران به شماره 7143 با عنوان «پانل‌های ساندویچی سبک سه بعدی- ویژگی‌ها» باشد. لازم است عملیات تنش‌زدایی بر روی مفتول‌های سرد نورد شده انجام پذیرد و از عارن بودن تنش مفتول‌ها بعد از کشیده شدن اطمینان حاصل شود. در مناطق با شرایط محیطی شدید و فوق‌العاده شدید، مطابق تعریف ارایه شده در آیین‌نامه بتن ایران، باید تمهیدات مناسب نظیر استفاده از پوشش اپوکسی بر روی سطح تمام شده بتن پاشیدنی، به کار رود. ترکیب شیمیایی شبکه جوش شده باید مطابق استاندارد ISO10544 باشد. مقاومت نهایی کششی مفتول‌های شبکه جوش شده پس از انجام جوش مقومتی نباید کمتر از 95 درصد مقاومت نهایی مفتول باشد.

3-2-3- برشگیر

ویژگی‌های فولادهای سرد کشیده شده ساده (بدومن آج) به کار رفته در برشگیر پانل به شرح زیر می‌باشد. قطر برشگیر، فاصله برشگیرها در مقطع عرضی و زاویه برشگیر در مقطع طولی باید بر مبنای ظرفیت نیروی برش ناشی از خمش در پانل محاسبه گردد. زاویه برشگیرها نسبت به خط تارهای افقی شبکه به منظور عملکرد خرپایی پانل بین 45 تا 65 توصیه می‌شود. قطر برشگیر نباید بیشتر از 6/1 برابر و کمتر از 6/0 برابر قطر مفتول‌های تار یا پود باشد.

3-2-4- مشخصات مکانیکی

مشخصات مکانیکی برشگیرها مشابه مفتول شبکه جوش شده، می‌باشد.

3-2-5- میلگرد

میلگردهای مصرفی مورد استفاده در اتصالات و شناژهای افقی و عمودی و تقویتی‌های مورد نیاز در سازه پانلی از نوع آج‌دار، مشابه میلگردهای مصرفی در بتن آرمه بوده و مشخصات آن نیز مطابق ضوابط مقرر برای ساختمان‌های بتن‌آرمه است.

3-3- روش‌های آزمایش و استانداردها

آزمون مشخصات مکانیکی شبکه جوش شده مطابق استاندارد ملی ایران به شماره 3-8133 با عنوان «فولاد برای مسلح کردن بتن- قسمت سوم: شبکه فولادی- ویژگی‌ها» صورت می‌گیرد. آزمایش‌های مربوط به میلگردها مطابق ضوابط مقرر برای ساختمان‌های بتن‌آرمه است.

3-4- نمونه‌برداری

3-4-1- نمونه‌برداری شبکه جوش شده

نمونه‌برداری شبکه جوش شده باید مطابق استاندارد ملی ایران به شماره 7143 با عنوان «پانل‌های ساندویچی سبک سه‌بعدی- ویژگی‌ها» باشد. نمونه‌برداری میلگردها در سامانه‌های پانلی مطابق روش نمونه‌برداری میلگردها در سازه‌های بتن‌آرمه است.

3-5- معیارهای پذیرش

معیارهای پذیرش هر یک از انواع فولاد مصرفی در سامانه‌های پانلی مطابق معیارهای پذیرش مقرر شده برای ساختمان‌های بتن‌آرمه می‌باشد.

3-6- انبارش و نگهداری

انبارش و نگهداری هر یک از انواع فولاد مصرفی در سازه‌های پانلی مطابق روش‌ها و نکات مقرر شده برای ساختمان‌های بتن آرمه می‌باشد.

3-7- لایه عایق

3-7-1- مشخصات فیزیکی و مکانیکی

لایه عایق به کار رفته در سامانه‌های پانلی باید از جنس پلی استایرن منبط متراکم شده[1] و بسته به مورد مطابق استانداردهای ملی ایران به شماره 11108 با عنوان «بلوک‌ها و صفحات ساخته شده از دانه‌های پلی‌استایرن منبسط شونده- ویژگی‌ها» و شماره 1584 با عنوان «ویژگی‌ها و روش آزمون صفحه‌های پلی استایرن قابل انبساط برای مصارف عایق حرارتی» باشد. فرآورده‌های پلی استایرن منبسط شده متراکم مورد استفاده در سامانه‌های پانلی باید از نظر رفتار واکنش در باربر آتش، از نوع کندسوز شده (خود خاموش‌شو) و طبق استاندارد ملی ایران به شماره 8299 با عنوان «واکنش در برابر آتش برای مصالح و فرآورده‌های ساختمانی- طبقه‌بندی» از رده E باشد. لایه عایق پلی‌استایرن باید تحت روش آزمایش استاندارد ASTME84، دارای حداکثر شاخص گسترش شعله 25 و حداکثر شاخص گسترش دود 450 باشد. لایه عایق پلی‌استایرن باید تحت روش آزمایش استاندارد ASTM C1363، دارای حداکثر پنانسیل گرمایی MJm² 68 باشد. مشخصات فیزیکی لایه عایق پلی‌استایرن باید با الزامات استاندارد ملی ایران به شماره 11108 با عنوان «بلوک‌ها و صفحات ساخته شده از دانه‌های پلی‌استایرن منبسط‌شونده- ویژگی‌ها» مطابقت داشته باشد (استاندارد ملی ایران شماره‌های 1584 و 8449).

3-8- پانل سه بعدی

پانل عضوی است سه‌بعدی متشکل از دو صفحه شبکه جوش شده فولادی که لایه عایق پلی‌استایرن در بین دو صفحه قرار گرفته و اعضای خرپایی فولادی، برشگیرها، که از میان لایه عایق گذشته و دو شبکه فولادی را به یکدیگر متصل کرده‌اند. پانل‌ها در زمره اجزای ساختمانی سبک به شمارمی روند که در محل کارخانه ساخته و برای نصب به حل کارگاه حمل می‌شوند.

پانل‌ها باید با ماشین‌آلات تمام خودکار ساخته شوند. پانل و اجزای آن باید با استانداردها و مشخصات فنی که در فصل مربوط به آنها اشاره شده‌اند، مطابقت داشته باشند.

3-8-1- آرایش پانل

نشانه‌گذاری پانل به ترتیب زیر می‌باشد:

 

که در آن:

F₁: قطر مفتول تار

F₂: قطر مفتول پود

F₃: قطر مفتول برشگیر

S₁: فاصله تارها از یکدیگر

S₂: فاصله پودها از یکدیگر

S₃: گام برشگیرها

S₄: فاصله صفحه برشگیرها از یکدیگر

L₁: طول شبکه (تار)

L₂: عرض شبکه (پود)

پانل باید به گونه‌ای ساخته شود که موقعیت مفتول‌های تار و پود شبکه جوش شده نسبت به صفحه لایه عایق متقارن باشند. لازم است مفتول‌های تار نسبت به مفتول‌های پود، نزدیک‌تر به لایه عایق قرار گیرند. حداقل فاصله نزدیک‌ترین مفتول شبکه جوش شده تا لایه عایق (ضخامت پوشش بتن در سمت لایه عایق) برابر 20 میلی‌متر است. برشگیرها می‌توانند بر تارهای متوالی یا حداکثر یک در میان قرار گیرند. لازم است برشگیرها در صفحات برشگیر به صورت مدول‌های خرپایی شکل منظم متناوب به صورت هم‌صفحه یا غیر هم‌صفحه، مطابق شکل 5-1 قرار گیرند. مقدار بیرون‌زدگی برشگیر از محل اتصال با تار نباید از ضخامت مفتول پود بیشتر باشد. لایه عایق می‌تواند با حفظ ساختار صفحه‌ای و ضخامت تعیین شده در فصل هفتم، دارای سطح بیرونی غیر مستوی باشد. طراحی غیر مستوی لایه عایق به منظور به حداقل رساندن مصالح بازگشتی حین عملیات بتن‌پاشی صورت می‌گیرد. باید توجه داشت که لایه عایق غیر مستوی سبب ایجاد حفرات بین شبکه جوش شده و لایه عایق در عملیاتبتن‌پاشی نگردد. هرنوع پانل تولیدی باید توسط سازنده تحت آزمایش‌های مکانیکی مطابق استانداردهای ملی به شماره 8449 با عنوان «پانل‌های ساختمانی- تعیین مقاومت برشی پانل‌های دیواری قابدار تحت بارهای استاتیکی- روش آزمون»و شماره 8063 با عنوان «پانل‌های ساختمانی- مقاومت فشاری و خمشی- روش آزمون» قرارگیرد، به طوری که نیازمندی‌های طرح را ارضا نماید (استاندارد ملی ایران شماره‌های 8063 و 4-7271).

3-8-1- انتظام مدولی

لازم است پانل‌های تولیدی از انتظام مدولی مشخص تبعیت نمایند. مبنای محاسبه مدول عرضی، فاصله محور تا محور تارهای انتهایی پانل می‌باشد. مدول عرضی ترجیحی پانل می‌تواند 900، 1000 یا 1200 میلی‌متر باشد.

3-8-2- رواداری

رواداری‌های هندسی مجازبرای پانل و اجزای پانل باید بسته به مورد مطابق استانداردهای ملی ایران به شماره 7143 با عنوان «پانل‌های ساندویچی سبک سه‌بعدی- ویژگی‌ها» و شماره 11108 با عنوان «بلوک‌ها و صفحات ساخته شده از دانه‌های پلی‌استایرن منبسط شونده- ویژگی‌ها» باشند.

3-8-3- حمل و نقل، انبار و نگهداری

پانل‌ها باید در محیط‌های دور از تابش مستقیم اشعه خورشید، بارش باران، رطوبت، تغییرات حرارتی شدید و عوامل محیطی مهاجم نگهداری شوند. پانل‌ها در محل کارگاه ساختمانی باید به دور از هر گونه مواد قابل اشتعال (نظیر رنگ، مواد حلال یا زباله‌های قابل اشتعال) نگهداری شوند. محل نگهداری باید به گونه‌ای باشد که از احتمال ریزش یا تماس براده‌های داغ یا جرقه‌های ناشی از جوش‌کاری یا هرگونه شیء داغ دیگر با پانل‌ها در کارگاه ساختمانی پیش‌گیری شود. محل انبار اصلی پانل‌ها تا حد امکان باید به دور از محل عملیات ساختمانی باشد تا از سرایت هرگونه شعله یا حریق احتمالی به محل انبار جلوگیری شود. کارگران و کارکنان باید نسبت به عدم استعمال سیگار در مجاورت محل نگهداری پانل‌ها توجیه شوند. استفاده از تابلوهای هشداردهنده برای عدم استعمال دخانیات در مجاورت محل نگهداری پانل‌ها الزامی است. لازم است تعداد مناسبی کپسول آتش‌نشانی در نزدیکی محل نگهداری پانل‌ها استقرار یابند. از بارگذاری یا اقداماتی نظیر راه رفتن بر روی پانل‌ها باید اجتناب شود. نگهداری و انبارش پانل‌ها روی یکدیگر باید به نحوی باشدکه جوش‌های شبکه و مفتول‌ها آسیب نبینند. توصیه می‌شود از انبار کردن پانل‌ها به حجم بیش از 60 متر مکعب، در یک محل خودداری شود. در صورت نیاز به انبار کردن مقادیر بیش از 60 متر مکعب، پانل‌ها به قسمت‌های با حجم حداکثر 60 متر مکعب تقسیم شده و بین هر دو قسمت حداقل 20 متر فاصله وجود داشته باشد. نگهداری پانل‌ها باید بر روی سکوهای مناسب انجام گیرد به طوری که در حین بارگیری آسیبی به آن‌ها وارد نشود. در هنگام بارگیری، باراندازی یا حمل و نقل پانل باید اقدامات لازم برای عدم تابیدگی و خمیدگی پانل به عمل آید. مراحل بارگیری و یا باراندازی پانل باید به آرامی و بدون اعمال ضربه به پانل صورت گیرند. بارگیرییا باراندازی پانل‌ها باید با ماشین‌آلات و بالابرهای ویژه با تمهیدات خاص صورت گیرد. به طوری که از اتصال مستقیم چنگک بالابر با پانل جلوگیری شده و عملیات بارگیری یا باراندازی با قلاب‌ها یا ابزارهای ویژه انجام شود.

3-9- اعضای پانلی

عضو پانلی عضوی است که از بتن‌پاشی طرفین پانل سه‌بعدی پیش‌ساخته پس از نصب آن در موقعیت مورد نظر ساخته می‌شود. بتن رویه سقف‌های پانلی می‌واند به صورت درجا ریخته شود. اعضای پانلی در انتقال بارهای عمود بر صفحه، همانند دیوارهای باربر عمل می‌کنند. از طرفی لایه عایق به کار رفته در پانل نیز دارای مشخصات مقاوم در برابر آثار حرارت و صوت می‌باشد. بنابراین اعضای پانلی اعضایی هستند که علاوه بر قابلیت باربری دارای مشخصات عایق بودن در برابر آثار حرارت- صوت بوده و از این نظر می‌توانند به عنوان نوعی مصالح ساختمانی با قابلیت توأم باربری و عایق حرارت- صورت ارزیابی شوند.

3-10- مشخصات مکانیکی شبکه‌های جوش شده

شبکه جوش شده باید دارای مشخصات مکانیکی مطابق با موارد زیر باشد.

- آزمایش کشش: مفتول‌های به کار رفته برای ساخت شبکه جوش شده بر اساس روش آزمایش مندرج در ASTM A730 (روش آزمایش استاندارد برای آزمایشات مکانیکی محصولات فولادی) باید دارای مشخصات مکانیکی ذکر شده در جدول زیر باشند: (استاندارد ملی ایران 3-8133)

جدول 3-1: مشخصات مکانیکی شبکه جوش شده

برای مفتول‌هایی که مقاومت کششی نهایی آنها بیشتر از MPa690 است، کاهش مساحت در مرحله نهایی نباید کمتر از 25% باشد. طبق آیین‌نامه ACI 318-95، خصوصیات شبکه جوش شده از مفتول صاف که برای مسلح کردن بتن به کار می‌رود باید با استاندارد ASTM A185 و خصوصیات مفتول به کار رفته برای ساخت شبکه باید با استاندارد ASTM A82 مطابقت داشته باشد، به این استثنا که برای مفتول مشخصه، دارای مقاومت جاری شدن، f_y، بیش از 4200 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع، باید تنش نظیر کرنش 35/0% به عنوان f_y مد نظر قرار گیرد. نقاط تقاطع جوش شده نباید در جهت تنش محاسباتی بیش از 30 سانتی‌متر از یکدیگر فاصله داشته باشند، مگر برای شبکه سیمی که به عنوان خاموت به کار می‌رود. آزمایش کشش باید بر روی مفتول‌هایی انجام شود که دارای نقطه جوش می‌باشند و نیز نقطه جوش باید تقریباً در مرکز مفتول باشد و یا طول مفتول تحت آزمایش در هر طرف نقطه جوش حداقل 25 میلی‌متر باشد. کاهش مساحت باید بر روی مقطع گسیخته شده قطعه کششی برای تعیین این ویژگی اندازه‌گیری شود. در مورد قطعه‌ای که از دو طرف نقطه جوش آزمایش شده است، اندازه‌گیری فقط زمانی باید انجام شود که نقطه گسیختگی فاصله کافی از نقطه جوش داشته باشد. حداقل کاهش سطح در مقطع گسیخته شده باید 25% باشد. کاهش مساحت با اندازه‌گیری قطر مفتول درکوچک‌ترین مقطع گسیخته شده و با تقریب کمتر از 025/0 میلی‌متر با استفاده از رابطه زیر به دست می‌آید (استاندارد ملی ایران 3-8133)

100× (مساحت اولیه / کمترین مساحت گسیختگی – 1) = درصد کاهش مساحت

- آزمایش خم شدن: قطعه مورد نظر باید در دمای اطاق به اندازه °180 خم شود بدون اینکه سطح بیرونی قسمت خمیده شدسه ترک بخورد. این تست جهت کنترل شکل‌پذیری مفتول است. معیار دیگری که برای کنترل شکل‌پذیری مفتول به کار می‌رود و در استاندارد ASTM A82 مطرح نشده است درصد تغییر طول مفتول است. طبق آیین‌نامه بتن ایران (بند 4-6) شکل‌پذیری میلگردها وقتی قابل قبول تلقی می‌شود که ازدیام طول نسبی گسیختگی در آزمایش کششی از 8 درصد روی ده برابر قطر و 12 درصد روی پنج برابر قطر میلگرد کمتر نباشد.

- آزمایش مقاومت برشی جوش: حداقل متوسط میزان برشبر حسب نیوتن نباید کمتر از 241 برابر سطح اسمی مفتول بزرگ‌تر بر حسب میلی‌متر باشد (در صورتی که اندازه قطر مفتول کوچک‌تر کمتر از mm15/3 نبوده و دارای مساحتی معادل 40% و یا بیشتر از مساحت مفتول بزرگ‌تر باشد) (استاندارد ASTM A185)

- آزمایش نمونه‌گیری: نمونه‌های مورد نیاز برای آزمایش مشخصات مکانیکی شبکه جوش شده باید از شبکه مش تکمیل شده بریده شوند. برای تست مقاومت جوش از هر 1000 متر مربع شبکه مش و کمتر باید یک نمونه گرفته شود. برای تست کششی از هر 7000 متر مربع شبکه مش و کمتر باید یک نمونه گرفته شود.

یک نمونه کششی و یک نمونه خمشی، برای هر 10 تن مفتول با قطر یکسان و کمتر از آن باید تهیه شود. برای هر سری مفتول ورودی به کارخانه حداکثر 7 نمونه کششی و 7 نمونه خمشی کافی است (استاندارد ملی ایران 3-8133)

3-10-1- مشخصات مکانیکی بتن پاشیده (مصالح، طرح اختلاط، آزمایشات و معیار پذیرش)

بتن پاشیده فرآیندی است که در آن بتن یا ملات بر روی یک سطح پوشیده می‌شود تا لایه‌ای متراکم، خودنگهدار و باربر ایجاد گردد. در مواردی که شکل کار پیچیده یا قالب‌بندی مشکل و پرهزینه باشد، به ویژه در بهسازی ساختمان‌ها و پل‌ها، از این نوع بتن استفاده می‌شود. استفاده از این نوع بتن به تجربه، تأمین تدابیر مناسب و کارگران فنی متخصص به ویژه در امر بتن‌پاشی نیاز دارد. امتیاز عمده این نوع بتن در مقایسه با بتن معمولی آن است که در این حالت فقط به قالب داخلی و یا یک سطح موجود نیاز می‌باشد، به همین دلیل این روش اجرای بتن برای سطوح مدور و قوسی مانند تونل‌ها و دودکش‌ها کاربرد روزافزون یافته است. بتن پاشیده بر مبنای زمان افزودن آب اختلاط به مخلوط سنگدانه‌ها و سیمان به «بتن پاشیده خشک» و «بتن پاشیده تر» تقسیم می‌شود. از نظر حداکثر اندازه سنگدانه‌های مصرفی نیز، بتن پاشیده به سه نوع تقسیم می‌گردد:

- بتن پاشیده خشک: خصوصیات و شرایط و مراحل این نوع بتن شامل موارد زیر می‌باشد:

الف- ماده چسباننده، سنگدانه‌ها و در صورت لزوم افزونه‌های خشک به طور کامل مخلوط می‌شوند.

ب- مخلوط آماده شده به داخل دستگاه تغذیه‌کننده مکانیکی مخصوص یا بتن‌پاش ریخته می‌شود.

پ- مخلوط از طریق دستگاه‌های مجهز به وسایل اندازه‌گیری با فشار هوا به داخل شیلنگ انتقال رانده و به سرشلنگی منتقل می‌شود. ز طریق طوقه‌ای که به دقت در داخل سرشلنگی کار گذاشته شده است، آب تحت فشار، به طور کامل با دیگر اجزای تشکیل‌دهنده بتن مخلوط و با سرعت زیاد از دهانه سرشلنگی خارج و بر سطح مورد نظر پاشیده می‌شود.

- بتن پاشیده تر: نحوه آماده‌سازی این بتن طبق مراحل زیر است:

الف- مواد تشکیل‌دهنده و آب طرح اختلاط (غیر از مواد زودگیرکننده) به طور کامل مخلوط می‌شوند.

ب- ملات یا بتن به محفظه دستگاه انتقال می‌یابد.

پ- مخلوط از طریق دستگاه‌های اندازه‌گیری، به داخل شیلنگ انتقال می‌رود و به کمک فشار هوا از طریق جابجایی به سرشیلنگی منتقل می‌شود.

ت- ماده زودگیرکننده در سرشیلنگی به مخلوط اضافه می‌شود.

ث- برای افزایش سرعت و بهبود روند بتن‌پاشی، هوای بیشتری به سرشیلنگی فرستاده می‌شود.

ج- مخلوط با سرعت از دهانه سرشیلنگی و بر سطح مورد نظر پاشیده می‌شود.

برای حصول اطمینان از چسبندگی مناسب، تراکم کافی و خواص فیزیکی مطلوب برای هر کدام از انواع بتن پاششی، تهیه طرح اختلاط بتن پاشیده نیاز به دقت ویژه دارد. وزن مخصوص بتن پاشیده مشابه بتن معمولی متراکم شده است.

مطالب این قسمت به انتخاب و تأیید مصالح مصرفی در ساخت بتن پاشیده اختصاص دارد که باید با توجه به آن، ضوابط طراحی از نظر ایمنی، عملکرد سازه‌ای، پایایی، شکل ظاهری سازه و شرایط محیطی، تأمین شوند. (ACI committee 506)

3-10-1-1- سیمان

سیمان مصرفی در ساخت بتن پاشیده باید از انواع سیمان پرتلند باشد و با یکی از مشخصات مشروح زیر با استاندارد دیگری که قبلاً به تائید دستگاه نظارت رسیده مطابقت داشته باشد. سیمان مصرفی در کارگاه باید دارای مشخصات سیمانی باشد که در تعیین نسبت‌های اختلاط به کار رفته است.

3-10-1-2- سنگدانه

سنگدانه‌های مصرفی در بتن پاشیده باید دارای چنان کیفیتی باشند که بتوان با آنها بتنی مقاوم و پایا ساخت. سنگدانه مصرفیباید با یکی از دانه‌بندی‌های جدول 3-2 مطابقت داشته باشد.

جدول 3-2: حدود دانه‌بندی سنگدانه‌های بتن پاشیده

سنگدانه‌هایی که منطبق بر دانه‌بندی‌های نشان داده شده در جدول 3-2 نباشد، به شرطی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرند که طبق آزمایشاتی برای دستگاه نظارت ثابت شود که استفاده از این سنگدانه‌ها نتایج رضایت‌بخش خواهد داد یا سوابق و مستندات معتبری دال بر پذیرش به کارگیری آنها موجود باشد.

در صورت استفاده از سنگدانه‌های درشت‌تر از دانه‌بندی شماره 3، باید سنگدانه‌های درشت و ریز به طور جداگانه وزن شوند تا از ایجاد دانه‌بندی ضعیف ناشی از جدایی سنگدانه‌ها جلوگیری شود. همچنین باید سنگدانه‌های بزرگ توسط غربال جداشده و خارج شوند؛ زیرا این سنگدانه‌ها می‌توانند باعث بسته شدن لوله یا نازل شوند. بزرگ‌ترین اندازه اسمی سنگدانه‌ها نباید از هیچ یک از مقادیر زیر باشد:

الف- یک پنجم ضخامت بتن پاشیده

ب- سه چهارم طول چشمه پانل با فاصله زیاد بین میلگردها

ج- سه چهارم ضخامت پوشش روی میلگرد یا مفتول پانل

سنگدانه‌های مصرفی در بتن پاشیده باید سخت و پایا باشند و مواد زیان‌آور موجود در آنها نباید از مقادیر حداکثر ذکر شده بندهای 3-4-5-2 و 3-4-5-3 آیین‌نامه بتن ایران (آبا) تجاوز کند. حداکثر سنگدانه‌های پولکی و سوزنی در سنگدانه‌ها نباید از مقادیر بند 3-4-5-4 آیین‌نامه بتن ایران (آبا) تجاوز کند. در صورتی که در بتن پاشیده از سنگدانه‌های سبک استفاده شود، این سنگدانه‌ها بایستی مطابق ASTM C330 باشند. (نشریه 385 معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری)

3-10-1-3- آب

مشخصات آب مصرفی در بتن پاشیده، حداکثر مقادیر مجاز مواد زیان‌آور و روش‌های آزمایش آن باید مطابق با بند 3-5 آیین‌نامه بتن ایران (آبا) باشد. آب عمل‌آوری در بتن پاشیده که به عنوان نمای معماری استفاده می‌شود، باید عاری از موادی باشد که باعث لکه‌دار شدن بتن و آلودگی می‌شوند.

3-10-1-4- مواد افزودنی

ماده افزودنی ماده‌ای است به غیر از سیمان، سنگدانه و آب که به صورت گرد یا مایع، به عنوان مواد تشکیل‌دهنده بتن و برای اصلاح خواص آن، کمی قبل و یا در حین اختلاط به آن افزوده شود، افزودنی‌ها می‌توانند برای بهبود بخشیدن به برخی خصوصیات بتن پاشیده، استفاده شوند. استفاده از مواد افزودنی تسریع‌کننده در بتن‌پاشی پانل‌ها به خصوص در شرایطی که گیرش سریع تنها راه افزایش سریع مقاومت لازم باشد به کار می‌رود. استفاده از کلرید کلسیم به عنوان ماده افزودنی تسریع‌کننده در بتن پاشیده مجاز نیست. در بتن پاشیده‌تر که در معرض سیکل‌های انجماد و ذوب شدن قرار دارند باید از مواد افزودنی حباب‌ساز استفاده کرد. از آنجا که مقدار قابل توجهی از این حباب‌ها در مرحله پاشش از دست می‌رود، بایستی با افزایش ماده افزودنی آن را جبران کرد. ماده هواساز همچنین باعث کارایی بیشتر مخلوط بتن و کاهش مصالح برگشتی می‌شود. افزودنی‌های کندگیرکننده معمولاً در بتن پاشیده به کار نمی‌روند. اما در صورت لزوم، استفاده باید مطابق با نوع D از استاندارد دت- 401 (ASTM C494) باشد. استفاده از پوزولان‌ها می‌تواند علاوه بر افزایش مقاومت بتن، کارایی و قابلیت پمپ مخلوط را افزایش دهد و باعث کاهش میزان مصالح برگشتی گردد. (نشریه 385 معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری)

3-10-1-5- مبانی تعیین نسبت‌های اختلاط بتن پاشیده

تعیین نسبت‌های اختلاط مواد تشکیل‌دهنده بتن پاشیده باید با شرایط زیر مطابقت داشته باشد:

- مقاومت بتن پاشیده مورد نظر محاسب سازه تأمین گردد.

- کارایی و روانی بتن پاشیده به اندازه‌ای باشد که بتن پاشیده به سهولت و با تراکم کافی روی سطوح قائم و افقی چسبیده، و به خوبی میلگردها و شبکه جوش شده را در بر گیرد و مصالح بازگشتی آن به حداقل برسد.

- مقاومت بتن پاشیده از نظر پایایی و شرایط ویژه محیطی باید مطابق با بند 6-3 آیین‌نامه آبا رعایت شود.

نسبت‌های اختلاط مواد تشکیل‌دهنده بتن پاشیده بر اساس تجارب کارگاهی و استفاده از مخلوط‌های آزمایشی با مصالح مصرفی کارگاه تعیین می‌شود.

در تعیین نسبت‌های مخلوط بتن پاشیده باید توجه داشت که قسمتی از مخلوط در اثر کمانه کردن سنگدانه‌ها و مصالح بازگشتی از دست می‌رود. لذا باید با کنترل دقیق و انجام آزمایشات در مراحل مختلف بتن‌پاشی، طرح اختلاط مناسبی برای ترکیب اولیه بتن پاشیده به دست آورد. حدود متداول نسبت آب به سیمان مخلوط بتن پاشیده بین 5/0-35/0 بوده و نسبت سنگدانه به سیمان آن 5/3 تا 5/4 می‌باشد. کارایی بتن پاشیده که بتواند شرایط اجرایی مناسب را ارضا کند، به طور متداول دارای عدد اسلامپ 40 تا 75 میلی‌متر می‌باشد. مقاومت بتن پاشیده نباید کمتر از 20 مگاپاسگال (نیوتن بر میلی‌متر مربع) اختیار شو. در صورت نبود اطلاعات کافی در مورد نوع و مشخصات مصالح می‌توان از نسبت آب: سیمان: سنگدانه به صورت 200 : 400 : 1750 کیلوگرم استفاده کرد. دمای محیط در زمان بتن‌پاشی حداکثر به 35c° و حداقل به 5c° محدود میگردد. (نشریه 385 معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری)

- آزمایش‌های بتن و معیارهای پذیرش آن

روش‌های تعیین نسبت‌های اختلاط، تعیین مقاومت فشاری متوسط لازم، تدوین مدارک مربوط به آن و ارزیابی و پذیرش بتن تهیه شده برای بتن‌پاشی، باید بر مبنای ضوابط مندرج در آیین‌نامه بتن ایران صورت گیرند. با این تفاوت که در مورد تواتر نمونه‌برداری، رعایت حداکثر سطح دال‌ها، دیوارها و کلاف‌های بین آنها لزومی ندارد. مقاومت فشاری مشخصه بتن آماده شده برای بتن‌پاشی، بر مبنای آزمونه‌های استوانه‌ای استاندارد عمل آمده در آزمایشگاه باید منطبق بر بتن رده C20 یا بیشتر باشد. به دلیل ماهیت اجرایی بتن پاشیده و تفاوت‌های طرح اختلاط آن با بتن معمولی و همچنین تأثیر قابل توجه اپراتور بتن‌پاش در کیفیت نهایی آن، باید آزمایش‌هایی با دقت کافی، قبل، حین و بعد از اجرا انجام گردد.

آزمایش‌های قبل از اجرا

آزمایش‌های قبل از اجرا به منظور ارزیابی اپراتورهای بتن‌پاش و اصلاح طرح اختلاط به لحاظ کارایی و کاهش پرت مصالح انجام می‌شوند. قبل از شروع عملیات بتن‌پاشی در کارگاه، باید جعبه‌های آزمایشی برای اخذ نمونه‌های لازم توسط پرسنل کارگاه و تحت نظر دستگاه نظارت تهیه شوند. جعبه‌های آزمایشی از جنس چوب یا فلز در ابعاد 100×600×600 میلی‌متر ساخته می‌شوند. این جعبه‌ها باید در مقابل لرزش و تغییر شکل ناشی از عملیات بتن‌پاشی مقاوم باشند. ضخامت مقطع چوبی یا فلزی قالب نباید به ترتیب کمتر از 20 یا 5 میلی‌متر اختیار شود. به ازای هر نوع اختلاط، هر وضعیت بتن‌پاشی (افقی یا سربالا) و هر اپراتور بتن‌پاش، باید حداقل یک جعبه آزمایشی در نظر گرفته شود. نصف جعبه باید با شبکه جوش شده پانل، مشابه شرایط واقعی، شبکه‌بندی شود. از هر جعبه آزمایشی 6 مغزه گرفته می‌شود که 3 مغزه با شبکه فولادی و 3 مغزه بدون آن می‌باشد. 3 مغزه بدون فولاد برای به دست آوردن مقاومت فشاری مغزه، مطابق «آزمایش مغزه‌های مته شده و تیرهای اره شدت، دت 625» آزمایش می‌شوند. در حین عملیات بتن‌پاشی برای مغزه‌گیری، نحوه قرارگیری جعبه (افقی، قائم یا شیبدار) باید مطابق با شرایط اجرایی پروژه باشد. بعد از پاشش و قبل از گیرش بتن نباید ضربه‌ای به قالب وارد شود. بتن پاشیده باید قبل از مغزه‌گیری عمل‌آوری شود. هر 6 مغزه جهت انطباق با درجه کیفی مغزهها مورد بررسی عینی قرار می‌گیرند. اپراتور بتن‌پاشی مورد تایید است که میانگین درجه کیفی 6 مغزه‌گیری او بیشتر از 5/2 نباشد.

آزمایش‌های حین اجرا

آزمایش‌های حین اجرا به منظور تعیین مقاومت فشاری بتن پاشیده و کیفیت اجرا انجام می‌شوند. از آنجا که مغزه‌گیری از پانل‌ها به دلیل ضخامت کم بتن پاشیده امکان‌پذیر نمی‌باشد، در حین اجرای کار لازم است از هر 50 متر مکعب بتن پاشیده و یا هر 5 روز کاری، یک جعبه آزمایشی تهیه شود. مقاومت فشاری حجمی از بتن پاشیده در صورتی قابل قبول تلقی می‌شود که میانگین مقاومت فشاری سه مغزه گرفته شده از جعبه آزمایشی مربوط به آن حجم بتن، و حداقل مقاومت آنها به ترتیب 90/0 و 80/0 مقاومت فشاری مشخصه بتن پاشیده طرح کمتر نباشند. مقاومت فشاری مشخصه بتن پاشیده طرح باید منطبق بر مقاومت بتن رده C16 یا بیشتر باشد. معیار کیفی پذیرش مغزه‌ها بر اساس میانگین درجه‌های کیفی هر 6 مغزه اخذ شده می‌باشد. درجه کیفی با میانگین 5/2 و کمتر باری پذیرش مورد قبول است مگر آنکه در دفترچه مشخصات فنی پروژه عدد بیشتری مدنظر باشد. همچنین درجه کیفی هیچ یک از مغزه‌ها نباید بیشتر از 3 باشد. برای سهولت در نتیجه‌گیری و تسریع در کار می‌توان به همراه بتن‌پاشی جعبه، 6 آزمونه استوانه‌ای استاندارد از بتن گرفته و میانگین نتایج مقاومت آزمونه‌ها را با میانگین نتایج مغزه‌های اخذ شده از جعبه مقایسه و کالیبره کرد. در صورت استفاده از یک نوع طرح اختلاط، یک نوع دستگاه بتن‌پاش و یک فرد اپراتور می‌توان به جای عملیات مغزه‌گیری از جعبه‌ها، به نتایج اخذ شده از آزمونه‌های استوانه‌ای کالیبره شده استناد کرد، به شرط آن که تعداد آزمایش‌های کافی برای کالیبراسیون و آزمونه استاندارد، (حداقل 7 و ترجیحاً 10 جعبه) در اختیار باشد.

معیار کیفی مغزه‌ها

درجه‌بندی کیفی مغزه‌ها که به شرح زیر می‌باشند

مغزه درجه 1- مغزه کاملاً متراکم و بدون حالت ورقه‌ای یا لایه لایه شدگی و بدون حفره یا نواحی ماسه‌ای می‌باشد. حباب‌های کوچک هوا به قطر حداکثر 3 میلیموتر و طول حداکثر 4 میلی‌متر قابل قبول می‌باشند. وجود نواحی ماسه‌ای یا حفرات در پشت شبکه جوش شده قابل قبول نیست.

مغزه درجه 2- مغزه نباید بیش از دو حالت ورقه‌ای یا لایه لایه‌شدگی یا نواحی ماسه‌ای با ابعاد بیش از 25 میلی‌متر × 3 میلی‌متر داشته باشد و ابعاد حفرات نباید در هیچ جهت بیش از 5/9 میلی‌متر گردد. نواحی متخلخل پشت مفتول‌ها نباید از 12 میلی‌متر بیشتر باشد. همچنین محل اتصال بتن پاشیده به لایه عایق باید سالم و بی‌عیب و بدون بافت ماسه‌ای یا حفرات باشد.

مغزه درجه 3- مغزه نباید بیش از دو حالت ورقه‌ای یا لایه لایه‌شدگی یا نواحی ماسه‌ای به ابعاد بیش از 31 میلی‌متر × 5 میلی‌متر داشته و یا فقط می‌تواند دارای یک حفره بزرگ با تجمع ماسه به ضخامت کمتر از 16 میلی‌متر و عرض کمتر از 31 میلی‌متر باشد. سطح مجاور به لایه عایق ممکن است دارای بافت ماسه‌ای و حفراتی تا عمق 3 میلی‌متر باشد.

مغزه درجه 4- مغزه به طور کلی الزامات مغزه درجه 3 را دارد ولی ممکن است دارای دو شکاف بزرگ، مانند آنچه در مغزه درجه 3 ذکر شده یا فقط یک شکاف با ابعاد حداکثر 25 میلی‌متر عمود بر وجه مدور مغزه با عرض حداکثر 38 میلی‌متر، باشد. سطح مجاور لایه عایق ممکن است بافت ماسه‌ای و حفراتی تا عمق 3 میلی‌متر داشته باشد.

مغزه درجه 5- مغزه‌ای که نتواند معیارهای درجه‌بندی 1 تا 4 را به دلیل ضعیف‌تر بودن کیفیت برآورده نماید به عنوان مغزه درجه 5 شناخته می‌شود.

درجه‌بندی فوق بر اساس مغزه‌گیری استوانه‌صای با سطح جانبی 15700 میلی‌متر مربع صورت گرفته و در مورد مغزه‌های بزرگ‌تر وکوچک‌تر باید شکاف‌ها و حفرات مجاز را به تناسب تعدیل نمود.

آزمایش‌های بعد از اجرا

آزمایش‌های بعد از اجرا به منظور تعیین نقاط ضعف اجرای بتن پاشیده صورت می‌گیرند. برای یافتن محل‌هایی که بتن پاشیده به سطح پانل نچسبیده است و یا برای تعیین حفرات موجود، اپراتور با چکش لاستیکی یا چوبی ضرباتی به بتن وارد می‌آورد. در صورتی که صدای بم و خفه به گوش رسد به معنای پوکی و وجود حفره و فاصله بین لایه‌های بتن پاشیده و یا بتن پاشیده و سطح هسته عایق می‌باشد.

وزن چکش متناسب با ضخامت بتن پاشیده متغیر بوده و معمولاً بین 5/0 تا 2 کیلوگرم می‌باشد. محل‌های پوک و حفره‌دار باید علامت‌گذاری و پس از تخریب، نسبت به بتن‌پاشی مدد آن، مطابق ضوابط مربوط، اقدام شود.

ضوابط مربوط به آزمایش‌های بتن و ضوابط پذیرش آن، قبل و در حین اجرا، برای هر نوع از نسبت‌های اختلاط بتن و نیز در صورت تغییرات عمده در شرایط اجرایی باید مستقل از شرایط قبلی و به‌طور جداگانه رعایت شوند.

معیارهای پذیرش بتن‌های با مقاومت فشاری کم مطابق بندهای 5-5 و 6-5 آیین‌نامه بتن ایران است مشروط بر آنکه مغزه‌ها از دال‌ها، کف‌ها یا جاهایی که بتوان مغزه استاندارد گرفت تهیه شده باشد.

مدول ارتجاعی بتن پاشیدنی مورد استفاده در پانل‌ها

مسئله بتن پاشیدنی (شاتکریت) و بررسی خواص آن از اهمیت ویژه‌ای در سیستم پانلی برخوردار است. همچنین با عنایت به این مطلب که شاتکریت مورد استفاده در این سیستم متشکل از مصالح سنگی نسبتاً ریزدانه بوده و حداکثر قطر سنگدانۀ مصرفی به 5 تا 8 میلی‌متر محدود می‌گردد، لذا تعیین مدول ارتجاعی شاتکریت مورد استفاده در این روش و مقایسۀ آن با روابط موجود در آیین‌نامه‌های معتبر و همچنین آیا می‌تواند حائز اهمیت باشد. بدین منظور در آزمایشگاه شرکت سپ مطالعاتی آزمایشگاهی انجام گردید. ابتدا در پانل‌های آزمایشی استاندارد، بتن با طرح اختلاط بهینه پاشیده و از آنها مغزه‌های مناسب تهیه شد. این نمونه‌ها تحت آزمایشات لازم قرار گرفته و استحکام و مدول ارتجاعی استاتیکی و دینامیکی آنها بررسی گردید. در این مطالعه پس از تحلیل نتایج به دست آمده با موارد مشابه در آئین‌نامه‌های آبا، ACI و CEB ضرایب تصحیح در معادلات مقاومت فشاری و مدول ارتجاعی استاتیکی و دینامیکی پیشنهاد گردید.

3-10-2- منحنی تنش- کرنش بتن و مدول ارتجاعی

از عوامل مؤثر بر مدول ارتجاعی بتن می‌توان به مقاومت مشخصۀ بتن، سن بتن، مشخصات مصالح سنگی و خمیر مورد استفاده در بتن و نوع و ابعاد نمونه اشاره نمود. علیرغم رابطه خطی بین تنش و کنرش هر دو جزء اصلی بتن یعنی مصالح سنگی و خمیر سیمان، منحنی تنش- کرنش بتن غیرخطی می‌باشد که این امر را به ترک‌های ریز در سطوح مشترک خمیر و سنگدانه و توسعۀ این ترک‌ها نسبت می‌دهند. شکل منحنی تنش- کرنش تا حدی به روند اعمال تنش نیز بستگی دارد. وقتی بار با سرعت خیلی زیاد اعمال شود تغییر شکل نسبی بسیار کاهش یافته و انحنای منحنی تنش- کرنش بسیار کوچک می‌شود. با افزایش زمان بارگذاری، تغییر شکل نسبی افزایش می‌یابد که این میزان افزایش برای بارگذاری تا 2 دقیقه حدود 15 درصد و برای مدت زمان بیش از 2 دقیقه که آزمایشات معمول را شامل می‌شود افزایش بسیار کم می‌شود. این مقدار افزایش تغییر شکل علاوه بر وابسته بودن تغییر شکل نسبی به سرعت بارگذاری، به خزش بتن نیز بستگی دارد لذا تعیین مرز بین تغییر شکل نسبی الاستیک و خزشی مشکل می‌باشد. برای از بین بردن خزش و همچنین تنظیم دستگاه حداقل دو سیکل بارگذاری قبل از آزمایش لازم است. جهت بررسی مدول ارتجاعی بتن معمولاً از عبارت مدول ارتجاعی وتری (سکانت) استفاده می‌شود. این مدول شیب خطی است که از نقطۀ تنش صفر به نقطۀ نظیر تنش فشاری خاصی رسم می‌شود. حال واضح است که به علت طبیعت منحنی تنش- کرنش بتن هر چه مقدار تنش افزایش یابد مدول ارتجاعی وتری کاهش می‌یابد؛ بنابراین تنشی که در آن مدول ارتجاعی تعیین می‌شود با اهمیت بوده و باید معین شود.

معمولاً این تنش را بر حسب درصدی از تنش نهایی بتن عنوان می‌کند. به طور مثال آیین‌نامۀ انگلستان 33 درصد و آمریکا (ASTM) مقدار 40 درصد مقاومت نهایی بتن را پیشنهاد می‌کند بارگذاری و باربرداری مکرر از روی نمونه سبب کاهش خزش بعدی می‌شود به طوری که منحنی تنش- کرنش در بارگذاری سوم و چهارم دارای انحنای بسیار کمی می‌شود و از این مسئله آیین‌نامۀ ASTM C-469 جهت تعیین مدول ارتجاعی وتری (یانگ) استفاده می‌کند. طبق دستورالعمل آیین‌نامۀ ASTM C-469 که روش این مقاله برای تعیین مدول الاستیسیته بوده است، دامنۀ کاربرد نتایج آزمایشات در محدودۀ تنش‌ها 0 تا 40 درصد مقاومت نهایی بتن مورد آزمایش می‌باشد. در بارگذاری‌های سریع (دینامیکی، لرزه‌ای) مدول ارتجاعی عددی بیشتر و در بارگذاری با سرعت خیلی کم مدول ارتجاعی عددی کمتر می‌باشد و همچنین حداقل دو بار تکرار عملیات بارگذاری نمونه، اجباری می‌باشد که هیچ‌گونه اطلاعاتی در بارگذاری‌های اولیه ثبت نخواهد شد. از آنجا که محاسبات بر اساس متوسط نتایج بارگذاری‌های بعدی خواهد بود، لذا حداقل دو بارگذاری بعدی توصیه می‌شود. بارگذاری‌های اولیه جهت جابجایی وسایل اندازه‌گیری، نشست‌ها و هرگونه تغییر احتمالی است. (رمضانیان‌پور، 1382)

3-10-3- مشخصات مصالح مصرفی و طرح اختلاط بتن پاشیدنی

سنگدانۀ مصرفی در بتن پاشیدنی نقش به سزایی در کارایی و پمپ‌پذیری مخلوط دارد. سنگندانۀ مصرفی در این تحقیق ماسه گردگوشه دارای منحنی دانه‌بندی در محدودۀ شمارۀ 2 ذکر شده در ACI 506 می‌باشد.

علت انتخاب سنگدانه طبیعی قابلیت پمپ‌پذیری بهتر نسبت به سنگدانه‌های شکسته و همچنین نیاز آب کمتر جهت به دست آمدن کارایی مطلوب می‌باشد. درصد جذب آب 5/3 درصد در حالت اشباع با سطح خشک می‌باشد. مخلوط‌های ساخته شده با سیمان تیپ II و عیار kg/m³400 و نسبت آب به سیمان 45% تهیه شده‌اند.

با توجه به آزمایشات متعدد، وزن مخصوص بتن‌های ساخته شده تقریباً kg/m³2300 می‌باشند. نسبت وزنی سیمان، آب و سنگدانه 400، 180 و 1720 می‌باشد. فوق‌روان‌کنندۀ مصرفی با پایه لیگنوسولفونات و سازگار با سیمان مصرفی تهیه گردید. در جدول 3-3 طرح اختلاط شاتکریت و نتایج آزمایشات مقاومت فشاری نمونه‌های مکعبی و مغزه‌های اخذ شده از بتن‌های پاشیده شده ارائه شده است

جدول 3-3: طرح اختلاط و نتایج آزمایشات نمونه‌های بتن پاششی در سن 28 روزه

- رابطه بین آزمایشات غیرمخرب و مغزه‌گیری با مقاومت نمونه‌های استوانه‌ای در بتن پاششی (شاتکریت) به کار رفته در سازه‌های پانلی

در بسیاری موارد مقاومت فشاری 28 روزه نمونه‌های مکعبی یا استوانه را نماینگر بتنی در نظر می‌گیرند که در کارگاه برای ساخت قطعات به کار رفته است. ولی واقعیت این است که نمونه‌ها نمی‌توانند نماینده بتن به کار رفته در ساخت و اجرا باشند. این مسأله می‌تواند به دلایل مختلف از جمله تفاوت اجرای کارگاهی و آزمایشگاهی، اختلاف در عمل‌آوری و انقال بتن و از همه مهمتر در این سیستم ساختمانی، نحوه اجرای آن باشد که به صورت بتن‌پاشی بوده و اصولاً با بتن‌ریزی و متراکم کردن آن در سیستم‌های معمولی متفاوت است. مسأله دیگر ضخامت کم لایه بتنی در این سیستم می‌باشد که لازم است مغزه‌ها با حداقل قطر تیه شوند که تحقیقات نشان می‌دهد مقاومت این مغزه‌ها انحراف معیار بیشتری نسبت به مغزه‌های با قطر بالا دارند.

برای ارزیابی مقاومت فشاری بتن پاششی ضروری است که از چندین روش آزمایش استفاده شود. زیرا بعضی آزمایش‌ها مانند مغزه‌گیری که قابلیت اعتماد بیشتری دارند، هزینه زیاد داشته و برخی دیگر مانند چکش اَشمیت قابلیت اعتماد و در عین حال هزینه کمتری دارد. از طرفی بعضی آزمایشات آسیب بیشتری به سازه وارد می‌کند (مانند مغزه‌گیری) و بعضی دیگر غیرمخربند و سبب آسیب سازه نمی‌شوند (مانند چکش اشمیت).

با توجه به موارد ذکر شده سعی شده است که روابطی بین مقاومت نمونه‌های مکعبی استاندارد و نمونه‌های مغزه از بتن پاششی و سایر آزمایشات مخرب و عیر مخرب به دست آورده شود.

در حال حاضر با وجود انحراف معیار زیاد در آزمایش‌های مربوط به مغزه‌ها، این آزمایش به عنوان یکی از دقیق‌ترین و مهمترین انواع آزمایش‌های غیرمخرب مطرح می‌باشد. مطالعات گسترده انجام شده در این بخش، مخصوصاً مطالعات تجربی و آزمایشگاهی به نوبه خود نشان از اهمیت این آزمایش دارد. با این وجود هنوز اطلاعات بسیاری در مورد مغزه‌ها، در پرده ابهام وجود دارد. به عنوان مثال هنوز علت اختلاف موجود بین مقاومت مغزه‌های استاندارد و بتن واقعی موجود در کارگاه به طور کامل بررسی نشده است. از طرفی گسترش روزافزون استفاده از این آزمایش در کارهای ساختمانی و روسازی‌های بتنی، لزوم انجام تحقیقات بیشتر در این زمینه را می‌رساند.

آزمایش چکش بازگشتی در حقیقت سختی سطح بتن را می‌سنجد و اگرچه هیچ‌گونه رابطه واحدی بین سختی و مقاومت بتن وجود ندارد ولیکن برای بتن‌های مشابه می‌توان روابط تجربی را به دست آورد، به شرط آنکه عمل‌آوردن بتن به نحوی باشد که سطوح مورد آزمایش به وسیله چکش و نواحی مرکزی بتن که مقاومت آنجا مورد نظر می‌باشد دارای مقاومت یکسانی باشند.

این آزمایش اساساً فقط یک وسیله مقایسه‌ای می‌باشد و ادعاهای تولیدکنندگان این دستگاه که نمره برجهندگی می‌تواند مستقیماً به مقاومت فشاری تبدیل گردد، مورد تأیید قرار نگرفته است. به خصوص اینکه سختی بتن بستگی به خواص الاستیکی سنگدانه‌های مصرف شده در آن دارد و همچنین تحت تأثیر تغییرات زیاد در نسبت‌های مخلوط بتن قرار می‌گیرد. به هر صورت این آزمایش سنجش مفیدی را درباره یکنواخت بودن جنس بتن به دست می‌دهد و از لحاظ کنترل کیفیت مصالح و در تولید تعداد زیادی از محصولات مانند قطعات پیش‌ساخته بتنی بسیار با ارزش می‌باشد. (Kabir M.Z, 2005)

3-11- سناریوی آزمایش

نظر به اهمیت مصالح بتن پاششی و نحوۀ ساخت، عمل‌آوری و اطمینان به حصول مقاومت آن در سامانه‌های کامل پانلی این بخش اختصاراً به اجرای برنامه آزمایش‌های در محل و آزمایش‌های در محل و آزمایشات غیر مخرب و نتایج آن می‌پردازد. هدف از ارائه مطالب این بخش صرفاً آشنایی خواننده با نحوه انجام مراحل آزمایش‌ها می‌باشد.

3-11-1- برنامه آزمایش‌ها در محل

جهت انجام این بررسی 10 سری آزمایش در 10 روز انجام شد که به نام‌های call تا call0 مشخص گردیده‌اند. از آنجا که ضخامت لایه بتن پاششی روی پانل حدود 4 سانتی‌متر می‌باشد، مغزه‌گیری و استنتاجات آن ممکن نیست زیرا نسبت طول به قطر مغزه نبایستی کمتر از یک باشد. بر این اساس و طبق توصیه ACI506R، یک جعبه آزمایش (جعبه A) به ابعاد 100×500×500 میلی‌متر تهیه گردید تا از آن مغزه‌گیری شود. همچنین بر اساس تجربیات قبلی یک پانل چوبی که درای 6 قالب 80×80×80 میلی‌متر می‌باشد نیز بتن‌پاشی گردید. (رهبر، گزارش داخلی شرکت سپ)

بتن‌پاشی در جعبه آزمایشی با 6 قالب mm 80×80×80 که در 6 سری اول انجام شد.

بتن‌پاشی در جعبه آزمایشی mm 100×500×500 (A)

در تمامی موارد آزمایش روانی بتن (اسلامپ) بر اساس استاندارد ASTM C145 و همچنین تعیین وزن مخصوص انجام گردیده است.

آزمایشات مقاومت فشاری همگی درسن 28 روزه انجام گردید. 24 ساعت قبل از روز تست، از نمونه‌های جعبه A مغزه‌گیری انجام شد به منظور آماده‌سازی سطوح انتهایی ازساب زدن که بهترین روش صاف کردن سطوح می‌باشد استفاده شده است.

پس از خشک شدن در هوای آزاد، مغزه‌ها هم‌زمان با نمونه‌های مکعب شاتکریتی و مکعب استاندارد طبق ASTM C42-90 شکسته شدند. جهت شکستن مغزه‌ها در راستای مغزه‌گیری بوده است. همچنین تست چکش اشمیت روی نمونه جعبه A انجام گردید. پس از اتمام آزمایش‌ها، مقاومت مغزه‌ها و نمونه‌های مکعب شاتکریتی با نمونه مکعب استاندارد و همچنین تست چکش اشمیت مقایسه و روابط بین آنها استخراج گردید.

3-11-2- مصالح مصرفی

مصالح سنگی شامل ماسه شسته طبیعی با حداکثر اندازه دانه mm8 بوده است که دانه‌بندی آن در محدوده شماره 2 سنگدانه‌های مندرج در ACI506 قرار گرفته است. علت مصرف این نوع سنگدانه‌ها، قابلیت پمپ‌پذیری بهتر آن نسبت به سنگدانه شکسته و همچنین نیاز به آب کمتر جهت به دست آوردن کارایی مطلوب بوده است. درصد جذب آب مصالح فوق‌الذکر 8/3 درصد در حالت اشباع با سطح خشک و مدول نرمی آن 8/2 می‌باشد. سیمان مصرفی از نوع تیپ II محصول کارخانه سیمان تهران و آب مصرفی نیز آب شرب بوده است. طرح اختلاط اغلب نمونه‌ها بر اساس جدول 3-4 انجام شده است. اگرچه این آزمایشات بر اساس مقایسه مغزه‌ها و نمونه‌های استاندارد در یک روز برنامه‌ریزی شده‌اند.

جدول 3-4: طرح اختلاط بتن پاششی

3-11-3- بتن‌پاشی و عمل‌آوری

بتن‌پاشی توسط دستگاه hopper gun (شکل 3-4) که ظرفیت 5 لیتر دارد انجام گردیده است.

یک پمپ باد به قدرت bar10 به این دستگاه متصل می‌باشد که فشار لازم جهت پاشش بتن به جعبه‌های آزمایشی و پانل را تأمین می‌کند. با توجه به حساسیت کیفیت بتن پاششی به مهارت پاشنده، از یک نفر بتن‌پاش ماهر برای کلیه تست‌ها استفاده گردید. فاصله نازل بتن‌پاشی تا پانل در حدود 30 سانتی‌متر بود.

عمل‌آوری نمونه‌های مکعبی در تمام مدت زیر آب و مطابق با شرایط استاندارد ASTM C72

انجام شده است.

3-11-4- دستگاه‌های مورد استفاده

دستگاهی که آزمایش مغزه‌گیری توسط آن انجام شد، یک مغزه‌گیر از سری GOB1600WE است که حداکثر قطر اندازه‌گیری آن mm132 می‌باشد.

مته‌های مورد استفاده به صورت استوانه‌ای و دارای سر الماس به طول mm500 می‌باشد که برای خنک کردن آنها در حین کار از آب استفاده می‌شود. به علت کم بودن قطر مغزه و نیاز به دقت زیاد به طور متوسط هر مغزه‌گیری در حدود 10 دقیقه طول کشیده است.

همچنین دستگاه تست غیر مخرب بتن از نوع چکش بازگشت SCHMIDT-proceq-N34 بوده است.

3-12- نتایج آزمایشات

3-12-1- گزارش نتایج تست‌ها

هر یک از سری آزمایشات call تا call0 شامل تعدادی تست می‌باشد که خلاصه نتایج آنها در جدول 3-3 ارائه شده است. نتایج این جدول مربوط به میانگین مقاومت نمونه‌های مکعب استاندارد و مغزه‌ها، نمونه‌های مکعبی 8×8×8 و همچنین متوسط نتایج چکش بازگشتی می‌باشد. در محاسبه مقاومت مغزه‌ها، در مواردی که نسبت طول به قطر مغزهکوچک‌تر از 2 بوده، ضرایب تصحیح اعمال شده است. مقاومت استوانه‌ای بتن از تقسیم مقاومت نمونه‌های مکعبی بر 25/1 حاصل شده است. مقاومت مغزه‌های cal7 به دلیل تخلخل زیاد بتن پاششی کاملاً پایین بوده و این سری نمونه‌ها از دایره نتایج حذف گردیدند. علت این امر عدم دقت اپراتور بتن‌پاش و ریزش قابل ملاحظه مصالح بوده است.

مغزه بر اساس ACI 506-2 با علامت اختصاری 1 تا 5 رده‌بندی کیفی شدند. این رده‌بندی بر اساس بزرگی و تعداد حفرات موجود در سطح مغزه می‌باشد. نتایج آزمایشات نشان داد که در هر بار نمونه‌گیری، مقاومت مغزه‌هایی که دارای رده‌های 3 و پایین‌تر بوده‌اند، به طور قابل ملاحظه اینسبت به سایر موارد کاهش یافته و انحراف معیار بیشتری را به وجود آورده‌اند در نتایج آزمایشات از جمله در مغزه‌ها cal4 این نوع موارد حذف شده‌اند.

- رابطه مقاومت فشاری مغزه و مقاومت فشاری نمونه استوانه در شکل 3-5 مقاومت فشاری استوانه‌ای بتن، f_cc، بر حسب مقاومت فشاری مغزه‌های نظیر، f_co، آورده شده است. خطی که در این نمودار پردازش داده شده است دارای ضریب همبستگی r₂=0.89 می‌باشد. معادله این خط می‌تواند بیانگر رابطه مقاومت استوانه‌ای بتن و مقاومت مغزه‌ها باشد.

3-1                                                              

جدول 3-5: خلاصه نتایج آزمایشات

همچنین نمودار رابطه مقاومت مغزه را بر حسب مقاومت نمونه استوانه‌ای نمایش می‌دهد. معادله زیر با ضریب همبستگی r₂=.92 نشانگر رابطه زیر می‌باشد.

3-2                                      

در نمودار شماره 3-7، مقدار R (مقاومت مغزه به مقاومت استوانه) بر حسب مقاومت استوانه آورده شده است. بر این اساس مشخص گردید که این نسبت برای مغزه‌های بتن پاششی بین 48/. و 57/0 می‌باشد.

3-3                                      

همچنین مشخص می‌گردد که با افزایش مقاومت فشاری بتن، نسبت R عموماً افزایش می‌یابد.

3-12-2- رابطه مکعب بتن‌پاشی شده و مقاومت استوانه

این آزمایش در هیچ استانداردی ذکر نشده است ولی در اکثر کارگاه‌های شاتکریت به عنوان معیاری جهت تعیین مقاومت فشاری بتن پاششی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در لبه‌های نمونه‌های مکعبی فوق‌الذکر اکثراً تخلخل و پوکی قابل ملاحظه‌ای مشاهده گردید که این مسأله باعث انحراف معیار قابل توجه‌ای در هر سری تست گردیده است (حدود 25%).

نسبت مقاومت این نمونه‌ها به مقاومت مغزه‌ها در محدوده (7/0 تا 44/1) متغیر می‌باشد. این مسأله نشانگر این است که آزمایش فوق نمی‌تواند معیار مناسبی جهت سنجش مقاومت فشاری بتن پاششی باشد.

3-12-3- رابطه مقاومت چکش اشمیت و مقاومت مغزه

نمودار 3-9 مقاومت مغزه‌ها را بر حسب نموه برجهندگی چکش نشان می‌دهد. روی پانل بتن‌پاشی شده (A)، در 30 نقطه پراکنده چکش بازگشتی زده شده است. همان‌طور که مشخص است، انحراف قابل توجهی در نمودار فوق‌الذکر وجود دارد.

این انحراف می‌تواند ناشی از موارد زیر باشد:

- کاربرد چکش اشمیت که غالباً برای تعیین سختی لایه سطحی بتن به کار می‌رود و تخمین مقاومت بتن فقط بر اساس منحنی رابطه همبستگی امکان‌پذیر نمی‌باشد.

- خاصیت بتن پاششی که طبعاً تخلخل بیشتری دارد و دارای قالب‌بندی نمی‌باشد. در حالی که ارجح است تست چکش بر روی سطح قالب‌بندی شده انجام گردد.

ولی نکته قابل توجه در آزمایشات این بود که 2 مورد، در محلی که از پانل که اعداد برجهندگی آنها به طور قابل ملاحظه‌ای (حدود 30% تا 40%) پایین‌تر ازسایر مناطق بود مغزه‌هایی گرفته شد که این مغزه‌ها دارای تخلخل قابل توجه و درجه‎‌‌بندی کیفی 4 و 3 بودند که پس از شکست این نمونه‌ها، اعداد پایین‌ترین نسبت به سایر مغزه‌ها اخذ گردید.

با توجه به مطالب فوق مشخص می‌گردد که چکش اشمیت می‌تواند به عنوان یک تست ارزان قیمت و نسبتاٌَ مناسب برای تخمین مقاومت مغزه‌ها مورد استفاده قرار گیرد و همچنین یک راهکار مناسب برای تشخیص یکنواختی کیفیت بتن پاششی و تعیین محل‌هایی از سازه که دارای کیفیت متفاوت هستند مورد استفاده قرار گیرد.

3-12-4- نتیجه‌گیری

- آزمایش مغزه از پانل بتن‌‎پاشی شده می‌تواند تست خوبی جهت بررسی مقاومت بتن پاششی باشد. مقدار ضریب R (نسبت مقاومت مغزه به مقاومت استوانه) در این حالت در محدوده 49/0 تا 58% می‌باشد. معادلات شماره 1 و 2 با ضریب همبستگی قابل قبولی، رابطه مقاومت مغزه بتن‌پاشی شده و مقاومت استوانه‌ای بتن را به دست می‌دهد.

- با توجه به وضعیت خاص بتن پاششی و وجود انحرافات بالاتر آن نسبت به خواص مکانیکی بتن معمولی و همچنین قطر کم مغزه‌ها، لازم است مغزه‌گیری در تعداد حداقل 8 عدد و با دقت فراوان صورت پذیرد.

- با افزایش مقاومت بتن پاششی، عموماً مقدار ضریب R افزایش می‌یابد.

- درجه‌بندی کیفی بر اساس AC1506.2 بایستی برای مغزه‌ها انجام گردد. این درجه‌بندی معیار مناسبی جهت تخلخل نمونه‌ها و کیفیت کار شخص بتن‌پاش می‌باشد.

- برای استفاده از چکش اشمیت به عنوان ابزار مقاومت بتن پاششی بایستی بر اساس نوع پاشش و طرح اختلاط، منحنی رابطه همبستگی بین مقاومت و عدد برجهندگی را به دست آورد که البته این منحنی‌ها اصولاً دارای انحراف معیار بالایی هستند. همچنین این تست برای کنترل یکنواختی بتن در اعضای بتن‌پاشی شده و تعیین محل‌های با کیفیت متفاوت کاملاً مناسب می‌باشد.

 

---

[1]. EPS and XPS