الخرسانة المقذوفة (shotcrete concrete) د. قاسم محمد شاكر

1-تعريف الخرسانة المقذوفة (خرسانةالرش)

وتسمى احيانا المونة المقذوفة هى خرسانة (أو مونة اسمنت ورمل بنسبة 4:1 تقريباً( ومضافاً اليها الماء للحصول على درجة التشغيلية المناسبة تقذف بضغط الهواء مع الخرسانة واطلاق الخليط من فوهة القاذف  بسرعة عالية إلى السطح المراد اكساءه بها كما موضح بالشكل(1).تسلح العناصر التي تصب بطريقة قذف الخرسانة بقضبان التسليح الاعتيادية او مشبكات الحديد وقد تضاف اليها الياف الحديد او الالياف الاصطناعية التي تستخدم في اعمال تثبيت المنحدرات والتبطين والصيانة كما سيرد تفصيله لاحقا.

لا تحتاج الخرسانة الى الرص عند صبها بسبب الضغط العالي الذي تضخ فيه وبسبب ذلك فأنها يمكن ان ترش على اي سطح وحتى نحو الاعلى فهي لا تختلف  عن الخرسانة العادية إلا بطريقة التنفيذ  والتدرج الحبيبي الخاص، فمن ناحية طريقة التنفيذ والصب فإن الخرسانة المقذوفة يتم صبها باستخدام ضغط الهواء، ومن ناحية التدرج الحبيبي فإن الخرسانة المقذوفة تحتاج  إلى تدرج حبيبي خاص يتناسب مع طريقة الضخ ومع سمك العناصر والطبقات المراد تنفيذها بالخرسانة المقذوفة .

شكل (1) الخرسانة المقذوفة

2-  نبذة تاريخية

ظهرت الخرسانة المقذوفة في أوائل العام 1907 م في الولايات المتحدة الأمريكية في صناعة المجسمات والتماثيل على يد الأميريكي كارل اكيلي ثم تم استخدامها في العام 1911 في معالجة الأجزاء الضعيفة في أعمال ترميم المباني اجريت الكثير من التحسينات على الطريقة الى ان تم تبنيها من  قبل معهد الخرسانة الامريكي  1960  ACIبالمصطلح المتداول حاليا للطريقة الجافة. وفي عام 1960 تم التوصل الى طريقة قذف الخرسانة بالطريقة الرطبة.

 

3-مميزات الخرسانة المقذوفة

1)تكون الخرسانة المقذوفة عادة عالية المقاومة بسبب انخفاض نسبة الماء/الاسمنت وبسبب الرص الكثيف الناتج عن السرعة العالية عند الرش.يمكن الحصول على مقاومة سريعة خاصة باستخدام الخلطات الجاهزة .تكون مقومة الانضغاط اعلى ب30% من تلك الاعتيادية الصب ولنفس المكونات .

2)ان السرعة العالية في عملية رش الخرسانة يضمن رصا جيدا لها وكثافة عالية مع نفاذية امتصاص ماء قليلين وهي بهذه الحالة تؤمن حماية ممتازة لفولاذ التسليح.وهذا بدوره يؤدي الى خرسانة متجانسة وذات ديمومة عالية ومقاومة عالية لدورات الانجماد والذوبان.تشققات سطحية قليلة .ومقاومة عالية للبري . وهي بهذه الحالة تؤمن حماية ممتازة لفولاذ التسليح ويمكن تحسين هذه الخواص باستخدام الالياف مع الخلطة الخرسانية.
3) تعطي طريقة الخرسانة  المقذوفة انتاجية عالية مقابل الطريقة الاعتيادية بسبب السرعة العالية للضخ .حيث يمكن تبطين الانفاق او الجدران الساندة بها مباشرة بعد الحفر .حيث انه تم تنفيذ جدران الى سمك 1م بالطريقة الرطبة مع كثافة تسليح عالية .حيث ان عملية الرش على عدة طبقات سوف يقلل من توليد الاجهادات الحرارية عند التنفيذ.

4)بالمقارنة مع الخرسانة المصبوبة بصورة اعتيادية ،فأن الخرسانة المقذوفة تحتاج الى اعمال القوالب قليلة وخاصة للاشكال المقوسة كالقشريات واعمال التبطين او ذات الاشكال غير الهندسية .ان سهولة ضخ الخرسانة المقذوفة يعني انها من الممكن ان تضخ في المساحات المقيدة مع توفر مسافة مناسبة للبثق دون الحاجة الى عمل القوالب.

5) تتمتع الخرسانة المقذوفة بقوى التصاق عالية جداً بين الخرسانة الجديدة وسطح الخرسانة القديمة، و يصل متوسط قوى الالتصاق بين السطحين إلى (30كغ/سم2) ، وهذا يفيد كثيراً في تخفيض الروابط الأفقية اللازمة لنقل القوى عبر جزئي الخرسانة  القديمة والجديدة.كما انها تعطي ربط أعلى مع حديد التسليح وتماسك اكبر مع السطوح التي تستخدم لأكساءها فلا توجد حاجة ماسة  لاستخدام المواد المساعدة على الربط كما هو الحال في استخدام الخرسانة الاعتيادية .

6)تستخدم الخرسانة المقذوفة بديلا للخرسانة العادية في اغلب الحالات عندما يكون استخدام القوالب مكلفا نوعا ما وغير عملي وعندما يمكن حذف فقرة القوالب من العمل .او عندما يكون الوصول الى منطقة العمل صعبة .عندها تضخ الخرسانة بطبقات خفيفة متعددة .كما ان هناك توفير من جانب آخر .كون ان الخرسانة المقذوفة تحتاج فقط محطات ضخ متنقلة لذا يمكن استخدامها في عمل الاصلاحات في الابنية وخاصة في الاماكن الضيقة.

 4-مكونات الخرسانة المقذوفة

1)الماء:يجب ان يكون خاليا من المواد الضارة بالخرسانة الاعتيادية ونسبته يجب أن لا تزيد نسبة إلى الإسـمنت (w / c ) عن (0.4) وزناً للطريقة الجافة و (0.45) للطريقة الرطبة.   

2)الاسمنت: حيث يستخدم الاسمنت البورتلاندي الاعتيادي عادة في اغلب اعمال الخرسانة المقذوفة ،كما يمكن استخدام الاسمنت المقاوم للاملاح في المنشآت المعرضة لتاثير الاملاح .  أو اي نوع من الانواع الاخرى كالمنخفض الحرارة  في بعض المواقع التي تتطلب ذلك ..والاسمنت سريع التصلب.

3)الركام

يجب ان يلبي الركام متطلبات المواصفات المعتمدة للركام المستخدم في الخلطات الخرسانية الاعتيادية .وان يكون قليل التفاعل مع الاحماض والقواعد. ويجب ان يكون المقاس الاقصى للركام هو 12ملم  (والافضل ان  لا يزيد عن 10ملم ) كما يجب ان لا تزيد رطوبة الركام بالنسبة للطريقة الرطبة عن 6%.ويمكن استخدام الركام خفيف الوزن لهذا الغرض ايضا.

4)المضافات

يمكن استخدام بعض المعجلات التي تزيد من مقاومة الانضغاط المبكرة كما ويمكن استخدام بعض المواد الناعمة البوزولانية والملدنات وكذا خبث الفرن العالي ومادة السيليكا فيوم والتي تعتبر من المواد المواد الحبيبة شديدة النعومة والتي تحسن من خواص الخلطة للخرسانة المقذوفة وتزيد من الكتامة لها وقابلية التشغيل واللدونة والانسيابية والتماسك والتلاصق. 

5-طرائق التنفيذ
 يتم تنفيذ الخرسانة المقذوفة بطريقتين تصنف وفقاً لطريقة إضافة الماء إلى الخلطة حيث يمكن إضافة ماء الخلط للخلطة قبل امرارها ضمن خراطيم ضغط الهواء وتسمى هذه الطريقة الرطبة
،  أما إذا كانت إضافة الماء للخلطة تتم في جسم القاذف فتسمى عند ذلك بالطريقة الجافة.

أولا: الطريقة الجافة

 تتم هذه العملية من خلال الخطوات التالية :
1) يجب مزج الأسمنت مع الركام على بصورته الجافة ويوضع المزيج في قمع التلقيم ( الحاوية ) ويضخ هذا المزيج عبر خرطوم الاتصال بواسطة الهواء المضغوط. يجب أن يحقق المزج سواء كان يدوياً أو آلياً توزيع الإسمنت والمواد المضافة بشكل متجانس على  الركام وأن تغلف سطوحها بشكل كامل . 
2) يتم الخلط بالماء ضمن جسم القاذف الذي يجب ان يزود بالماء من خلال موزع حلقي يخرج الماء منه بالضغط ويختلط بالخرسانة الجافة .الشكل (2) يوضح مرحلة خلط المواد في هذه الطريقة

تتميز الطريقة الجافة بما يلي:
1) يتم التحكم بكمية مياه الخلط عند فوهة القاذف وهذا يعني إمكانية أعلى لتحديد نسبة الماء للإسمنت في خلطة الخرسانة  ، وهذا يؤدي إلى الحصول على خرسانة ذات مقاومات عالية و مواصفات جيدة جداً ومتناسبة مع ظروف الموقع .

2) بالطريقة الجافة تزداد إمكانية النقل إلى مسافات أطول عبر الخراطيم

3)اكثر ملائمة للخلطات ذات الركام الخفيف الوزن او عند الحاجة الى مقاومة مبكرة عالية.

يجب ان يكون المزيج برطوبة اولية مناسبة.

الشكل(2) الطريقة الجافة للخرسانة المقذوفة

 ثانيا: الطريقة الرطبة 

وتتضمن الخطوات التالية: 

1)يجب أن يتم خلط المواد بما فيها الماء ، في بداية العمل ومن ثم يوضع في غرفة التلقيم ويضخ عبر خرطوم الاتصال إلى فتحة القاذف.
 2) يجب إعطاء كمية إضافية من الهواء المضغوط عند فتحة القاذف لزيادة سرعة القذف

ملاحظة :عند الرغبة في إضافة مسرعات التصلب يتم إضافتها عند فتحة القاذف.والشكل (3) يوضح عمل الطريقة الرطبة.

 تتميز الطريقة الرطبة بما يلي:

1) من الممكن التأكد من جودة الخلط أفضل حيث أن مراقبة الخلط تكون ضمن جهاز الخلط مما يوفر مراقبة ذات جودة عالية.
2) في الطريقة الرطبة يكون الغبار الناجم عن عملية القذف أقل، وينصح باتباع  هذه الطريقة عند تنفيذ العمل في منشآت  قيد الاستخدام للحد من التأثير على التجهيزات الموجودة  في هذه المنشآت.

 

 

الشكل(3) الطريقة الرطبة للخرسانة المقذوفة

3) اتباع الطريقة الرطبة في تنفيذ الخرسانة المقذوفة يعطي انتاجية عالية أكثر من الطريقة الجافة.

6-تطبيقات الخرسانة المقذوفة

تستخدم الخرسانة المقذوفة في العديد من الأعمال الإنشائية الخرسانية ويمكن  أن تستخدم بصفة خرسانة عادية ويمكن أن تكون خرسانة مسلحة وعلى الأغلب تستخدم الخرسانة المقذوفة خرسانة مسلحة

أ)في انشاء منشآت جديدة كما في انشاء السقوف القشرية والقبب والسقوف الخرسانية المسلحة ذات السمك القليل والسطوح المائلة والجدران الساندة وفي اعمال واجهات الجدران ومنشأت الصوامع والسايلوات والجدران الحاجزة وفي المنشآت المقاومة لعصف التفجيرات وقناطر الانهار و ابراج التبريد، والشكل (4) احد  هذه التطبيقات.

شكل (4)استخدام الخرسانة المقذوفة في السقوف القشرية

ب) بسبب تمتع الخرسانة المقذوفة بكتامة عالية تساعد في الحد من تسرب المياه من القنوات فهي تستخدم  في المنشآت الحافظة للمياه والسوائل كخزانات المياه الكبيرة والسدود و احواض السباحة وعبارات المياه وتكسية ضفاف الانهار والبحار وعمل قنوات الري والبزل في أعمال استصلاح الأراضي الزراعية وفي تكسية البحيرات المتشكلة خلف سدود المياه والسدود نفسها وخزانات الماء المرتفعة .الشكل(5) يعرض احد التطبيقات اعلاه 

شكل (5)الخرسانة المقذوفة لعمل احواض السباحة

3)كطبقات حماية من الحرائق في المنشآت المعدنية وتبطين المداخن وتغليف خطوط الانابيب وكذلك في تثبيت التربة والصخور وتثبيت سفوح الجبال بجوار الطرق لمنع الانهيارات وحواجز الماء وغطاء الحماية الكاثودية وفي أعمال اكساء الأنفاق تحت الارضية او تلك التي في الجبال  كأنفاق جر مياه الشرب للتجمعات السكنية وأنفاق الطرقات والسكك الحديدية بحيث تكون ذات صفة جمالية لإعطاء مظهر جيد للنفق من الداخل او لتقوية النفق من الداخل بعد استخدام تسليح مناسب ويمكن أن تستخدم في تبطين قنوات الصرف الصحي .والشكل (6)يتضمن عددا من هذه التطبيقات.

شكل(6)استخدام الخرسانة المقذوفة في التبطين

 4) في أعمال ترميم المنشآت وتقويتها وتدعيمها، وتعد هذه الخرسانة مثالية بالنسبة لهذه الأعمال لما تتمتع به من مزايا، من بينها إنها مرنة ويسهل تغلغلها في قلب الشقوق والتصدعات، كما إنها ذات وزن خفيف نسبياً مما يضمن ألا تؤثر على سلامة البناء. جدير بالذكر إنها تعمل على تقوية الجدران المسلحة والحجرية بحيث تصبح أكثر قدرة على مقاومة الأحمال الأفقية.

شكل(7)استخدام الخرسانة المقذوفة في مجالات تقوية وترميم المنشآت

5)في مجال انشاء منشآت الفيروسمنت ،الشكل (8)، والترايدابانال(tridipanel) والابنية الخفيفة.

شكل(8)استخدام الخرسانة المقذوفة في اعمال الفيروسمنت والمنشآت الخفيفة الوزن

 6)في المنشأت ذات الاشكال الحرة ( (free formed structures كأحواض السباحة وجدران التسلق وفي مدن الالعاب والتماثيل الحيوانية والنباتية والاشكال التي تتضمنها واعمال النحت وبعض الرياضات المائية متعرجة المسار كما موضح في الشكل رقم (9) 

شكل(9)استخدام الخرسانة المقذوفة في التماثيل الحيوانية

 

المصادر:

1- Gilbert Gedeon, P.E "Introduction to Shotcrete Applications ",Course No: C04-002, Credit: 4 PDH, 2005.

2-"Field Application of  Shotcrete, An overview of field shotcrete operations",Concrete Technology,CM425, 2015.

2-  "Advancements in shotcrete technology"  G. Bernardo, A. Guida & I. Mecca,  Structural Studies, Repairs and Maintenance of Heritage Architecture WIT Transactions on The Built Environment, Vol 153, 2015 WIT Press.

3-  Chandra Pratap Singh1 , Nishant Rana2 , Siddhant Rana3 "Shotcrete - Advanced Technology in Civil Engineering" Journal of Civil Engineering and Environmental Technology , Volume 1, Number 2; August, 2014 pp. 6-9.

4-  Jürgen Höfler and  Jürg Schlumpf,"Shotcrete in Tunnel Construction",3. Edition  2006

5-  TYTRO Shotcrete System,2016

6-    بحث عن الخرسانة المقذوفة  درخشان عبدالله سعيد 1994

 

 

Joomla Templates - by Joomlage.com