بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به توسعه طراحی و اجرای روسازیهای بتن غلتکی در سالهای اخیر مسئله مقاومت بتنهای غلتکی اهمیت ویژه ای یافته است. در این راستا در مقاله حاضر اثر حجم خمیر سیمان در مقیاس آزمایشگاهی به همراه اثر الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت مخلوط های روسازی بتن غلتکی مورد ارزیابی قرار میگیرد. نسبت بهینه آب به سیمان یا رطوبت بهینه هر اختلاط بر اساس ترکیب آزمون “ ASTM D1157روش آزمون استاندارد برای مشخصات تراکم آزمایشگاهی خاک با استفاده از تلاش تصحیح شده” و ASTM C1435 توسط تراکم با چکش ارتعاشی برای طرح مخلوط مرجع انتخاب و سپس با ثابت نگاه داشتن مقدار آب اختلاط در سایر مخلوطها مطابق مخلوط مرجع نسبتهای حجمی- وزنی سنگدانه و سیمان با نسبتهای مختلف آب به سیمان برای ارزیابی اثر نسبت آب به سیمان و روش سعی و خطا در طرح نسبتهای اختلاط تعیین گردید. کلیه مخلوطهای تهیه شده در آزمایشگاه به روش استاندارد ASTM C1435 متراکم شدند بطوریکه مقدار آب اختلاط در کلیه طرح مخلوطها ثابت بود. نتایج نشان میدهد که افزودن الیاف پلی پروپیلن به مخلوطهای روسازی بتن غلتکی عملکرد مکانیکی نمونهها را به میزان قابل توجهی در مقاومت کششی دو نیم1 بهبود بخشید و نمونههای حاوی 0/5 درصد حجمی الیاف با نسبت آب به سیمان 0/40 و حجم خمیر 233 لیتر در مترمکعب بتن مقاومت قابل قبولی بدست آمده است. یافته ها حاکی از آن است که اندازه گیری مقاومت کششی دو نیم در کنار اندازهگیری حجم خمیر سیمان و چگالی خشک میتواند منجر به تسریع در شناسایی نمونههای با دوام و مقاومت مناسب گردد. بنابراین بطور متوسط با کاربرد بتن غلتکی مسلح به 0/5درصد حجمی الیاف طول کوتاه پلی پروپیلن با نسبت آب به سیمان 0/4 و سنگدانه با دانه بندی مطابق مطالعه حاضر مصرف سیمان حدود12 درصد کاهش یافت.
1. مقدمه
روسازی بتن غلتکی اقتصادیترین و بادوام ترین نوع روسازی است که در سطح گستردهای در روسازیهای با بارگذاری سنگین و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به خرابیهای مکرر روسازیهای آسفالتی و هزینههای بالای تعمیر و نگهداری آنها، رویکرد آینده اجرای روسازی ها به سمت کاربرد روسازیهای بتن غلتکی سوق پیدا میکند. مقاومت مورد نیاز برای کاربردی کردن روسازیهای بتن غلتکی را میتوان با طرح اختلاط مناسب و افزودن الیاف پلیمری بدست آورد. این امر میتواند منجر به افزایش دوام روسازی های بتن غلتکی و بهبود خواص مکانیکی گردد. با توجه به اینکه تأمین سیستم خلل و فرج برای افزایش دوام در این نوع روسازی به علت تراکم بتن غلتکی در مقیاسهای اجرایی و آزمایشگاهی مشکل میباشد لذا حجم خمیر سیمان در مخلوط های بتن غلتکی حاوی الیاف پلی پروپیلن و بدون الیاف میتواند نقش موثری در بهبود دوام روسازی های بتن غلتکی داشته باشد.
2. مطالعات انجام شده در بهبود خواص بتن غلتکی
بهبود طرح اختلاط بتن غلتکی در آزمایشگاه برای حصول یک طرح مخلوط با دوام یک فرایند زمان بر ولیکن نتیجه بخش میباشد. نسبت کم آب به سیمان که از 0/3 تا 0/4 متغیر میباشد منجر به افزایش مقاومت مکانیکی مخلوطهای بتن غلتکی میشود. بطور معمول مقاومت فشاری محصور نشده روسازی از 35 تا 55 مگاپاسکال در سن 28 روزگی متغیر میباشد.[1] در مطالعه ای که توسط الهادیتی و همکاران در سال 2013 انجام شد هدف بر این بود که نوعی از بتن غلتکی تولید شود که امکان اجرای آن برای احداث بزرگراه با مطالعه اثر الیاف ضایعاتی حاصل از بطری نوشیدنیهای گازدار و انتخاب نسبتهای اختلاط مناسب فراهم شودتهیه طرح اختلاط با درصدهای مختلف ضایعات0/5تا2 درصد بهترین نتایج مقاومت فشاری،خمشی و کششی در یک درصد حجمی الیاف بدست آمد.[2] آقایان احمدی، حسنی و همکاران درسال 1393با استفاده از مصالح بازیافتی ساختمان و نسبت آب به سیمان 0/54و درصد0/5تا یک درصدحجمی الیاف فولادی مقاومت خمشی 4/32مگاپاسکال در بتن الیافی سازگار با محیط زیست در روسازی بتنی حاصل شد.[3] آقایان فخیم ،حسنی و همکاران در سال 1394 با درصد 0/1تا 2درصد الیاف نانو لوله کربنی از انتشار ترک در سیکل ذوب و انجماد%10 کاهش یافت. التوبات و همکاران - - 2008 افزودن الیافهای سازه ای گسسته به بتن خصوصیاتی مانند استحکام گسیختگی، شکل پذیری و کنترل عرض ترک را بهبود میبخشد به طوریکه 1 تا 2 درصد حجمی الیاف فولادی مقاومت خمشی بتن را 35 تا 70 درصد افزایش داده است.[4] آقایان صابری، فخری و حسنی در سال 1395 با استفاده از خرده لاستیک در بتن غلتکی به میزان 5، 10، 15 و 20 درصد جایگزین ماسه مقاومت فشاری و خمشی نسبت نمونه شاهد درحدود 25و 20درصد افزایش یافت.[5] آقای افروغ ثابت و همکاران درسال 2015 با استفاده از 0/85درصد الیاف فولادی و 0/35 پلی پروپیلن نسبت آب به سیمان0/46 در بتن حاوی الیاف فولادی وپلی پروپیلن در بتن پرمقاومت حاوی میکروسیلیس مقاومت خمشی در حدود 11مگاپاسکال بدست آمد.[6] آقای مدح خوان و همکاران درسال 2012 با درصد الیاف یک کیلوگرم در متر مکعب الیاف پلی پروپیلن مقاومت فشاری 28روزه نسبت به بتن ناظر 25 درصد افزایش داشت.[7 ]
.3 روش انجام کار
در مقاله حاضر اثر حجم خمیر سیمان در مقیاس آزمایشگاهی به همراه اثر الیاف پلی پروپیلن بر دوام مخلوطهای روسازی بتن غلتکی مورد ارزیابی قرار میگیرد. حجم خمیر سیمان به این علت اهمیت دارد که اگر خمیر سیمان از مقدار بهینه کمتر باشد حفرات باقیمانده پس از تراکم باعث کاهش کیفیت مکانیکی و افزایش نفوذپذیری بتن غلتکی میشود. درصورتی که دانه بندی سنگدانه ها بطور مناسبی انتخاب نشود حتی با اعمال انرژی تراکمی اضافی نیز حفرات ما بین سنگدانه ها از بین نمی رود. اگر میزان خمیر مخلوط بیش از حد لازم باشد، در واقع هزینه تولید بدون هیچ تأثیر قابل ملاحظه مثبت در مقاومت و نفوذپذیری بتن، افزایش مییابد که از توجیه اقتصادی بتن غلتکی میکاهد. از طرفی افزودن حجم کمی از الیاف پلی پروپیلن در بتن جریان پذیری آب را در شبکه سیمانی بتن با جلوگیری از جابجایی آب از طریق حالات معمول مانند شبکه حفرات مویین کاهش میدهد. کلیه مراحل آزمونهای آزمایشگاهی مقاله حاضر، اعم از دانه بندی، ساخت طرح اختلاطهای آزمایشی و تراکم با چکش ارتعاشی، آزمون مقاومت کششی دو نیم ، آزمون مقاومت خمشی، آزمون جذب آب در آزمایشگاه بتن و مکانیک خاک انجام پذیرفت.
.4 مصالح مصرفی
سیمان پرتلند نوع 2 کارخانه سیمان تهران با وزن مخصوص 3/16 g/cm3، الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده با طول 12 میلیمتر دارای وزن مخصوص 0/91 g/cm3، قطر 22 میکرومتر، مقاومت کششی 350 مگا پاسکال، شن و ماسه معدن شهریار با اندازه حداکثر سنگدانه تا 19 میلیمتر و وزن مخصوص 2/778g/cm3
.5 طرح اختلاط
مخلوطهای آزمایشگاهی مطابق جدول 1 با نسبتهای آب به سیمان 0/35 و 0/40 و 0/45 و 0/50 تهیه شدند. بطور کلی چهار طرح اختلاط ساخته شد که هر طرح چهار حالت از نظر افزودن الیاف پلی پروپیلن شامل کنترل - بدون الیاف - ، 0/5 ، 1 و 1/5 درصد حجمی برای هر طرح مخلوط تهیه گردید که بطور کلی 16 طرح مخلوط ساخته شد که علاوه بر آزمون مقاومت کششی دو نیم ASTM C496-90 بر روی نمونههای استوانه ای استاندارد، نمونههای منشوری نظیر برای سنجش مدول گسیختگی یا مقاومت خمشی سه نقطه ای استاندارد ASTM C293-02 آزمون جذب آب بتن سخت شده استاندارد ASTM C642مورد ارزیابی قرار گرفت. گفتنی است نمونههای منشوری از برش نمونههای استوانه ای برای حصول نمونههای با تراکم یکنواخت تر برای آزمون مدول گسیختگی تهیه شدند.
.6 نتایج آزمایش
الف - اندازه گیری چگالی خشک: چگالی خشک نمونه های بتن غلتکی با الیاف پلی پروپیلن و بدون الیاف مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج آن در نمودار 1 ارائه شده است. افزایش عیار سیمان با ثابت نگاه داشتن آب که درنمونه حاوی نسبت آب به سیمان 0/35 در نمونههای حاوی 0/5 درصد حجمی الیاف حداکثر بیشترین چگالی خشک را نشان دادند که با افزایش مقدار الیاف مخلوط از خود مقاومت نشان میدهد.
