بخشی از مقاله
چکیده
نرخ بالای استفاده از زغال سنگ و پایین بودن راندمان کارخانه های زغال شویی در ایران سبب شده حجم زیادی از زغال سنگ در فرآیند تولید دپو شود. از پسماند زغال سنگ در زمینه های مختلفی همچون ساخت مصالح ساختمانی، جایگزینی به عنوان سیمان در تثبیت خاک و ساخت روسازی و همچنین به عنوان سیمان و سنگدانه در سازه های بتنی استفاده می شود؟ با به کار بردن این ضایعات در روسازی بتنی می توان از حجم دپوی این مواد در طبیعت کاست.
در این پژوهش اثر به کارگیری پسماند زغال سنگ به عنوان جایگزین بخشی از سیمان و سنگدانه بر خصوصیات مکانیکی و شکست بتن مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجایی که مصالح روسازی در معرض سیکل های بارگذاری زیادی هستند ، ترک های اولیه موجود در توسعه یافته و تشکیل ترک های بزرگ تری را داده و نهایتا گسترش بیش تر ترک ها منجر به شکست سازه می گردند. بنابراین بدون در نظر گرفتن اثر آن ها ممکن است ایمنی سازه به خطر افتد. از طرفی رشد ترک در اثر باری که عموما به سازه ها اعمال می گردد، موضوعی است که بدون در نظر گرفتن آن در طراحی، امکان کاهش قابل توجه عمر مفید سازه وجود دارد.
-1 مقدمه
-1-1تعریف
زوال روسازی های صلب عمدتا به دلیل گسترش ترک خوردگی می باشد که این ترک خوردگی می تواند از مکانیسم های مرتبط با دوام یا ناشی از تکرار بارگذاری باشد. با وجود اهمیت انتشار ترک در عملکرد روسازی بتنی، مدل های سنتی از روابط تجربی بین ترک خوردگی و سطح اولیه تنش کششی استفاده می کنند. در این مدل ها هیچ ترک های پیش رونده ای در نظر گرفته نشده و فقط تکرار بارگذاری تا شکست نمونه تخمین زده می شود. اگر چه برای سال های زیادی این رویکرد در طراحی با موفقیت استفاده شده اما درک عمیق تر از تاثیر ساختار مصالح بتنی و هندسه دال بر ترک خوردگی، نیاز به استفاده از علم مکانیک شکست دارد .
از سال1892 هنگامی که اولین روسازی بتنی در امریکا اجرا شد ، تکنولوژی روسازی بتنی در حال تغییر و تحول برای رفع نیازهای فعلی و آینده است. این پیشرفت ها که در زمینه های مختلفی رخ می دهد ، نتیجه ی همکاری مردم و سازمان ها - صنعت، بخش عمومی و دانشگاهی - است که همه در تلاش برای رسیدن به بهترین گزینه های ساخت ، بهسازی ، حفظ و ترمیم هستند.
آگاهی از نحوه ایجاد و رشد خرابی در روسازی ها به ویژه ترک ها می تواند منجر به طراحی روسازی با عملکرد بهتر شود. برای پیش بینی عملکرد روسازی از مدل های پیش بینی ترک استفاده می شود که در این میان مدل هایی که بر پایه ی مکانیک شکست بنا شده اند به رفتار واقعی ترک به ویژه در هنگام انتشار ترک نزدیک تر می باشند.
از طرفی اهمیت جنبه های زیست محیطی ساخت روسازی راه ها بسیار قابل توجه می باشد. امروزه یکی از رویکردهای مهم صنعت بازیافت، بازیافت پسماندها می باشد. اهمیت این رویکرد نه تنها از دیدگاه اقتصادی حائز اهمیت است، بلکه کمک شایانی به کاهش تاثیرات منفی زیست محیطی[4] از جمله فرونشست زمین ، آلودگی آب های جاری و آلودگی هوا می کند.
بنابراین با توجه به منابع زیاد زباله زغال سنگ و اثرات مخرب آن بر محیط زیست و طبیعت ، ارائه راهکارهای مهندسی جهت بهره برداری از این زباله ها در ساخت بتن، می تواند اثر بسیار زیادی در استفاده از این زباله ها و به دنبال آن کاهش خطرات زیست محیطی ناشی از دپوی ان ها در طبیعت داشته باشد.
-2-1 انواع روسازی های بتنی
روسازی های بتنی به چهار دسته تقسیم می شوند.
1-2-1 روسازی بتنی غیر مسلح درز دار - - JPCPٌ
یک روسازی بتنی غیر مسلح درز دار بایستی با درزهای انقباض با فواصل نزدیک به هم ساخته شود. داولٍ - میلگرد اتصال یا قفل و بست سنگدانه ای - ممکن است برای انتقال با ر در عرض درزها مورد استفاده قرار گیرد. کاربرد استفاده یا عدم استفاده از داول ها با توجه به مناطق جغرافیایی مختلف با یکدیگر متفاوتند. بسته به نوع سنگدانه، آب و هوا و تجارب قبلی ، فاصله بین درزها معمولا تا 9متر مورد استفاده قرار گرفته است. در صورت افزایش فاصله درزها قفل و بست سنگدانه های کاهش یافته و ریسک بوجود آمدن ترک افزایش می یابد. بر اساس تحقیقات به عمل آمده در سال1978 توسط تعدادی از محققین حداکثر فاصله درزها 6متر برای درزهای داول دار و 4.5متر برای درزهای بدون داول توصیه شده است.
-2-2-1 روسازی بتنی مسلح پیوسته - CRCP - َ
اولین بار این نوع روسازی بتنی که در آن درزها حذف می گردد در سال 1921 در نزدیکی واشنگتن مورد استفاده قرار گرفت. به دلیل مزایای آن در بیش از 24 ایالت آمریکا در حدود 32000کیلومتر راه دو خطه با این نوع روسازی مورد استفاده قرار گرفته است، یکی از دلایل استفاده از این روسازی حذف درزها به عنوان نقطه ضعف در روسازی است که حذف آن منجر به کاهش ضخامت مورد نیاز می شود. ضخامت CRCP بطور تجربی از 25 تا 50میلی متر کم تر و تقریبا در حدود 70 تا 80درصد ضخامت روسازی معمولی می باشد.
-3-2-1 روسازی بتنی مسلح درز دار - JRCP - ُ
در این نوع روسازی آرماتورهای فولادی به کار رفته بر خلاف شبکه های سیمی یا میلگردهای آجدار نه به منظور افزایش مقاومت سازه ای روسازی بلکه به جهت افزایش فاصله درزها تعبیه می شوند. فواصل درزها از 9 تا 30متر متغیر است. به دلیل افزایش طول پانل ها، لازم است داول ها برای انتقال بار در عرض درزها قرار داده شوند. مقدار توزیع فولاد در JRCP با افرایش فاصله درزها افزایش می یابد. در هر حال هزینه تعداد درزها و داو ل ها با افزایش فاصله درزها کاهش می یابد. براساس هزینه های اره کردن، مش، داول ها و پرکننده های درزها، تحقیقات به عمل آمده در سا ل1978 نشان داد که اقتصادی ترین فاصله درزها در حدود 12متر است. از آنجا که هزینه نگهداری بطور کلی با افزایش فاصله درزها افزایش می یابد حداکثر فاصله درز 12متر توصیه می گردد.
-4-2-1 روسازی بتنی پیش تنیده - PCP - ٌ
بتن در کشش ضعیف و در فشار قوی است. ضخامت لازم برای روسازی بتنی بر اساس مدول گسیختگی و مقاومت کششی بتن تعیین می شود. اعمال یک تنش فشاری قبلی به بتن، تنش کششی بوجود آمده در بتن به وسیله بارهای ترافیک را بسیار کاهش داده بنابراین باعث کاهش ضخامت بتن مورد نیاز می شود. کاهش احتمال به وجود آمدن ترک و پیدایش درزهای عرضی در روسازی های بتن پیش تنیده، منجر به کاهش هزینه نگهداری و افزایش عمر روسازی می گردد. اولین روسازی پیش تنیده در ایالات متحده آمریکا در یک روسازی 100متری در سال1971 در دلویرٍ ساخته شد. بعد از آن در همان سال یک پروژه آزمایشی به طول 976متر به عنوان راه دسترسی در فرودگاه بین المللی دالاسَ ساخته شد.
-3-1 مزایای روسازی بتنی
- دارای عمر بهره برداری بالاتری نسبت به روسازی آسفالتی می باشد هزینه کمتری در چرخه عمر نسبت به روسازی آسفالتی دارد.
- قابلیت رویت بسیار مناسب تری در هنگام شب با انعکاس نور از خود نشان می دهد و علاوه بر کاهش نیاز به روشنایی باعث کاهش نرخ تصادفات می شود.
- سر و صدای کمتری هنگام رانندگی دارد که از اهمیت زیادی به ویژه در محیط شهری برخوردار است. ِ- دارای سطحی هموار در عمر سرویس دهی خود بوده که باعث راحتی رانندگی می شود. ّ- مصرف انرژی اولیه کمتری داشته به طوری که روسازی آسفالتی دو تا چهار برابر مصرف انژری دارد.
- کربن دی اکسید از ساخت این نوع روسازی در محیط منتشر شده زیرا روسازی آسفالتی به علت انعطاف پذیر بودن نیروی وارد شده غلتک را جذب کرده بنابراین غلتک نیاز به سوخت بیش تری برای حرکت دارد.
- کاهش پتانسیل هیدروپلنینگُ که به علت وجود یک لایه آب بین سطح روسازی و لاستیک خودرو به وجود می آید و باعث انحراف و از دست دادن کنترل می شود
-4-1 انواع پسماند مورد استفاده در بتن
-1 خاکستر بادی5
-2 زباله ماسه ریخته گریّ
-3 سرباره فولادْ
-4 سرباره مسَ
-5 سرباره کوره رویُ
-6 سرباره کوره آهن گدازیٌ
