هرهفته شنبه ها - سال سیزدهم

پرتیراژترین نشریه صنعت ساختمان

نشریه شماره   177   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

الیاف ماکروسینتتیک

مقدمه
با پیدایش سیمان پرتلند در سال 1824 میلادی، در سال 1830 میلادی بتن سیمانی برای اولین بار تولید شد. بتن به‌عنوان یک مصالح جدید با ویژگی های فوق‌العاده در ساخت آسان و شکل‌گیری در قالب به فرم های مختلف، به‌سرعت و به‌صورت گسترده در مهندسی عمران و هیدرولیک مورد استفاده قرار گرفت. با وجود مزایای ذاتی بتن که بالا بودن مقاومت فشاری یکی از آنها می‌باشد، اما بتن دارای ضعف های ذاتی مانند ترک‌خوردگی های ناشی از جمع شدگی پلاستیک، مقاومت کم در برابر خستگی، انرژی پذیری ضعیف، مقاومت کششی کم، ترک خوردن آسان، مقاومت کم در برابر ضربه و ... می‌باشد. ضعف های بتن مانع از استفاده گسترده آن در بعضی کاربردها و پروژه‌ها ، به‌خصوص در روسازی های راه پر ترافیک شده است.
با مطالعات گسترده و انجام آزمایش‌ها و تحقیقات میدانی در کشورهای مختلف دنیا نظیر امریکا، کانادا، استرالیا، آفریقا، کشورهای اروپایی، چین، هند، اندونزی، مالزی و... طرح استفاده از روسازی های بتنی مسلح شده با الیاف به‌عنوان راه‌حلی مناسب و اقتصادی برای اصلاح، بهبود و رفع ضعف های ذاتی بتن و افزایش طول عمر آن از طرف محققین پیشنهاد شده است.
در کشور ما به دلیل در دسترس بودن و قیمت پایین سیمان و از طرفی مشکل تولید بیش از نیاز سیمان در کشور و جلوگیری از وارد شدن ضررهای کلان به صنعت سیمان، و همچنین هزینه‌های زیاد تولید قیر و مشکلات زیست‌محیطی ناشی از آن، جای خالی انواع روسازی های بتنی و به‌خصوص RCC در پروژه‌های ملی بیشتر احساس می‌شود.در این مقاله سعی شده تا نتایج موفق کاربرد الیاف ماکروسینتتیک در روسازی های بتنی برای بهبود عملکرد آن و افزایش طول عمر بستر راه در کشورهای پیشرفته دنیا بررسی گردد.
تاریخچه روسازی بتن غلتکی RCC
ساخت روسازي بتن غلتکي روشي نوين در راستاي توسعه و تکامل مصالحي نظیر خاک تثبیت‌شده با سيمان و يا اساس اصلاح‌شده با سيمان (CTB) می‌باشد که مدت هاي مديدي به‌عنوان زيراساس و اساس در طراحي و ساخت روسازی‌ها کاربرد داشته‌اند. این‌گونه کاربردهاي اوليه بتن غلتکي در بسياري از کشورها قبل از جنگ جهاني اول نيز صورت گرفته است. مهندسين کانادايي در ایالت بريتيش کلمبيا در سال 1970 به‌منظور ايجاد لایه‌های اساس با کيفيت بالاتر کاربرد سنگدانه با مقدار بالاتري از سيمان را آغاز کردند. گام بعدي در نظر گرفتن روسازي بتن غلتکي به‌عنوان روسازي کامل و بدون نياز به لايه روکش بود. اولين کاربرد روسازي بتن غلتکي بدين شکل در ساخت محوطه‌ای براي کارخانه‌های چوب و الوار با بارگذاري سنگين در ونکوور در سال 1970 بود. عملکرد روسازي بتن غلتکي در اين محوطه که تحت بارگذاري سنگين و همچنين سايش شديد بود بسيار موفقیت‌آمیز بود به‌نحوی‌که از آن زمان روسازي بتن غلتکي براي ساخت روسازي محوطه‌های صنعتي کاربرد وسيعي در کانادا و دیگر کشورها داشته است.
کاربرد الیاف در روسازی های بتنی
طی سال های گذشته مطالعات زیادی در مورد نحوه بهبود عملکرد روسازی های بتنی در جهان انجام شده است که مهم‌ترین و کاربردی‌ترین روش که از نظر اقتصادی هم به صرفه باشد، استفاده از الیاف های ماکروسینتتیک در انواع مختلف روسازی های بتنی می‌باشد. در ادامه مطلب به 3 تحقیق میدانی انجام‌گرفته در کشورهای امریکا، چین و هند در زمینه تأثیر کاربرد الیاف های ماکروسینتتیک در روسازی های بتنی و نتایج آزمایش های آنها خواهیم پرداخت.
1- نتایج تحقیقات مرکز پژوهشکده حمل‌ونقل دانشگاه تگزاس امریکا
روسازی های بتنی پیوسته (CRCP) بیشترین بخش روسازی های بزرگراه‌های شهری ایالت تگزاس امریکا را به دلیل کیفیت بالا، نیاز به تعمیر و نگهداری کم و طول عمر زیاد تشکیل می‌دهند. اما یکی از مشکلات رایج این روسازی‌ها، پدیده Spalling (یا ترک‌خوردگی، ورقه‌ای، پوسته‌ای و ساییده شدن سطح روسازی های بتنی در محل درزها یا ترک‌ها) می باشد. در شکل زیر نمونه‌ای از این خرابی دیده می‌شود.
برای رفع و کاهش این خرابی متخصصین پژوهشکده حمل‌ونقل دانشگاه تگزاس مطالعات گسترده‌ای انجام دادند و در نهایت به طرح استفاده از الیاف در این روسازی‌ها رسیدند. برای اثبات تأثیر مثبت الیاف آزمایش‌هایی انجام شد که نتیجه آنها نشان داد؛ استفاده از بتن مسلح شده با الیاف باعث افزایش چشمگیر میزان جذب انرژی (toughness) و مقاومت پس از ایجاد ترک در روسازی های بتنی خواهد شد (بر اساس استانداردهای ASTM C1018, C1399). همین دو نتیجه شاخص بسیار خوبی برای نمایش و درک عملکرد بهتر روسازی های بتنی الیافی در برابر پدیده Spalling می‌باشد اما تحقیقات آنها به اینجا ختم نشد و برای اطمینان از این نتایج، دو پروژه آزمایشی در مقیاس بزرگ را در دو فصل مختلف تابستان و زمستان برای بررسی کامل تأثیر الیاف‌ها بر عملکرد روسازی بتنی انجام دادند.
نتایج این تحقیقات نشان داد که پس از گذشت 235 روز از اجرای پروژه اول، کلیه روسازی های بتنی بدون الیاف دچار خرابی Spalling شده‌اند اما بر روی هیچ‌کدام از بخش های مسلح شده با الیاف کمترین اثری از این خرابی دیده نمی‌شود که این امری بسیار خوشحال کننده است. نتایج پروژه دوم نیز نشان داد که کاربرد الیاف در بتن باعث افزایش میزان جذب انرژی، کاهش عرض ترک‌ها، افزایش میزان باربری روسازی در اطراف ترک‌ها می‌شود و منجر به مقاومت طولانی تر در برابر پدیده ورقه‌ای و پوسته‌ای شدن و سایش سطح روسازی بتنی خواهد شد.
2- نتایج تحقیقات در کشورهای چین و هند
کاربرد الیاف در روسازی های بتنی کشور هند به‌قدری گسترش پیدا کرده که استفاده از الیاف در اداره استاندارد هند (BIS)، انجمن راه و چندین آیین‌نامه و مقررات ملی و نظامی این کشور تأییدشده و دستورالعمل های اجرایی توصیه شده است.
نتایج تأثیر الیاف با توجه به تحقیقات صورت گرفته در کشورهای هند و چین در جدول زیر ارائه شده است :
ارائه دهنده مقاله:
شرکت دانش رویان یکتا ماندگار (دریم)