الیاف ماکروسینتتیک

مقدمهبا پیدایش سیمان پرتلند در سال 1824 میلادی، در سال 1830 میلادی بتن سیمانی برای اولین بار تولید شد. بتن به عنوان یک مصالح جدید با ویژگی های فوق العاده در ساخت آسان و شکل گیری در قالب به فرم های مختلف، به سرعت و به صورت 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 ترک خوردگی 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 پروژه ها ، به خصوص در روسازی های راه پر ترافیک شده است.با مطالعات گسترده و انجام آزمایش ها 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 به عنوان راه حلی 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 هزینه های زیاد تولید قیر و مشکلات زیست محیطی ناشی از آن، جای خالی انواع روسازی های بتنی و به خصوص RCC در پروژه های 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 RCCساخت روسازی بتن غلتکی روشی نوین در راستای توسعه و تکامل مصالحی نظیر خاک تثبیت شده با سیمان و یا اساس اصلاح شده با سیمان (CTB) میباشد که مدت های مدیدی به عنوان زیراساس و اساس در طراحی و ساخت روسازیها کاربرد داشته اند. این گونه کاربردهای اولیه بتن غلتکی در بسیاری از کشورها قبل از جنگ جهانی اول نیز صورت گرفته است. مهندسین کانادایی در ایالت بریتیش کلمبیا در سال 1970 به منظور ایجاد لایه های اساس با کیفیت بالاتر کاربرد سنگدانه با مقدار بالاتری از سیمان را آغاز کردند. گام بعدی در نظر گرفتن روسازی بتن غلتکی به عنوان روسازی کامل و بدون نیاز به لایه روکش بود. اولین کاربرد روسازی بتن غلتکی بدین شکل در ساخت محوطه ای برای کارخانه های چوب و الوار با بارگذاری سنگین در ونکوور در سال 1970 بود. عملکرد روسازی بتن غلتکی در این محوطه که تحت بارگذاری سنگین و همچنین سایش شدید بود بسیار موفقیت آمیز بود به نحویکه از آن زمان روسازی بتن غلتکی برای ساخت روسازی محوطه های صنعتی کاربرد وسیعی در کانادا و دیگر کشورها داشته است. کاربرد الیاف در روسازی های بتنیطی سال های گذشته مطالعات زیادی در مورد نحوه بهبود عملکرد روسازی های بتنی در جهان انجام شده است که مهم ترین 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 انجام گرفته 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 حمل ونقل دانشگاه تگزاس امریکاروسازی های بتنی پیوسته (CRCP) بیشترین بخش روسازی های بزرگراه های 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 ترک خوردگی، ورقه ای، پوسته ای و ساییده شدن سطح روسازی های بتنی در محل درزها یا ترک ها) می باشد. در شکل زیر نمونه ای از این خرابی دیده میشود.برای رفع و کاهش این خرابی متخصصین پژوهشکده حمل ونقل دانشگاه تگزاس مطالعات گسترده ای انجام دادند و در نهایت به طرح استفاده از الیاف در این روسازیها رسیدند. برای اثبات تأثیر مثبت الیاف آزمایش هایی 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 الیاف ها 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 شده اند اما بر روی هیچ کدام 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 ترک ها، افزایش میزان باربری روسازی در اطراف ترک ها میشود و منجر به مقاومت طولانی تر در برابر پدیده ورقه ای و پوسته ای شدن و سایش سطح روسازی بتنی خواهد شد.2- نتایج تحقیقات در کشورهای چین و هندکاربرد الیاف در روسازی های بتنی کشور هند به قدری گسترش پیدا کرده که استفاده از الیاف در اداره استاندارد هند (BIS)، انجمن راه و چندین آیین نامه 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)