مقدمه

تراورس به عنوان یکی از اجزای روسازی خط راه آهن استفاده می‌شود لذا دائما در معرض تغییرات جوی قرار می‌گیرد و این تغییرات معمولا اثرات مخربی روی بتن می‌گذارند.
برای کاهش این اثرات مخرب باید تمهیداتی توسط طراحان و مهندسان اتخاذ گردد تا خوردگی بتن را کاهش و دوام آن را افزایش دهند.از این رو برای افزایش دوام و کنترل ترک بتن مواد افزودنی مناسبی استفاده می‌کنند که الیاف پلی پروپیلن یکی از این مواد می‌باشد که می‌تواند نقش تعیین کننده‌ای در افزایش دوام و کاهش ترکهای بتن داشته باشد.در این مقاله تاثیر الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت‌های کششی،خمشی و فشاری بتن تراورس را بررسی خواهیم کرد. در نتیجه با اضافه کردن مقادیر مختلفی از الیاف pp به ۷۲ نمونه ساخته شده، به مقدار بهینه ۰٫۷ کیلوگرم برمتر مکعب دست یافتیم که این مقدار با نتایج ثبت شده‌ی دیگر محققان منطبق می‌باشد.

با توجه به اهمیت کلیدی بتن تراورس به عنوان یک عنصر سازه‌ای بتنی استفاده از مصالحی که مقاومت این بتن را افزایش و در نتیجه هزینه های نگه داری این عنصر را کاهش دهد بسیار حیاتی می‌باشد و از این طریق می توان هزینه تعمیر و نگه داری این عنصر را در حد قابل توجهی کاهش داد.اگر چه خوردگی آرماتورهای این بتن در محیط‌های خوردنده و دارای یونهای خورنده یکی از مسائل مشکل آفرین به این بتن می باشد اما یکی از عمده آسیب های بتن تراورس ترک های ناشی بارگذاری تکراری چرخ و ترکهای ناشی از تغییرات دمای محیط می‌باشد.

اگر در کشور ما سالیانه حدود پانصد کیلومتر خط آهن احداث گردد بدین منظور ۸۳۳،۰۰۰ عدد تراورس در این خطوط استفاده می شود. با توجه به قیمت تقریبی سیصد هزار ریالی هر یک از تراورسها، هزینه کل سالانه مربوط به این تعداد تراورس در توسعه خطوط جدید معادل — ریال می‌باشد. اگر به طور خوشبینانه سالانه ده درصد این تراورس‌ها نیاز به تعویض و نگه داری داشته باشند،باید هزینه‌ی قابل توجه به این تعویض و نگه داری اختصاص یابد.در نتیجه مدیران خطوط ریلی در صدد جلوگیری از تخریب تراورس‌ها می باشند تا هزینه های تعویض ونگه داری را کاهش دهند.
با استفاده از روشهای متعددی از جمله استفاده از الیاف پلیمری ،استفاده از نوارهای کامپوزیتی الیافی که به صورت دورپیچ در نواحی با تنش بالا به کار می رود‌‌ و پاشش رزین‌های اپوکسی روی سطح بتن می‌توان دوام و پایداری تراورس ها را افزایش داد.اما در مقایسه با همه این روشها استفاده از الیاف پلیمری پلی پروپیلن کم هزینه تر و بهینه تر می‌باشد.

لذا برای جلوگیری از ترک بتن از مصالح مختلفی استفاده می‌شود که در این مقاله نتیجه و نحوه‌ی استفاده از الیاف پلی پروپیلن برای جلوگیری از ترکهای بتن را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

متدلوژی تحقیق حاضر

در این تحقیق با توجه به خواص منحصر به فرد الیاف پلی پروپیلن در کنترل ترک بتن تلاش شده تا با انجام آزمایشهای متعددی کارایی الیاف pp در کنترل ترک‌های بتن تراورس و همچنین تاثیر آن بر مشخصه های مقاومتی نشان داده شود.

با توجه به آزمایش های انجام شده مقدار بهینه‌ی الیاف پلی پروپیلن برابر ۰/۷ کیلو گرم بر متر مکعب به بتن مورد استفاده در ساخت تراورس‌ بتنی اضافه شده و تاثیر آن بر افزایش مقاومت کششی برزیلی به میزان ۳۳ درصد مشاهده شده است.نتیجه‌ی این موضوع نشان می‌دهد که استفاده از لیاف پلی پروپیلن می‌تواند ایجاد و توسعه ترک‌های سطحی را به میزان قابل قبولی تحت تاثیر قرار دهد.از سوی دیگر با انجام ازمایش خمش یک نقطه‌ای روی نمونه‌های منشوری حاوی میزان بهینه الیاف بتن، مقدار مقاومت خمشی بتن ارزیابی وضمن مقایسه با نمونه‌ی شاهد، افزایشی ده درصدی ملاحظه شده است.مهمترین خاصیت استفاده از الیافpp در تولید تراورسهای بتنی،افزایش مقاومت در برابر خوردگی و محافظت از آرماتورهای پیش تنیدگی تراورس می باشد.در مجموع یافته‌های ازمایشگاهی این مقاله و تحقیق نشان می‌دهد استفاده از الیاف پلی پروپیلن در تراورس های بتنی تاثیر مثبت دارد.در این تحقیق ۷۲ نمونه‌ی آزمایشگاهی ساخته شد که با توجه به اهمیت الیاف استفاده شده در بخض بعدی مشخصات فیزیکی و مکانیکی این نوع الیاف پلیمری مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد.

مشخصات الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده

هشتاد و پنج درصد اتیلن پروپیلن (Ethylen-Propylen) از الیاف پلی الفین(Poly-Olefin) و یا از انواع دیگر الفین تشکیل شده.پلی پروپیلن و پلی اتیلن، مهمترین الیاف الفینی را تشکیل می دهند که به گروه الیاف مصنوعی تعلق دارند.اولین الیاف الفینی از پلی اتیلن سبک در اواخر دهه‌ی ۱۹۳۰ در انگلستان ساخته شد که برای پوشش صندلی اتومیبیل می‌رسید و به مرور زمان استفاده از این متریال پلیمری در صنایع دیگر نیز رواج پیدا کرد.
در این تحقیق مشخصات و شکل الیاف پلی پروپیلن استفاده شده در جدول و شکل یک نشان داده شده است .

برنامه آزمایش‌ها و ساخت نمونه‌ها

مصالح و مواد مصرف شده در این تحقیق

در این پژوهش از مصالحی استفاده شده که در کارخانه‌ی تراورس سازی کرج استفاده شده است.لذا مصالح استفاده شده عبارتند از مصالح درست دانه (شن) از نوع شکسته در دو نوع نخودی و بادامی و مصالح سنگی ریزدانه (ماسه) معدنی است. دانه بندی و درصد اختلاط مصالح با توجه به مقادیر پیشنهاد شده در نشریه ۳۰۱ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور (مشخصات فنی و عمومی روسازی خطوط بالاستی راه آهن) صص ۴۰-۴۶، ۱۳۸۴ برای تولید و ساخت تراورس انتخاب شده است. در این نشریه جهت دانه بندی مصالح از استاندارد ۲-۰۳۲۳۱ DIN EN آلمان استفاده شده است.در طرح اشاره شده از سنگدانه‌هایی با اندازه ۱۶ میلی متر برای ساخت نمونه‌های بتنی استفاده شده است.
مقاومت سایشی سنگدانهه‌های مصرفی باید بر اساس روش D طبق استاندارد ASRM C131 کنترل شده و در نهایت به ۴۰ درصد محدود شوند.از سوی دیگر ماسه‌ای که استفاده میشه باید در عدم واکنش با قلیایی‌ها (روش شیمیایی) بر اساس استاندارد (ASTM C289) مکفی باشد. سیمان استفاده شده در این پژوهش تیپ دو می‌باشد و در ساخت تراورس کذکور دقیقا از همین سیمان استفاده می‌شود. در یک جمع بندی سیمان مصرفی باید ضوابط ASTM C150 را برآورده کند. آبی که در این طرح اخطلاط برای ساخت نمونه استفاده شده است آب شرب تهران می باشد و مشخصات الیاف پلیمری استفاده شده نیز باید با مشخصات استاندارد تراورس‌های کامپوزیت AREMA Part4 مطابق باشد.

طرح اختلاط بتن‌های الیاف

در این بخش از آزمایش به تبیین و تشریح طرح اختلاط بتن استفاده شده در کارخانه تراورس کرج می‌پردازیم.ما در این آزمایش از همین طرح اختلاط استفاده کرده‌ایم و تاثیر استفاده از الیافpp بر همان بتن مورد مطالعه قرار داده شده است.جزئیات طرح اختلاط استفاده شده در بتن تراورس را در جدول زیر مشاهده می‌کنید.

روند ساخت نمونه ها

جهت بررسی تاثیر میزان الیاف پ پ نمونه‌های متنوعی از بتن با افزودن مقادیر مختلف الیاف تولید کردیم.

نحوه اختلاط الیاف با بتن به این صورت است که الیاف باید توسط اپراتور از حالت فشرده خارج شده و یا در آب حل شده و سپس به بتن اضافه گردد در غیر این صورت به صورت یکنواخت در بتن پراکنده نخواهد شد.

طبق آیین نامه‌ی ACI اختلاط بتن همراه با الیاف حدودا یک دقیقه زمان نیاز دارد تا از مخلوط شدن الیاف با بتن مطمئن شویم که در ساخت نمونه ها رعایت شده است.

پس از اتمام اختلاط ازمایش‌های اولیه روی بتن تازه صورت گرفته و سپس مخلوط به قالب‌های مکعبی ۱۵*۱۵*۱۵ سانتی متری برای آماده سازی نمونه‌ی بتنی جهت آزمایش مقاومت فشاری و قالب‌های استوانه‌ای شکل ۱۵*۳۰ سانتی برای انجام آزمایش مقاومت کششی و قالب‌های منشوری ۱۵*۱۵*۶۰ سانتی برای تست مقاومت خمشی ریخته شده است.نمونه‌ها پس از اعمال لرزش اولیه، ۲۴ ساعت در درون قالب در اتاق مرطوب با رطوبت مناسب قرار گرفتند و همزمان نمونه‌ها به طور متعادل آب پاشی شده اند.سپس قالب‌های نمونه‌ها باز شده و بلافاصله نمونه‌ها در مخزن آب و در دمای کنترش شده‌ی ازمایشگاه (۲۲ تا ۲۵ درجه سانتیگراد)غوطه ور شدند.

جزئیات آزمایش‌ها و نتایج به دست آمده

آزمایش‌های بتن تازه

برای تفسیر رفتار بتن الیافی، ازمایش اسلامپ به صورت آزمایش VB و اندازه گیری چگالی بتن تازه مد نظر قرار دادیم که نتایج حاصله در جدول زیر ارائه شده است.

مقدار الیاف (کیلو گرم بر متر مکعب)	وزن مخصوص (تن بر مترمکعب)	VB (ثانیه)
۰	۲/۴۲	۳۰/۵
۰/۷	۲/۴۰	۴۶/۲
۰/۹	۲/۳۹	۴۹
۱/۵	۲/۳۸	۴۸
۲	۲/۳۷	۵۳
۴	۲/۳۶	۵۵

منبع:مقاله‌ی بررسی آزمایشگاهی تاثیر الیاف پلی پروپیلن بر رفتار بتن تراورس نوشته مرتضی اسماعیلی و سید علی قهاری
ادامه دارد…