+- تالار گفتگوی کیش تک/ kishtech forum (http://forum.kishtech.ir)
+-- انجمن: پردیس فناوری کیش (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=1)
+--- انجمن: طراحی صنعتی (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=198)
+--- موضوع: استفاده از الياف در آسفالت (/showthread.php?tid=52871)
استفاده از الياف در آسفالت - sajad.akhuondi9446 - 06-05-2021
پرديس فناوري کيش طرح مشاوره متخصصين صنعت و مديريت گروه اجرائي و عمران
استفاده از الياف در آسفالت
1.مقدمه
امروزه راه يكي از عوامل مهم در ارتباط و انتقال مسافران و بارها مي‌باشد و از عوامل مهم روز است كه بحث هاي بسياري دارد و كنفرانسهاي مختلفي در رابطه با آن برگزار مي شود.در راه هاي با آمد وشد زياد ،در رويه راه از مصالح قيري يا سيماني استفاده مي شود .كه در اثر اعمال بار اين نوع رويه ها دچار تغيير شكلهايي مي شود كه باعث ايجاد تنشهاي كششي افقي در لايه روسازي مي شود كه اگر اين تنشها از ميزان استقامت كششي مصالح بيشتر باشد باعث ايجاد ترك مي گردد.
يكي از روشهاي مهم براي كاهش و كنترل عرض تركهاي حاصل از كشش مستقيم استفاده از الياف است.
به منظور ايجاد شرايط ايزوتروپ و به منظور ايجاد سيستمي كه بتواند در تمام جهات به طور تقريبا يكنواخت سبب افزايش نرمي شده و مقاومت كششي را نيز حفظ كند ،استفاده از رشته هاي نازك و كوتاه كه به صورت تصادفي در تمام جهات در آسفالت توزيع شود .روش مناسبي به نظر مي رسد .اين رشته نازك ،الياف ناميده مي شوند كه داراي انواع و شكلهاي مختلف بوده و كاربردهاي متعددي دارند. ازچمله آنها الياف فولادي ،پليمري ،شيشه‌اي و … مي باشد .
2.تركها در آسفالت:
الف )ترك موزاييكي ( پوست ماري – سوسماري ):
اين ترك به علت داشتن شباهت به پوست بدن سوسمار به اين نام شناخته شده است .
اين خرابي با ترك خوردن تمام و يا قسمتي از سطح رويه آسفالتي به شكل نسبتأ كوچك چند ضلعي ظاهر مي‌شود كه با تكرار بار گذاري بر وسعت آن افزوده مي شود .
علت به وجود آمدن اين نوع تركها تغيير شكل يا خستگي بيش از حد در اثر بار گذاري بر روي لايه ها مي باشد و معمولا در روسازيهاي كه بر روي لايه هاي اساس و زير اساس كه تراكم كافي نداشته و يا خاكهايي كه داراي تغيير شكل زياد و مقاومت كم مي باشند ايجاد مي شوند .
ب) ترك برشي (كناري ):
اين تركها به موازات محور طولي راه و به فاصله كمي از روسازي بوجود مي آيند اين نوع تركها ممكن است علاوه بر تركهاي طولي داراي تركهاي عرضي نيز باشند كه معمولا يك يا چند ترك طولي را قطع كرده و به روسازي منتهي مي گردد.
علت بوجود آمدن اين تركها ميتواند فقدان پايداري و استقامت برشي خاك يا مصالح كناره هاي روسازي باشد كه عدم تراكم محل كنده شده و عبور وسايل نقليه به فاصله كم از محل كنده شده باعث تغيير شكل جانبي خاك و ايجاد ترك مي شود .
ج)تركهاي انقباضي :
اين ترك در اثر تغيير حجم و جمع شدن رويه در اثر افت دماي محيط مي باشد كه معمولا عرضي بوده و گاهي به شكل مجموعه اي از تركهاي به هم پيوسته كه قطعات بزرگي را تشكيل مي دهند وجود دارند تفاوت بين اين ترك و ترك موزاييكي اين است كه در اين ترك سطح رويه به قسمتهاي بزرگتري تقسيم شده و در گوشه ها تيزتر مي باشد .
علت بوجود آمدن اين تركها استفاده قير سفت در منطقه آب و هوايي خاص مي باشد .
د)تركهاي بين دو خط:
اين تركها همان درزهاي طولي بين خطوط راه هستند كه به دليل اجراي غير هم زمان رويه آسفالتي خطوط مجاور بوجود مي آيند كه به علت اجراي نادرست رويه درز آنها باز مانده و با ورود آب شاهد خرابي بيشتري خواهيم بود همچنين اين خرابي بين خط كناري و شانه آسفالتي راه ممكن است بوجود آيد.
و)تركهاي انعكاسي :
اين تركها در سطح روكش آسفالتي و در محل تركهايي كه در سطح روسازي قديمي بوده بوجود مي آيد، كه علت آن حركات قائم و افقي لايه واقع در زير روكش آسفالتي است .
ي)تركهاي هلالي :
اين تركها در مسير حركت وسايل نقليه به علت وارد شدن نيروهاي شديد افقي (ترمز كردن )در سطح رويه آسفالتي بوجود مي آيد كه علت آن ميتوان فقدان چسبندگي بين لايه رويه آسفالتي و لايه زيرين آن باشد .
[img=570x2]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.gif[/img]
3.مواد افزودني و تأثير آن در آسفالت:
مهمترين فوايد مواد افزودني :
1)كاهش قيمت 2)كم شدن ضخامت لايه هاي آسفالتي 3)كم شدن مرمت هاي روزمره و طولاني شدن فواصل بين بهسازي رويه هاي آسفالتي 4)بالا رفتن فشار مجاز آسفالت 5)بكار گرفتن توليدات جديد صنعتي و وسايل جديد در توليد و اجراء 6)بكار گرفتن ضايعات صنايع و بهداشت محيط زيست
تقسيم بندي مواد افزودني :
1- پركننده ها (Fillers) 2- مواد جايگزين شونده (Extenders) 3-مواد رشته اي يا الياف (Fibers) 4- اكسيد كننده‌ها Oxidants)) و اكسيد شونده‌ها Anti oxidants)) 5- مشتقات نفتي يا هيدروكربن‌ها Hydrocarbons)) 6- اتصال دهنده‌ها (Anti strips) 7- لاستيكها و پلاستيكها يا پليمر‌ها (Polymers)
آسفالت اليافي:
توليد آسفالت اليافي :
افزايش نسبت ظاهري ( l/d )موجب تجمع و درگيري رشته هاي اليافي در يكديگر مي گردد براي مخلوط يكنواخت ،نسبت ظاهري حداكثر به عدد 100 محدود مي شود .
چنانچه درصد حجمي الياف از 2 درصد افزايش يابد مشكلاتي در كيفيت آسفالت پديد مي آيد .
خصوصيات فيزيكي مصالح
0.35 =υ آسفالت
0.35 =υ خاك
تواتر بارگذاري 5HZ و در دماي 20C
ضريب سختي مخلوط آسفالت ماكاوامي متراكم (pa)3.1*10^9
ضريب سختي مخلوط رولد آسفالت (pa)3.5*10^9
معيار خستگي
ضريب سختي مخلوط آسفالت ماكاوامي متراكم(با قير 100 )
(1) LogNf=-9.38-(4.16LogEr)
ضريب سختي مخلوط رولد آسفالت (با قير 50 )(2) LogNf=-9.38-(4.16LogEr)
Er كرنش كششي در زير لايه آسفالت تحت بار چرخ استانداردNf عمر طراحي (مجموع بارهاي محور معادل استاندارد)
مزاياي آسفالت اليافي :
- مقاومت در مقابل تورق ، سايش و هوازدگي سطح
- مقاومت زياد در مقابل تنش هاي خستگي
- مقاومت بسيار عالي در مقابل ضربه
- قابليت كششي عالي ( ظرفيت زياد تغيير شكل نسبي )
- قابليت باربري زياد بعد از ترك خوردگي
- مقاومت كششي ، خمشي و برشي زياد
- طا قت خيلي زياد
قابليت انعطافي كه آسفالت اليافي دارد ، همانند خواص مواد پلاستيكي باعث مي شود كه آسفالت اليافي گسيختگي ناگهاني نداشته باشد . از آنجا كه الياف فولادي در جسم آسفالت به طور سه بعدي به بيان بهتر چند بعدي پراكنده مي شود . در صورت تشكيل يك ترك ،در جهات مختلف ،الياف اتصالاتي را به وجود مي آورد و از گسترش ترك جلوگيري مي نمايد .بنابراين ،رشته هاي الياف به طور فعال در محدود كردن عرض تركها وارد عمل شده و به تشكيل ريز تركهاي زياد همكاري مي نمايد و در نتيجه قابليت بهربرداري آسفالت را افزايش مي دهد . اين مورد به ويژه در دال هاي مهار شده ،همانند روسازيهاي آسفالتي كه در آنها اصطكاك بستر مانع انقباض و انبساط مي شود ،شديدأ به چشم مي خورد.
شايان ذكر است كه عملكرد الياف فولادي و بهبود خواص مكانيكي در آسفالت ،به عوامل زيادي از قبيل طرح اختلاط جنس الياف ،مقدار الياف ،شكل الياف ،نسبت ظاهري (l/d ) و … وابسته است .
كاربريهاي آسفالت اليافي :
باند فرودگاه و راهسازي
يك باند مناسب براي فرود هواپيما و مقابله با شرايط جوي و اثر ضربه ايجاب مينمايد كه باند پرواز نرم پر طاقت و ضربه پذير باشد لذا بكاربري الياف در رويه باند فرودگاه بسيار مناسب مي‌باشد.
در طرح جاده ها و بزرگراهاي پر ترافيك جايگزيني الياف بسيار مقرون به صرفه و اقتصادي خواهد بود زيرا موجب كاهش ضخامت آسفالت ريزي ،كاهش عرض تركهاي ناشي از جمع شدگي و كنترل عرض تركهاي انقباضي و انبساطي مي شود . همچنين موجب افزايش مقاومت روسازي در برابر ضربه ،خستگي و كاهش آثار مخرب عوامل جوي مي باشد ضمن اينكه در پلها و عرشه اسكله ها موجب كاهش بار مرده به علت كم شدن ضخامت دال ،جلوگيري از تغيير شكل رويه و كاهش تنشهاي حرارتي و مقاومت در برابر خوردگي و فرسودگي خواهد شد .
[img=589x2]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.gif[/img]
الياف فولادي:
از پر مصرفترين و بهترين نوع الياف ،الياف فولادي است كه به دليل شكل پذيري ،تأمين گيرداري در جسم آسفالت و مقاومت كششي مطلوب ،نظر اكثر طراحان را به خود جلب كرده است .از آنجا كه در ايران الياف فولادي توليد و يا وارد نمي شوند ،اغلب مهندسان و مشاوران از اين فن آوري بي اطلاع و يا كم اطلاع بوده و همچنين به دليل مشكلات تهيه آن ، از قبيل ارزبري ،هزينه حمل ،حقوق گمركي و … د ر رديف كالاهاي گران قيمت به حساب مي‌آيد و اقتصادي نيست . براي رفع اين مشكل مركز تحقيقات ساختمان و مسكن ،اقدام به ساخت نوعي الياف فولادي موجدار نموده كه از مفتول هاي داخلي ساخته شده است.
الياف فولادي به طور تصادفي در تمام جهات آسفالت پخش مي‌كنند.
با استفاده از الياف فولادي مي توان تركهاي حاصل از كشش مستقيم را كنترل كرد. زيرا پس از ترك خوردن آسفالت ،سريعا الياف به عنوان پل ارتباطي بين دو قطعه جدا شده عمل كرده و نيروهاي كششي را انتقال مي دهند و يكپارچگي قطعه تضمين مي گردد . به همين جهت تعداد تركها در آسفالت افزايش يافته ولي طول ،عرض و عمق آنها بشدت تقليل مي يابد.
الف) خواص الياف فولادي :
1)شكل الياف
شكل الياف يكي از پارامترهاي موثر در كيفيت آسفالت اليافي است . به عنوان مثال ،مقاومت خمشي مشخص را ميتوان با افزودن يك درصد الياف با انتهاي خميده در مقايسه با 1.5 درصد الياف ساده به دست آورد. يعني حدود 50درصد در مقدار الياف صرفه جويي مي شود .
همچنين سطح زير منحني بار ،تغيير شكل در الياف قلابدار بسيار بيشتر خواهد بود كه نشانه جذب انرژي بيشتر است .
جدول 1- تاثير شكل پذيزي الياف فولادي بر روي ميزان چسبندگي آسفالت و الياف
نما و مقطع
متوسط تنش بيرون
كشيدن الياف
مقاومت الياف
طول
قطر
شكل الياف
4.17
1205
متغيير
0.3
مستقيم و ساده
8.1
955
30
0.5
مستقيم و دندانه دار
4.93
1355
40
0.4
قلابدار
5.25
1295
30
0.35
موجدار ريز
13.4
1615
25
0.4
موجدار درشت
7.27
510
14.5
0.3 * 0.4
دم پهن
2)نسبت ظاهري الياف
نسبت ظاهري و يا نسبت طول به قطر الياف يكي از پارامترهاي مهم در عملكرد الياف محسوب مي‌شود به طوري كه وقتي الياف در مخلوط آسفالت تحت با قرار مي‌گيرند،چنانچه طول الياف از طول بحراني LC كمتر باشد . به دليل از دست دادن خاصيت پيوستگي از مخلوط جدا شده و بيرون كشيده مي شود و چنانچه طول الياف از طول بحراني بيشتر باشد ،الياف به حد جاري شدن مي‌رسد و گسيخته مي‌شود . براي حالتي كه طول الياف برابر طول بحراني باشد ،تنش كششي اليافf) σ) و مقاومت برشي (τ)حاصل از تعادل نيروها بدين صورت است
(3) f/τ=2 . Lc/d σ
چنانچه رابطه فوق نشان مي دهد تنش مقاوم الياف و در نتيجه مقاومت پذيري آن ، رابطه مستقيمي با نسبت ظاهري دارد و ليكن بايد توجه داشت كه افزايش نسبت ظاهري موجب كاهش كارآيي و توده شدن الياف و افت كيفيت آسفالت مي شود ،لذا با استفاده از آزمايشهاي تجربي مي توان نسبت ظاهري بهينه را به دست آورد .
3) شيوه قرارگيري الياف :
نحوه جايگيري الياف در محور ترك براي انتقال نيرو در سطح ترك بسيار موثر است و الياف عمود بر سطح ترك بيشترين كارآيي را خواهد داشت .البته جايگيري الياف در آسفالت به صورت كاملا تصادفي است كه در روسازي راه و فرودگاه ها لازم است الياف در دو بعد طول و عرض و به موازات محور افقي كه در واقع در جهت تنش هاي كششي وارده مي باشد توزيع بايد گردد.
4)ضريب ارتجاعي الياف:
در تركيبهاي تحت بار ،هر اندازه كه ضريب ارتجاعي بيشتر باشد ، تنشي كه مخلوط تحمل مي كند بيشتر است و اين امر در صورتي امكان پذير است كه بين الياف و آسفالت پيوستگي وجود داشته باشد . قابل ذكر است هر چه ضريب ارتجاعي الياف بالاتر باشد ظرفيت باربري مقطع بيشتر مي باشد .(شكل 4)
ب) مقاومت استاتيكي الياف فولادي:
مقاومت فشاري :
از آنجا كه آسفالت فشار پذير است و دستيابي به مقاومت فشاري مشخص با تغيير در طرح اختلاط مقدور است ،استفاده از الياف بهبود اين خاصيت نخواهد بود ولي ذكر است الياف فولادي مقاومت فشاري آسفالت را افزايش مي دهد.
مقاومت كششي :
با توجه به اينكه آسفالت در كشش ضعيف است چنانچه الياف فولادي به طور پيوسته و در جهت اعمال تنشهاي كششي قرار گيرند ،مقاومت كششي آسفالت را مي‌افزايد و اين در صورتي است كه الياف آسفالتي كاملا اتفاقي و به صورت رندم در آسفالت قرار مي‌گيرد .البته مقدار دقيق افزايش مقاومت به شكل ،نوع،اندازه و ساير مشخصات الياف بستگي دارد.
مقاومت خمشي :
الياف فولادي اثر قابل توجهي در مقاومت خمشي آسفالت دارد. مقاومت كششي مصالح آسفالتي در دماي 20c براي مدت بارگذاري برابر 50 ميلي ثانيه (سرعت 90km /hr ) تقريبا بين 21- 35kg/cm^2
مقاومت برشي :
الياف فولادي اثر قابل توجهي در مقاومت برشي آسفالت دارد.
مقاومت خستگي :
الياف فولادي اثر قابل توجهي در مقاومت خستگي دارد.خستگي آسفالت و جاده به دليل اثرات ناشي از افزايش زيانهاي رطوبتي به مقدار قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد.لايه هاي ضخيم آسفالت در حالت كنترل تنش و لايه هاي نازك آسفالت در حالت كنترل كرنش تحت افزايش دما شكنندگي لايه نازك كمتر شده و باعث افزايش عمر خستگي ولي در حالت تنش ثابت كرنش در ادامه بارگذاري افزايش مي‌يابد با افزايش دما كاهش عمر خستگي را داريم.
مقاومت ديناميكي:
الياف فولادي اثر قابل توجهي در مقاومت ديناميكي آسفالت دارد.
مقاومت ساييدگي:
الياف فولادي اثر قابل توجهي در مقاومت ساييدگي آسفالت دارد.
[img=608x2]file:///C:\DOCUME~1\DEAR-U~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image011.gif[/img]
ژئو گريدها:
ژئوگريدها موادي شبكه مانند هستند كه داراي سوراخهاي بزرگ است . فاصله بين سوراخهاي در حدود 1 تا 10 سانتي متر (فاصله بين الياف طول و عرض ) است .
انواع ژئوگريدهاي موجود در دنيا:
1-tensarcorp
2- tenaxcorp
3-paragrids
4- tiragrids
5-fortral
6-maxtrex
7-stratagrid
8-othergrids
از ميان اين ژئوگريدها نوع پنج در ايران موجود مي باشد . اين نوع ژئوگريدها ساخت كشور آلمان است و در دو نوع Fortrac و Hatelit ساخته مي شوند كه نوع اول براي مسلح كردن خاك و نوع دوم براي مسلح كردن آسفالت بكار مي رود .هر دو نوع ژئوگريد از الياف تابيده شده پلي استر سخت بافته مي شوند و در محل اتصال به هم وصل مي شوند و يك پوشش كلريد پلي و ينيل (P.V.C) يا مواد قيري در نهايت داده مي شود از كاربردهاي اين نوع ژئوگريدها درايران مي توان مسلح كردن آسفالت پل فولادي نصر ،كالج و صدر را نام برد كه از نوع Hatelit براي اين كارها استفاده شده است و از نوع Fortrac براي احداث ديوار حائل پارك نمايشگاه تهران استفاده شده است .
- مسلح كردن لايه اساسي جاده ها با روكش آسفالتي:
در جاده هاي با روكش آسفالت اگر بخواهند ژئو گريد را در قسمت اساس استفاده نمايند تحقيقات نشان داده است كه بايد ژئوگريد را در قسمت مياني لايه اساس قرار داد .البته گرافهايي در اين زمينه وجود دارد كه با داشتن ضخامت غير مسلح لايه خاكريز مي توان ضخامت مسلح شده با نوع خاص ژئوگريد را بدست آورد . البته اين گرافها براي همه انواع ژئوگريدها موجود نيست.
- مسلح كردن قسمت اساسي جاده ها بدون روكش آسفالت:
كاربرد عمده ژئوگريد در مسلح كردن خاكهاي نرم يا فشرده بستر براي جاده هاي سنگدانه‌اي بدون روكش آسفالتي است . در اين مورد نيز موفقيتهايي ديده شده است ،از جمله مسلح كردن خاك باعث افزايش مقاومت باربري خاكريز اساس ،توزيع بهتر بار در خاك و كنترل ترك در خاك مي شود .
(زمانيكه اختلاف لايه ها قبل از مسلح و بعد از مسلح كردن در مقايسه با هزينه نصب و اجراء ژئوگريد بيشتر باشد بهتر است از ژئوگريد استفاده شود.)
ـ فوايد ژئوگريد ها :
1-كاهش ضخامت لايه خاكريز در جاده ها
2-باعث افزايش عمر و دوام آسفالت و خاكريز در مقابل عوامل محيطي و بارگذاري مي شود
-كاربردهاي ژئوگريد :
1- زير مصالح شن و ماسه در جاده هاي پوشش نشده
2- زير بازالت در ساختمان راه آهن
3- زير مصالح سربار يا سازههاي خاكي
4- مسلح سازي خاكريزها يا سدهاي خاكي
5- تعمير خرابي شيروانيها
6- به عنوان گابيون در ساختمان ديوارها
7- به عنوان گابيون در سازه هاي كنترل فرسايش
8- به عنوان گابيون در جانب پلها
9- به عنوان صفحات گيردار براي سطوح ديوار حائل
10- به عنوان آسفالت مسلح در روسازي راه
11- به عنوان مسلح كردن بتن در كارهاي گوناگون
12- براي مسلح كردن قسمتهاي سنگ ترك دار
13- براي مسلح كردن قسمتهاي بتن ترك دار
14- land fill براي مسلح كردن جهت توسعه عمودي و جانبي
15- land fillبراي مسلح كردن پوشش به عنوان مسلح كننده روكش
16- land fill به عنوان لايه هاي 3 بعدي براي افزايش ظرفيت باربري
17- به عنوان لايه هاي 3 بعدي براي خاكريزيهاي روي خاكهاي نرم
18- براي پايداري جمع آوري كننده سنگي لجن ،به عنوان مسلح كننده
نتيجه گيري:
از همه اين مطالب مي توان اين چنين نتيجه گيري كرد كه استفاده از الياف در آسفالت هزينه اقتصادي كمتري خواهد داشت،و با توجه به نياز كشور در زمينه هاي راه و باندهاي فرودگاه ،استفاده از آسفالت هاي اليافي و ايجاد كارخانه هاي توليد آسفالتهاي اليافي پيش ساخته كمك شاياني هم در اقتصاد كشور و هم زمينه هاي ايجاد اشتغال را فراهم خواهد كرد. اين در شرايطي است كه الياف در داخل كشور توليد شود .
در ضمن استفاده از الياف در آسفالت باعث افزايش عمر مفيد ودوام آسفالت و خاكريز در مقابل عوامل محيطي و بار گذاري مي شود ،كه در زمان طولاني اين باعث صرف هزينه كمتري خواهد شد.
منابع:
www.iausanandaj.ac.ir/sanandaj%20_covil/jeo.htm.1
www.civilica.com.2
.3كتاب راه وآسفالت تأليف عباس حاج محمد رضائي