کاربرد الیاف در روسازی بتنی بنادر و آزادراه‌ها

در این مقاله قصد داریم به بررسی کاربرد الیاف در روسازی بتنی بنادر و آزادراه‌ها بپردازیم. طی سال های گذشته مطالعات زیادی در مورد نحوه بهبود عملکرد روسازی های بتنی در جهان انجام شده است که مهمترین و کاربردی ترین روش که از نظر اقتصادی هم به صرفه باشد، استفاده از الیاف های ماکروسینتتیک (پلیمری سازه ای) در انواع مختلف روسازی های بتنی می باشد. در کشورمان نیز که از 8 سال قبل موضوع به کارگیری روسازی های بتنی در آزادراه ها و بنادر و خیابان های اصلی کشور بیشتر مورد توجه قرار گرفت، اهمیت افزایش دوام و کیفیت این نوع روسازی با استفاده از الیاف پلیمری طی دو سال اخیر بیش از پیش بر مشاوران، کارفرمایان و پیمانکاران پروژه های ملی نمایان گشته و امروز در پروژه های بزرگ ملی الیاف پلی تار ماندگار در حال مصرف می باشد.

در ادامه به دو تحقیق میدانی انجام گرفته در کشورهای مختلف در زمینه تاثیر کاربرد الیاف ماکروسینتتیک فورتا در روسازی های بتنی و نتایج آزمایش های آن ها خواهیم پرداخت.

1- نتایج تحقیقات مرکز پژوهشکده حمل و نقل دانشگاه تگزاس امریکا

روسازی 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 می دهند. اما یکی از مشکلات رایج این روسازی ها، پدیده Spalling (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 می شود.

برای رفع و کاهش این خرابی متخصصین پژوهشکده حمل و نقل دانشگاه تگزاس مطالعات گسترده ای انجام دادند و در نهایت به طرح استفاده از الیاف در این روسازی ها رسیدند. برای اثبات تاثیر مثبت الیاف آزمایش هایی انجام شد که نتیجه آن ها نشان داد که 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 C1609, C1018). همین دو نتیجه شاخص بسیار خوبی برای نمایش و درک عملکرد بهتر روسازی های بتنی الیافی در برابر پدیده Spalling می باشد اما تحقیقات آن ها به اینجا ختم نشد و آن ها برای اطمینان از این نتایج، دو پروژه آزمایشی در مقیاس بزرگ را در دو فصل مختلف تابستان و زمستان برای بررسی کامل تاثیر 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 ورقه ای و پوسته ای شدن سطح شده اند اما بر روی هیچکدام از بخش های مسلح شده با الیاف بتن کمترین اثری از این خرابی دیده نمی شود 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 می شود 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 هند

کاربرد 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 تایید شده و دستورالعمل های اجرایی توصیه شده است.

نتایج تاثیر الیاف با توجه به تحقیقات صورت گرفته در کشورهای هند و چین در جدول زیر ارائه شده است :

مزایای روسازی بتنی مسلح شده با الیاف ماکروسینتتیک

• امکان کاهش ضخامت بتن مسلح با الیاف نسبت به بتن معمولی (بواسطه افزایش مقاومت خمشی و مقاومت پسماند)
• اجرای سریعتر در مقایسه با بتن غیرمسلح درزدار یا بتن مسلح با میلگرد
• کاهش ترک های سطحی و عمقی و محدود شدن عرض ترک ها و کنترل آن ها توسط الیاف
• کاهش نفوذ آب به داخل روسازی و تضعیف لایه زیر سازی و حذف پمپ شدن مصالح از لابه لای درزها به سطح بتن
• مقاومت در برابر سیکل های ذوب و یخ و کاهش ورقه ای و پوسته ای شدن سطح حداقل 3 برابر بتن معمولی
• حفظ باربری حتی بعد از ایجاد ترک اولیه (طاقت و جذب انرژی بالا)
• کاهش هزینه های اجرایی و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و حفظ محیط زیست
• کاهش مصرف سوخت ناشی از تولید کمتر بتن و هزینه های حمل مصالح (شن و ماسه) با سوخت یارانه ای (در مقایسه با بتن معمولی که می بایست ضخامت بیشتری بتن ریزی کرد)