چکیده
در این پژوهش، تأثیر افزودن امولسیون قیر و سیمان پرتلند بر عملکرد بلند مدت لایه اساس جاده بررسی شده است. نمونه هایی که با سیمان پرتلند (۰ تا ۶٪)، امولسیون قیر (۰ تا ۶٪) و ترکیب این دو تثبیت شده بودند، تحت آزمایش‌های مختلف قرار گرفتند تا ویژگی های آن‌ها ارزیابی شود. این آزمایش ها شامل مقاومت فشاری محصور نشده، مقاومت خمشی، چرخه های تر و خشک شدن، نسبت باربری کالیفرنیا در شرایط خشک و خیس، خزش دینامیکی و ردیابی چرخ بود. نتایج نشان داد که افزودن امولسیون قیر و سیمان، تأثیر چشمگیری بر بهبود مقاومت مخلوط دارد. در آزمایش های، مشخص شد که ترکیب ۴٪ سیمان پرتلند و ۳٪ امولسیون قیر، میزان جذب آب را ۱۷۹.۴٪، کاهش حجم را ۲۵۶.۳٪ و کاهش وزن را ۲۱۱.۹۵٪ نسبت به نمونه های حاوی ۴٪ سیمان کاهش داده است. همچنین، بررسی رفتار کرنش دائمی نمونه ها با استفاده از مدل سه مرحله ای نشان داد که ترکیب سیمان و امولسیون قیر، میزان تغییر شکل دائمی را بطور چشمگیری کاهش داده است. بنابراین، این پژوهش راهکاری نوین و سازگار با محیط‌زیست را برای استفاده در لایه های اساس جاده معرفی می کند.
مقدمه
در ساخت لایه اساس جاده ها، از مواد خاکی و دانه ای مختلفی استفاده می شود، اما برخی از این مصالح ویژگی های مطلوبی ندارند. برای مثال ظرفیت باربری پایین، حساسیت به رطوبت و تغییرات دما می‌تواند باعث کاهش عمر مفید روسازی شود. یکی از راهکارهای مؤثر برای بهبود عملکرد این مصالح، استفاده از مواد تثبیت‌کننده است.
تثبیت‌کننده ها به دو دسته سنتی و غیرسنتی تقسیم می شوند. تثبیت کننده های سنتی شامل سیمان، آهک، خاکستر بادی و مواد قیری هستند، در حالیکه تثبیت‌کننده های غیرسنتی شامل آنزیم ها، پلیمرهای مایع، رزین ها، اسیدها، سیلیکات ها و مشتقات لیگنین می شوند. در میان این روش ها، تثبیت با سیمان یکی از پرکاربردترین گزینه ها است، زیرا مقاومت و دوام بالایی دارد و عملکرد روسازی را بهبود می بخشد.
با افزایش وزن وسایل نقلیه، فشار لاستیک ها، ترافیک سنگین و همچنین هزینه های بالای مواد نفتی، مهندسان به دنبال روش هایی مقرون به صرفه و پایدار برای تثبیت روسازی هستند. یکی از این روش ها، تثبیت سرد در محل (Cold-in-place Recycling) است که از نظر اقتصادی و زیست محیطی بسیار مطلوب است. مطالعات نشان داده اند که ترکیب سیمان و امولسیون قیر در لایه اساس، چسبندگی مصالح را افزایش داده، حساسیت آن ها به دما را کاهش داده و مقاومت سایشی و پایداری مخلوط را بهبود می بخشد.
امولسیون قیر از نظر زیست محیطی نیز مزایای بسیاری دارد، زیرا مصرف انرژی و انتشار آلاینده ها را کاهش می دهد. این ماده برای عملکرد مناسب، باید در یک فرآیند تدریجی به قیر پیوسته تبدیل شود. در این فرآیند، امولسیون شکسته شده، ذرات قیر به هم متصل شده و یک لایه قیری پایدار ایجاد می شود. مکانیسم اصلی شکست امولسیون های گیرش آهسته، تبخیر آب و جذب آن توسط مصالح است. ترکیب امولسیون با سیمان پرتلند نیز با ایجاد تغییر در pH مخلوط، بر این فرآیند تأثیر می گذارد.
پیشینه تحقیق
پژوهش های مختلف نشان داده اند که ترکیب سیمان و امولسیون قیر می تواند بسیاری از مشکلات روسازی را حل کند. این ترکیب ظرفیت باربری روسازی را افزایش داده، بدون نیاز به افزایش ضخامت لایه ها، پایداری و دوام آن را بیشتر می کند. همچنین این روش باعث کاهش نشست ناشی از بارهای ترافیکی، توزیع یکنواخت تنش و کاهش آسیب های محیطی می شود.
مطالعات گذشته نشان داده اند که این نوع تثبیت می تواند مقاومت بالایی در برابر تغییر شکل، ترک خوردگی، فرسایش و چرخه های یخ‌زدگی-ذوب و تر-خشک داشته باشد. با این حال، تاکنون تحقیق جامعی درباره عملکرد بلند مدت مخلوط های سیمان-امولسیون قیر، به ویژه در شرایط محیطی سخت و تحت بارهای ترافیکی مداوم، انجام نشده است. در این پژوهش، با بررسی پارامترهای مختلف مکانیکی، دوام و پایداری این مخلوط ها ارزیابی شده است.
اهداف پژوهش
این پژوهش به دنبال بررسی اثرات ترکیب سیمان پرتلند و امولسیون قیر بر مقاومت و پایداری لایه اساس است.
اهداف اصلی تحقیق عبارتند از:
بررسی تأثیر ترکیب سیمان پرتلند و امولسیون قیر بر مقاومت کوتاه مدت نمونه ها از طریق آزمایش هایUCS FS و CBR در حالت خشک.
بررسی عملکرد بلند مدت نمونه ها با انجام آزمایش های CBR در شرایط خیس، DC و WT بر روی نمونه های ۷روزه.
ارزیابی دوام مخلوط های تثبیت شده تحت چرخه های تر و خشک شدن و بررسی تأثیر شرایط محیطی.
تعیین مقدار بهینه سیمان پرتلند و امولسیون قیر برای بهبود ویژگی های مکانیکی این مخلوط ها.
مقایسه اثر افزودنی ها با استفاده از مدل های پیش بینی معتبر و بررسی نحوه کاهش تغییر شکل دائمی.
نتایج پژوهش
بر اساس آزمایش های انجام شده، نتایج نشان دادند که ترکیب سیمان و امولسیون قیر تأثیر مثبتی بر مقاومت و دوام مخلوط دارد. در آزمایش های WD مشخص شد که ترکیب ۴٪ سیمان پرتلند و ۳٪ امولسیون قیر، باعث کاهش ۱۷۹.۴٪ در جذب آب، ۲۵۶.۳٪ در کاهش حجم و ۲۱۱.۹۵٪ در کاهش وزن نسبت به نمونه های دارای ۴٪ سیمان شد. همچنین بررسی رفتار کرنش دائمی با مدل Zhou نشان داد که این ترکیب میزان تغییر شکل دائمی را بطور قابل توجهی کاهش می دهد.
از طرف دیگر آزمایش های DC و WT نشان دادند که افزودن امولسیون قیر و سیمان، مقاومت نمونه‌ها در برابر تغییر شکل های دائمی را به میزان چشمگیری افزایش داده و آن ها را در برابر بارهای مکرر ترافیکی مقاوم تر کرده است. این یافته ها نشان می دهد که ترکیب سیمان و امولسیون قیر می تواند به‌عنوان یک روش پایدار و مؤثر در بهبود عملکرد لایه های اساس جاده مورد استفاده قرار گیرد.
نتیجه‌گیری
این پژوهش نشان داد که استفاده از ترکیب سیمان پرتلند و امولسیون قیر می تواند به طور چشمگیری مقاومت، دوام و پایداری مخلوط های تثبیت شده را افزایش دهد. این روش علاوه بر بهبود خصوصیات مکانیکی، موجب کاهش آسیب های زیست محیطی، افزایش طول عمر روسازی و کاهش هزینه های نگهداری می‌شود. بنابراین، این تحقیق راهکاری عملی و کارآمد برای استفاده در پروژه های زیرساختی و مهندسی راهسازی ارائه می‌دهد.