مهندسی زیرساخت های حمل و نقل
سال:1403 | دوره:10 | شماره:2 |تعداد مقالات:6

در سال های اخیر، به دلیل هزینه های زیاد ساخت روسازی و ملاحظات زیست­محیطی، از مصالح بازیافتی مختلفی در رویه­های بتن غلتکی استفاده شده است. از طرفی، با توجه به افزایش قیمت قیر در روسازی­های انعطاف­پذیر، استفاده از بتن غلتکی در ساخت روسازی اقتصادی­تر به نظر می­رسد. در این پژوهش، خصوصیات مکانیکی، مقاومت سایشی و مقاومت در برابر ضربه بتن غلتکی حاوی آسفالت بازیافتی و خاکستر بادی مورد بررسی قرار گرفته است. در مجموع، تعداد 15 طرح اختلاط با مقادیر 10، 20 و 30  درصدی خاکستر بادی جایگزین سیمان و 5، 10 و 15 درصدی آسفالت بازیافتی ریزدانه به عنوان جایگزین سنگدانه مورد مطالعه قرار گرفت. جهت تعیین مقدار بهینه خاکستر بادی، ابتدا آزمایش های مقاومت فشاری و خمشی روی نمونه های 7 روزه حاوی 10، 20 و 30  درصد خاکستر بادی انجام شد و درصد بهینه آن به­دست آمد. بنابراین، در طرح های 4 تا 6 ، میزان خاکستر بادی جایگزین سیمان برای تمامی مخلوط ها مقدار بهینه (10 درصد) لحاظ گردید. لازم به ذکر است که به منظور دقت بیشتر، نمونه های 28 روزه حاوی مقادیر مختلف خاکستر بادی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از مصالح بازیافتی ریزدانه به میزان 5، 10 و 15 درصد به همراه 10 درصد خاکستر بادی، منجر به افزایش مقاومت فشاری به میزان 20، 12 و 4 درصد، مقاومت خمشی به طور میانگین حدود 10 درصد و مقاومت کششی به طور میانگین حدود 40 درصد نسبت به نمونه شاهد شده است. این در حالی است که تمامی نمونه های حاوی آسفالت بازیافتی کاهش قابل ملاحظه­ای از لحاظ مقاومت سایشی از خود نشان داده اند.

اگرچه وزن قیر در مخلوط های آسفالتی مقدار ناچیزی است، لیکن، اثر مهمی بر عملکرد مخلوط های آسفالتی دارد. در دهه های گذشته، جهت بهبود عملکرد مخلوط های آسفالتی از افزودنی های اصلاح کننده قیر استفاده شده است. یکی از این افزودنی ها در اصلاح رفتار قیرها، افزودنی نانوسیلیس می‏باشد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر نانوسیلیس بر خصوصیات مکانیکی مخلوط های آسفالتی و قیر است. بدین منظور از مصالح سنگی شکسته با دانه بندی شماره 4 آیین نامه روسازی راه های ایران، قیر 60-70 خالص و نانوسیلیس با مقادیر 2، 4 و 6 درصد وزنی قیر استفاده گردید. برای ارزیابی خصوصیات مکانیکی مخلوط های آسفالتی، از آزمایش های استقامت و روانی مارشال و مدول برجهندگی و به منظور ارزیابی حساسیت رطوبتی مخلوط های آسفالتی، از آزمایش نسبت مقاومت مارشال استفاده شد. برای ارزیابی تأثیر نانوسیلیس بر مشخصات قیر از آزمایش های درجه نفوذ، نقطه نرمی و کشش پذیری (خاصیت انگمی) استفاده گردید. اصلاح قیر با نانوسیلیس موجب کاهش درجه نفوذ، افزایش نقطه نرمی و کاهش شکل پذیری (خاصیت انگمی) قیر شد. نتایج تأثیر آزمایش ها بر مخلوط های آسفالتی نشان داد که استفاده از نانوسیلیس برای اصلاح قیر موجب افزایش استقامت مارشال و کاهش روانی مارشال می شود؛ به طوری که افزودن 6 درصد نانوسیلیس به قیر باعث افزایش 41 درصدی استقامت نسبت به نمونه شاهد می شود. همچنین، افزودن نانوسیلیس باعث کاهش روانی مخلوط های آسفالتی می گردد. علاوه بر این، استفاده از نانوسیلیس، حساسیت رطوبتی مخلوط ها را به طور قابل ملاحظه ای بهبود می دهد. افزودن 6 درصد نانوسیلیس به قیر باعث افزایش 95 درصدی مدول برجهندگی نسبت به نمونه های آسفالتی شاهد می شود.

سیمان، به عنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در تولید بتن روسازی، نقش حیاتی در کیفیت و عمر روسازی ها دارد. اما استفاده از سیمان معمولی با توجه به فرآیند تولید آن، باعث انتشار مقدار زیاد گازهای گلخانه ای و آلودگی های زیست محیطی می شود. این موضوع باعث نگرانی های جدی درباره تأثیرات منفی صنعت سیمان بر تغییرات آب وهوا و تغییرات اقلیمی شده است. با توجه به این نگرانی ها و نیاز به تولید سیمانی با کمترین تأثیرات محیطی، سیمان آمیخته شده با رس کلسینه شده و پودر سنگ آهک (LC3 ) به عنوان یک راهکار پایدار و محیط زیستی مطرح شده است. این مقاله نشان می دهد که سیمان LC3 می تواند به عنوان جایگزینی مناسب برای سیمان معمولی در روسازی بتنی مورد استفاده قرار گیرد و پتانسیل قابل توجهی در این زمینه دارد. بررسی ها نشان داده که سیمان LC3 علاوه بر مسائل محیط زیستی، عمدتاً موجب بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن نیز می شود. در مقاله پیش رو به مرور ادبیات مربوط به این سیمان، مواد تشکیل دهنده ی آن، ویژگی های مکانیکی، دوام، مزیت های زیست محیطی و ارزیابی امکان استفاده از آن در ساخت روسازی های بتنی پرداخته شده است.

هدف از این تحقیق، مقایسه تأثیر پسماندهای صنعتی شامل غبار کوره سیمان (CKD)، خاکستربادی (FA) و سرباره کوره آهن گدازی (GGBFS) بر تثبیت خاک های رسی است. برای تثبیت شیمیایی خاک ها، مقدار بهینه CKD، 10-20 درصد، خاکستربادی رده C، 20-25 درصد و GGBFS، 20-30 درصد پیشنهاد شده است. با در نظر گرفتن مقدار pH خاک با درصدهای مختلف مواد افزودنی، مقدار افزودنی ها برای مقایسه بهتر، یکسان و برابر با 20 درصد انتخاب شد. آزمایش های تراکم استاندارد و نسبت باربری کالیفرنیا بر نمونه ها انجام شد. جهت بررسی اثر ریزساختاری مواد افزودنی، نمونه­ها تحت آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراش پرتوی ایکس (XRD) قرار گرفتند. نتایج نشان داد که غبار کوره سیمان و خاکستربادی موجب کاهش دانسیته خشک حداکثر و افزایش درصد رطوبت بهینه خاک می­شوند. در حالی که سرباره کوره آهن گدازی، درصد رطوبت بهینه نمونه را کاهش و دانسیته خشک حداکثر را افزایش داد. نسبت باربری کالیفرنیا در خاک تثبیت­شده با CKD، FA و GGBFS به ترتیب 7/21، 3/13 و 7/15 برابر خاک خالص بود. منطبق بر نتایج آنالیز SEM و XRD، افزایش مقاومت در خاک تثبیت­شده، ناشی از واکنش­های پوزولانی و ایجاد محصولات سیمانتاسیون و در نتیجه اتصال ذرات خاک و تثبیت­کننده­ها و پُر شدن فضاهای خالی می­باشد. هر چه میزان آهک آزاد در تثبیت­کننده بیشتر باشد، افزایش مقاومت در خاک، بیشتر خواهد بود. در پروژه های اجرایی، عواملی مانند زمان تأخیر (زمان بین اولین تماس ماده افزودنی با آب و کوبیدن نهایی مخلوط) و میزان رطوبت که بر پارامترهای مقاومت تأثیر می گذارند، باید در نظر گرفته شوند. همچنین مسائل زیست محیطی مانند قابلیت واکنش پذیری و نفوذ این مواد به آب های زیرزمینی، حائز اهمیت است.

با توجه به جایگاه برجسته کشور ایران در دنیا از منظر منابع انرژی، مخصوصاً حوزه گازی، اجرای پروژه­های زیرساختی انرژی، به ویژه خط لوله گاز، ضروری می نماید. با این وجود، یکی از چالش­های اساسی در این نوع از پروژه ها، موضوع عدم بهره­وری مناسب منابع (ماشین آلات و...) است. از این رو، هدف اصلی پژوهش حاضر عبارت است از بهبود بهره وری ماشین آلات خاکبرداری پروژه های احداث خط لوله گاز، با کمک الگوریتم های یادگیری ماشین. در این پژوهش، با بهره گیری از مطالعات کتابخانه ای، اسنادی (گزارش های روزانه هفت پروژه خطوط انتقال گاز)، قضاوت خبرگان، روش متن کاوی (و نرم‏افزار رپیدماینر)، معیارهای مؤثر بر تعیین بهره وری ماشین آلات خاکبرداری در پروژه های احداث خط لوله گاز، شناسایی و نهایی شدند. به طور خلاصه، نتیجه اصلی پژوهش کنونی اشاره دارد که پیش بینی حجم خاکبرداری، از طریق الگوریتم پیش بینانه (به عنوان مبنای بهینه سازی بهره وری ماشین آلات خاکبرداری) و نیز الگوریتم دسته بندی و با استفاده از مدل یادگیری عمیق (به عنوان مدل منتخب و دارای بهترین عملکرد در پیش بینی حجم خاکبرداری)، قابل اجرا است. در واقع، یافته های پژوهش فعلی در راستای پیش بینی حجم خاکبرداری، پیش از شروع پروژه و تهیه برنامه زمان­بندی کلی که در نهایت موجب بهبود بهره وری ماشین آلات خاکبرداری در پروژه های خط لوله گاز می شود، قابل استفاده است.

تثبیت لایه اساس با سیمان منجر به ایجاد یک لایه مقاوم جهت کمک به لایه رویه روسازی می­گردد. با این وجود، جهت دستیابی به مشخصات دقیق این مخلوط در شرایط مختلف بارگذاری، نیاز به یک روش مطمئن و در دسترس جهت ارزیابی مشخصات شکست است. از اینرو، تحقیق صورت پذیرفته با پیشنهاد یک هندسه بارگذاری تحت عنوان دیسک خمشی شیار­دار (ENDB) اقدام به تحلیل و بکارگیری آن در زمینه مکانیک شکست لایه­های اساس سیمانی تثبیت شده نموده است. در این تحقیق، از تئوری مکانیک شکست الاستیک خطی بصورت تحلیل سه بعدی و با استفاده از نرم افزار ABAQUS در شرایط مختلف بارگذاری و ابعاد مختلف هندسی، ضرایب شدت تنش استخراج گردید. همچنین به منظور دستیابی به ضرایب شدت تنش بدون نیاز به استفاده از تحلیل عددی، نتایج حاصله در مرحله قبلی با استفاده از روش یادگیری ماشین (بکارگیری شبکه عصبی مصنوعی) بصورت یک مدل جامع ساخته شد. مخلوط اساس سیمانی مد نظر جهت آزمایش از نوع سیمان پرتلند بوده که از افزودنی ماده پلیمری معدنی جهت بهبود عملکرد استفاده شد. به جهت ارزیابی چقرمگی شکست سه حالت مختلف شکست شامل مود خالص I، مود خالص II و مود خالص III با چهار بار تکرار آزمایش شد. مطابق با نتایج بدست آمده هندسهENDB  پیشنهادی در این تحقیق می­تواند به عنوان یک روش اطمینان بخش در جهت ارزیابی مشخصات شکست مخلوط­های اساس تثبیت شده سیمانی استفاده گردد. استفاده از پلیمر معدنی باعث افزایش مقاومت شکست در مودهای مختلف به میزان 8% می­گردد.  تحلیل آماری عمر باقی مانده نشان می­دهد که تغییر مود بارگذاری از حالت بازشدگی کششی (مود I) به برش درون صفحه (مود II) منجر به کاهش قابل توجه احتمال خرابی می­شود. این در حالی است که احتمال شکست در مود برش برون صفحه (مود III) به مراتب نسبت به بازشدگی کششی (مود I ) بیشتر است.