چکیده
امروزه محققان در اندونزی در حال بررسی ساختاری استفاده مواد زائد در قسمت سازه‌ای روسازی هستند که این عمل مربوط به ناتوانی دولت در حفظ روسازی جهت بهره‌وری مناسب و عدم بودجه کافی میباشد. انتظار می‌رود که استفاده از مواد زائد در این نوع سازه‌ها با هزینه تولید کمتر و کیفیت بهتر قادر خواهد بود نیازهای موردنظر را برطرف سازد.
اندونزی منابع مختلف فراوانی از مواد زائد دارد. بنابراین پیش‌بینی می‌شود که از نظر نیاز به مواد زائد در ساختار روسازی مشکلی وجود ندارد. با توجه به نتایج محققان تقریباً همه مواد زائد استفاده شده خصوصیات بهبودی مناسبی را تولید می‌کردند. البته همه آنها بهترین نتایج را ندارند. برای مخلوط قیر، استفاده از خاکستر مرمر بر اساس مطالعات چندین محقق بهترین نتیجه را نشان داد. برای زیر اساس و لایه بستر به ترتیب از تفاله (روباره) نیکل و آهک ـ خاکستر پوسته برنج استفاده می‌شود و باعث می‌شود خواص آنها بطور قابل توجهی بهبود یابد. هرچند که چندین مواد زائد استفاده شده در تحقیقات نتایج غیربهینه‌ای را هنگامی که با مواد روسازی ترکیب می‌شدند، داد. واکنش شیمیایی ایجاد شده در مخلوط بعد از ترکیب شدن مخلوط ترکیبی را حمایت نمی‌کند.
پیش‌زمینه
استفاده از مواد زائد ناشی از اضافات می‌تواند جایگزین مواد موجود در پروژه‌های مهندسی به منظور کاهش هزینه و بهبود خصوصیات مکانیکی سازه‌های کامپوزیت مانند روسازی شود.
در اندونزی بحران اقتصادی برای چندین سال وجود دارد و به دلیل عدم بودجه کافی دولت برای نگهداری همه جاده‌ها با عملکرد مناسب، باعث شده است که اثر بحران در زندگی روزانه تاثیر بگذارد. به علاوه، اثر سیستم حکومتی در اندونزی، استان‌ها را مجبور کرده تا سیستم مدیریت روسازیشان را بهینه کنند. به دلیل اینکه بودجه و اقدامات عملیاتی برای جاده‌های فرعی با مسئولیت استان‌ها است. بنابراین چندین استراتژی به منظور پیشنهادات متناوب جهت نگهداری عملکرد جاده‌ها با هزینه کم شد از قبیل طراحی یک طبقه سازه‌ای برای بهبود پروژه تعیین اولویت یک جاده در نگهداری عادی و دوره‌ای و ماده افزودنی که عملکرد جاده را بهبود بخشد.
تا اینجای کار، افزودنی‌های زیادی در بازار موجود هستند. اگرچه این قبیل افزودنی‌های صنعتی هنوز بسیار گران هستند و تحقیقات کمی در این رابطه و آزمایش نادری از این بابت انجام شده و به ندرت در پروژه‌های راه از آنها استفاده می‌شود. در پنج سال اخیر تحقیقات انجام شده در اندونزی جهت یافت موادی که از مواد زائد جهت استفاده افزودنی در روسازی تشکیل شده باشد، تمایل پیدا کرده است و به این خاطر است که آگاهی‌هایی درباره کاهش مواد زائد از بقایای تولیدات صمعتی یا چرخه طبیعی حاصل شده است.
این مقاله چندین تحقیق مربوط به آنالیز پتانسیلی انواع مختلفی از مواد زائد به عنوان افزودنی در ساختار روسازی را ارائه و سپس آنها را بازبینی می‌کند. مطالب این مقاله از چندین نشریه و پایان‌نامه در مورد استفاده از مواد زائد در ساختار روسازی از اواسط دهه هشتاد تا اواسط سال 2004 برگرفته شده است.
هدف
هدف از این مقاله، معرفی آزمایشات مواد زائد استفاده شده در تحقیقات چندین روسازی در اندونزی است که خود به قسمت‌های مختلفی از قبیل انواع مرسوم زائد استفاده شده، منابع مواد، آنالیز انجام شده و نتایج تحقیقات تقسیم می‌شود.
مواد زائد در اندونزی
استفاده از مواد زائد بستگی به فراوانی آن ماده در منطقه موردنظر دارد. اما منابع عظیمی از مواد زائد در اندونزی وجود دارد که می‌تواند به عنوان افزودنی در ساختار روسازی بکار رود. اگرچه آنها بطور گسترده در استان‌های اندونزی نیستند. مواد اشاره شده در زیر که اغلب آنها به صورت خاکستر هستند، بررسی و تحلیل و نتایج آن در مجلات اندونزی منتشر شده‌اند. مواد وظایف گوناگونی برعهده دارند. شامل پر کننده برای مخلوط قیر، افزودنی قیر، مصالح سنگی ریز و افزودنی برای لایه بستر و زیراساس. توضیحات این مواد بطور کامل با اشکال آن موجود است.
خاکستر نرمه
خاکستر نرمه، معمول‌ترین ماده زائد استفاده شده در جهان است. خاکستر ترمه محصول فرعی ناشی از سوختن یک نوع زغال سنگ (CCBS) میباشد. به عنوان مثال تفاله معدنی که بعد از کوبیدن زغال سنگ سوخته باقی می‌ماند. فرض می‌شود که خاکستر نرمه قادر است انرژی را بوسیله کاهش میزان تقاضا برای مواد مرسوم روسازی از قبیل آهک، سیمان و سنگ شکسته نگه دارد، در حالی که موادی که ذکر شده انرژی تولید می‌کنند. مزیت استفاده از این مواد نسبت به دیگر مواد روسازی، صرفه‌جویی در بشکه‌های نفت است.
بنابراین کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای که خطر جوی هستند را به همراه خواهد داشت. در اندونزی این مواد از کارخانه‌هایی که سوخت آنها از سوختن زغال‌سنگ بدست می‌آیند، تهیه شده که 3 کارخانه در سوماترا، 4 کارخانه در جزیره کالیمانتان و 2 کارخانه در جزیره سولاوس قرار دارند. میزان خاکستر نرمه در اندونزی بسیار زیاد است. به عنوان مثال Paiton swasta یک کارخانته با سوخت زغال سنگ در شرق جاوا با ظرفیت 62*2 مگاوات، سالانه کمتر از 43000 تن خاکستر نرمه تولید نمی‌کند.
یک مزیت دیگر، استفاده از خاکستر نرمه در ساختار روسازی، بدست آوردن آسان و عدم احتیاج به عملیات خاص قبل از استفاده از آن است.
لاستیک ساییده (STR) و لاستیک خام
در اندونزی لاستیک فرسوده به شکل لاستیک یا STR مورد استفاده قرار می‌گیرند. لاستیک خام یک شیره طبیعی است که مستقیماً با شکاف بر روی درخت لاستیک بدست می‌آید. اندونزی دومین کشور بزرگ دنیا در تولید لاستیک طبیعی با تولید سالیانه 225*613 تن لاستیک از 1559955 مزرعه لاستیک میباشد. بیشتر ترجیح داده می‌شود که از لاستیک خام در افزودنی استفاده شود تا دیگر لاستیک‌ها مانند لاستیک ترکیبی، زیرا لاستیک خام الاستیک‌تر و مقاوم‌تر در برابر ترک‌های شیاری است.
از طرف دیگر استفاده از تایر به عنوان منبع مواد STR آسان و در دسترس است، چرا که طبق اطلاعات دپارتمان حمل و نقل اندونزی، بیش از 85 میلیون واحد تایر از انواع وسایل نقلیه در اندونزی وجود دارد.
خاکستر پوسته نارگیل و الیاف نارس
اندونزی یک کشور مجمع‌الجزایر است و دارای بیش از 17000 جزیره و 81000 کیلومتر خط ساحل است. بنابراین نارگیل به عنوان یک گیاه ساحلی در کانر Mangrove در تمام جزایر رشد می‌کند. بر اساس اطلاعات وزارت کشاورزی اندونزی، دارای 1559955 مزرعه که سالانه 6610225 تن تولید می‌کند. نارگیل به یک گیاه چند کاره معروف است که همه قسمت‌های آن می‌تواند در فعالیت‌های مختلف استفاده می‌شود. در ارتباط با موضوع این مقاله، دو قسمت از نارگیل به عنوان افزودنی در ساختار روسازی استفاده می‌شدند که آن دو قسمت الیاف نارگیل و خاکستر پوسته نارگیل می‌باشند.
خاکستر باقیمانده آسیاب شکر
اندونزی مصرف کننده بزرگ شکر است و از یک یا دو سال پیش شروع به واردات شکر کرده است. مناطق مزارع نیشکر سال به سال کاهش یافته و در سال 2002 کل مناطق مزرعه شکر 1819042 است که 347327 تن شکر در هر سال تولید می‌کند. باقیمانده آسیاب شکر که منبع خاکستر است، به عنوان افزودنی در ساختار روسازی استفاده می‌شود، می‌تواند سالانه به 100000 تن برسد.
خاکستر پوسته روغن نخل
در اندونزی مزارع روغن نخل در مقایسه با دیگر مناطق زراعی بیشترین است. البته همه استان‌ها این نوع زراعت را ندارند. دو استانی که سهم بزرگی در ساختن اندونزی به عنوان دومین تولید کننده روغن نفت در جهان دارند، سوماترای شمالی و ریو با تولید بیش از 5/1 میلیون تن در سال هستند. بر اساس اطلاعات دپارتمان کشاورزی اندونزی در سال 2002 تولید کل روغن نخل در اندونزی حدود 4116464 تن روغن نخل خام که از 8157 از مزارع روغن نخل بدست می‌آید.
قسمتی از گیاه روغن نخل که در تحقیقات استفاده شده خاکستر پوسته روغن نخل است که اکثر ترکیب شیمیایی خاکستر روغن نخل سیلیکا SiO (45/31%)، CaO (2/15%) هستند.
خاکستر مرمر
مرمر یک سنگ دگرگون سخت متبلور که از سنگ آهک یا دولومیت تشکیل شده و برای مجسمه‌سازی و مصالح ساختمانی استفاده می‌شود. ترکیب شیمیایی اصلی مرمر 69/52%، CaO 92/41% و CaCo3 39/5% دیگر موادی هستند که می‌توان نتیجه گرفت که کلسیم یا آهک اصلی‌ترین اجزای مرمر هستند.
عموماً خاکستر مرمر از باقیمانده سنگ مرمر خرد شده در صنایع خانگی بدست می‌آید. این صنایع نزدیک معادن مرمز متمرکز در چندین مکان در اندونزی از قبیل تالانگاگانگ (شرق استان جاوا) کیتاتا (غرب استان جاوا) و مرکز استان جاوا می‌باشند.
دیگر مواد
در واقع مواد زیاد دیگری در اندونزی وجود دارد که به عنوان افزودنی در ساختار روسازی آزمایش شده‌اند از قبیل صمغ، پوسته برنج، تفاله فولاد، تفاله نیکل و دیگر مواد پیش‌بینی می‌شود که در آینده به دلیل افزایش خطر محیط زیست آگاهی برای بکارگیری مواد زائد بیشتر شود.
بر اساس نقشه شکل 1، می‌توان نتیجه گرفت که منابع موجود زائد از طبیعت و مصنوع ساخت انسان فقط در دو جزیه هستند. به عبارت دیگر سوماترا و جاوا دیگر مواد زائد به عنوان افزودنی در ساختار روسازی را شامل می‌شوند.
تحقیقات با استفاده از مواد زائد در اندونزی
طبق مطالب بالا، تحقیقات زیادی در اندونزی در رابطه با انواع مختلف مواد زائد از منابع صنعتی طبیعی انجام شده است. جهت دانستن این که چطور تحقیقات انجام شده، در این بخش روند و مشخصات استفاده شده طبق زیر تشریح خواهند شد. همه تحقیقات مربوط به مورد سه لایه و لایه بستر در ساختار روسازی است که بحث روند و مشخصات استفاده شده طبق زیر به سه قسمت تقسیم شده است:
لایه سطحی
عموماً دو نوع لایه سطحی در تحقیقات استفاده شده است. به عبارت دیگر بتن آسفالت (AC) و لایه غلطک خورده داغ (HRS) اندونزی هنوز از دو مرجع انتخاب لایه سطحی استفاده می‌کند. مرجع US با سطح لایه AC و مرجع بریتانیایی با HRA.
در فعالیت‌های آزمایشگاهی، اغلب تحقیقات از مخلوط آسفالت داغ استفاده شده و با آیین‌نامه آزمایشات مارشال تطابق داشت. جهت بدست آوردن حجم قیر بهینه چندین خصوصیت مارشال باید درنظر گرفته شود. اغلب قیرهای استفاده از قیر Pertamiona با نفوذ 7/60 میباشد، به طوری که منبع خرده سنگ‌های استفاده شده بستگی به مکان تحقیق دارد. همه تحقیقات از مشخصات استاندارد Bina marga استفاده کردند (Bina marga یک عضو هیات مدیره‌ی دپارتمان کار عمومی اندونزی است). Bina marga درجه‌بندی سنگدانه‌ها را بر اساس ضخامت لایه و نوع درجه‌بندی با یازده گروه تقسیم کرده است (ضخیم، نرم، پیوسته و با فاصله). Bina marga ضوابط مخلوط را به منظور بدست آوردن حجم قیر بهینه بر اساس مشخصات مارشال طبق زیر تعییم می‌کند.
جدول 1: مشخصات Bina marga برای مخلوط HRC و AC
تحقیقات مربوط به همراه تلاش بر افزودن مواد زائد در چندین قسمت به قیر یا مخلوط دارند. اولین کار ساختن مواد زائد به عنوان افزودنی قیر جهت بهینه کردن خواص قیر از قبیل نفوذ، نرمی، لزجت و میزان درجه نرمی میباشد.
اقدام دوم، مواد زائد به عنوان پر کننتده عمل کردند و چندین هدف از قبیل کاهش استفاده از قیر در مخلوط، افزایش مقدار پایداری و غیره را همراه بود.
آزمایش دیگری که اغلب با مخلوط‌های قیری همراه است. آزمایش غوطه‌وری جهت اندازه‌گیری مقاومت خواص مخلوط بوسیله غوطه‌ور کردن مخلوط در آب 60 درجه برای 24 ساعت میباشد. بنابراین شاخص حفظ پایداری (RSI) به عنوان نسبت پایداری مارشال بعد از غوطه‌ورسازی در آب 60 درجه برای 24 ساعت محاسبه می‌شود تا پایداری بعد از غوطه‌وری در آب برای همان درجه حرارت به مدت 30 دقیقه بدست آید.
با استفاده از چندین مواد می‌خواهیم میزان قیر بهینه مخلوط را بدست آوریم. گذشته از این می‌تواند همچنین حساسیت آنالیز استفاده از مواد زائد در عملکرد مخلوط را نشان میدهد، چرا که استفاده از آن مواد در حجم مشخص گاهی اوقات عملکرد مخلوط را کاهش میدهد. Sentasa و همکاران (2001) سعی کردند تا خاکستر پوسته نخل با PC و آهک را به عنوان پر کننده با نسبت 0/00، 75/25 و 100/0 (هم PC به خاکستر و هم آهک به خاکستر) ترکیب کند و ترکیبی را جهت بهبود عملکرد HRA استفاده کند.
دیگر تحقیقات نیز تلاش کرده بودند تا سه نوع ماده زائد مختلف را به عنوان پرکننده در HRS مقایسه کنند. به عنوان مثال خاکستر نرمه، خاکستر مرمر و خاکستر پوسته نخل و خاکستر نرمه، خاکستر مرمر و تفاله فولاد سعی کرد تا از تفاله فولاد نه فقط به عنوان پر کننده بطور مشابه با Kadir بلکه به عنوان خرده سنگ از آنها استفاده کنند. آزمایش تفاله فولاد به عنوان سنگدانه با سنگ‌های تکه شده مقایسه شده است. ماده دیگری که در استفاده از پر کننده در تحقیقات اندونزیایی‌ها بسیار محبوب است، پلاستیک است یا STR یا لاستیک خام. Siswosoertho & Kusumawati (2001) از STR به عنوان افزودنی در قیر استفاده کردند. در صورتی که Elkhasnet (2001) قیر را با لاستیک خام مخلوط کرد. مقایسه استفاده از STR و لاستیک خام به عنوان افزودنی بوسیله Iriansyah & Sjahdanuliwan (1995) بطور مستقیم انجام شد.
لایه اساس و زیر اساس
در اندونزی در همه لایه‌های روسازی، لایه اساس و زیراساس نسبت به سایرین کمتر تحقیقاتی در این باره جهت بهبود عملکرد با افزودن مواد زائد صورت گرفته است. نوع اساس/زیراساس که در تحقیقات در اندونزی صورت گرفته دانه‌بندی اساس/زیراساس میباشد. Bina marga لایه‌های زیر لایه سطح و بالای زیراساس را به عنوان لایه A (لایه اساس دانه‌ای)، لایه B (لایه زیر اساس دانه‌ای) و لایه C (لایه اساس قابل نفوذ) می‌نامند. خصوصیات هر لایه طبق زیر است:
جدول 2: خصوصیات لایه اساس/زیراساس طبق Bina marga
تحقیقی جهت آنالیز اثر استفاده از روباره نیکل در خواص زیراساس توسط Pongtosik و همکاران (2003) انجام گرفت که عملکرد زیراساس ساخته شده از منحصراً سنگ‌های خرد شده با ترکیب سنگ‌های خرد شده با روباره، نیکل را مقایسه می‌کند.
مقدار CBR و شاخص نفوذپذیری در خصوصیت هستند که در تحقیقات اندازه‌گیری می‌شوند. مقدار CBR در طراحی با آزمایش مقدار درصد رطوبت بهینه و دانسیته خشک نمونه سنگدانه فشرده شده در آزمایشگاه با چندین درصد رطوبت تعیین می‌شود، در حالی که شاخص نفوذپذیری بوسیلهع با آزمایش هر ثابت تعیین می‌شود.
زیراساس
دولت اندونزی در مورد زیراساس با چندین مشکل مواجه شده است. یکی از شایع‌ترین این مشکلات، جاده‌هایی با خاک‌های متورم شده است. معمولاً خاک متورم شده در مناطقی با درصد رطوبت بالا که باران، سیل و دیگر اتفاقات زیاد است که می‌افتد.
افزودن آهک یا سیمان به این نوع خاک شایع است، اما اغلب هزینه مواد مختلف به دسترسی مواد در محل یا بازار دارد. امروزه استفاده از مواد زائد با هزینه کم مخصوصاً به شکل سوزاندن مواد آلی یا معدنی از قبیل خاکستر پوسته برنج یا روباره نیکل امکان بهینه کردن خصوصیات خاک را داده است.
نمونه‌های خاک دست نخوردند و تحقیقات عملی بوسیله افزودنی افزودنی به خاک قبل از اینکه خاک زراعت انجام گرفت. به عنوان افزودنی مواد زائد تنها استفاده نمی‌شوند، بلکه با ترکیبی از دیگر مواد استفاده می‌شوند، مثل آهک. مخلوط آهک در حجم مشخصی با مواد زائد دارای چندین رطوبت بهینه، دانسیته خشک و CBR میباشد. گاهی اوقات میزان شاخص خمیری نیز بدست می‌آید. کمترین مشخصه تعیین شده بوسیله Bina marga برای CBR مقدار 6 میباشد.
تحقیقی توسط Hapsoro & Sutresna (2001) استفاده از ترکیب PC و خاکستر تفاله آسیاب نیشکر در احجام مختلف جهت تثبیت زیراساس صورت گرفت. تحقیق دیگری با همین هدف توسط Muntohar & Hantoro (2000) با استفاده از خاکستر پوسته برنج و آهک با حجم به ترتیب 12-2 درصد و 5/12-5/7 صورت گرفت.
شکل 2: تثبیت و انعطاف‌پذیری خصوصیات مخلوط HRS با پرکننده مختلف (a)
نتایج تحقیقات
مرور نتایج چندیین نشریه ذکر شده در بالا بر اساس نتیجه هر نشریه انجام خواهد گرفت. به دلیل تفاوت کار از قبیل درجه‌بندی دانه‌های استفاده شده، محیط آزمایش (دمای مخلوط و فشردگی، زمان عمل‌آوری قبل از اینکه نمونه‌ها توسط دستگاه مارشال آزمایش شوند و ....) و منابع مصالح، مقایسه نتایج نشریات بسیار مشکل است.
برای تحقیقات مخلوط قیر، نتایج عموماً به سه خصوصیت اصلی مخروط از قبیل پایداری، انعطاف‌پذیری و دوام آنالیز شدند. در پایداری، میزان پایداری مارشال و گاهی اوقات دانسیته دو پارامتری هستند که معمولاً با ظرفیت لایه در برابر مقاومت بارها ارزیابی می‌شوند. بر اساس نتایج تحقیقات مخروط HRS بوسیله محققین نشان داده شده در تصویر 2 همه مواد زائد استفاده شده نمی‌توانند پایداری لایه را افزایش دهند. به عنوان مثال خاکستر نرمه.
اگرچه این ماده محبوب‌ترین و پراستفاده‌ترین است. عملکرد مخروط قیری که بوسیله خاکستر نرمه به عنوان پر کننده استفاده می‌شود. به مقدار PC که دیگر پرکننده تولیدات صنعتی است، نمی‌باشد. Kadir & Pratomo استفاده کردند که میزان پایداری خاکستر نرمه زیر PC میباشد. دیگر پرکننده‌ای که از مواد زائد برگرفته شد (روباره فولاد و خاکستر پوسته نخل) در مقایسه با پرکننده تولیدات صنعتی از قبیل PC یا آهک عملکرد خاصی را نشان نداد.
در سمت مقابل خاکستر مرمر نقش مهمی را در افزایش پایداری مخلوط بازی می‌کند. مخلوط استفاده شده از خاکستر مرمر به عنوان پر کننده، میزان پایداری بیشتری نسبت به سایر مخلوط‌های نرمه با خاکستر نرمه، PC، روباره فولاد یا خاکستر پوسته نخل به عنوان پرکننده دارد و این نتایج تاثیرگذار هنگامی که دیگر انواع مخلوط استفادهع شده بدست آمد، به عنوان مثال AC طبق شکل 3a.
در واقع، بر اساس همه نتایج تحقیقات بهترین نتیجه بدست آمده از ترکیب مواد زائد و مصالح روسازی بستگی به چندین عامل دارد، اما مهمترین چیزی که وجود دارد، سازگاری واکنش شیمیایی بین هر دو ماده مخلوط شده است. آزمایشات شیمیایی ترکیبی مواد زائد استثناء هستند. بنابراین با موردی روبرو می‌شویم که ماده زائد با مواد دیگر هنگامی که مخلوط می‌شوند، تطابق ندارند.
دیگر خصوصیات مورد ارزیابی در عملکرد مخلوط قیر انعطاف‌پذیری طبق رابطه Marshal Quotient میباشد. به عبارت دیگر نسبت پایداری مارشال به روانی بر اساس شکل 2 (برای مخلوط HRS) و شکل 3 (مخلوط AC) میزان MQ (سمت چپ محور Y) خاکستر مرمر بالاتر از دیگر مخلوط‌هاست و به این معنی است که میزان روانی مخلوط (سمت راست محور Y) با خاکستر مرمر به عنوان پرکننده به اندازه کافی کمتر است و این مخلوط می‌تواند به عنوان سفت کننده نسبت به بقیه طبقه‌بندی شوند. روباره فولاد و خاکستر پوسته نخل پرکننده‌هایی هستند که میزان MQ مخلوط آنها کمترین است. پرکننده‌های Bother میزان روانی بیشتری نسبت به سایرین می‌دهند. بنابراین هر دو پرکننده بیشترین انعطاف‌پذیری را در بین سایرین دارند.
شکل 3: پایداری و انعطاف‌پذیری خصوصیات مخلوط‌های AC
با پرکننده‌های مختلف (a)
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 20 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله استفاده از مواد زائد در ساختار روسازی در اندونزی