مقاله تحلیلی: مقاومت برشی روسازی و سیستم‌ های ضدآب

برای بیش از ۴۰ سال، بسیاری از ایالت‌های آمریکا و استان‌های کانادا از سیستم‌های غشاء ضدآب در روی عرشه پل‌ها به‌عنوان یک راهبرد جلوگیری از خوردگی استاندارد استفاده می‌کردند. روسازی بتن آسفالتی (ACP) معمولاً روی لایه ضدآب ساخته می‌شود تا هم از آن محافظت کرده و هم امکان رفت‌وآمد مناسب وسایل نقلیه را فراهم کند. علیرغم سابقه طولانی این نوع طراحی، تفاوت‌های منطقه‌ای در مشخصات مصالح، جزئیات ساخت‌وساز و اقلیم به نتایج ناهمگونی در بعضی از مناطق منجر شده است.

یکی از معمول‌ترین مشکلات گزارش‌شده در عرشه پل‌ها، چسبندگی ضعیف لایه ACP با لایه ضدآب است که می‌تواند به شکست روسازی منجر شود. این مشکلات باعث شده است که بعضی از سازمان‌ها، استفاده از لایه‌های ضدآب را متوقف کنند و از روش‌های دیگر بهره بگیرند. بااین‌وجود بسیاری از سازمان‌ها هنوز هم از لایه‌های ضدآب استفاده می‌کنند.

درحالی‌که استانداردهای ACP جامع هستند، طراحی و ساخت ACP در روی عرشه‌های پل ضدآب شده (و سازه‌های مشابه مانند عرشه‌های پارکینگ) چالش‌های خاصی دارد و با ساخت‌وساز راه به شیوه معمول متفاوت است. این چالش‌ها می‌تواند شامل زهکشی لایه، مقاومت برشی بین لایه‌ای (چسبندگی)، اندازه متراکم کننده و محدودیت‌های بهره‌برداری به دلیل محدودیت‌های ساختاری، چالش‌های تراکم روی لایه آسفالت نرم و محدودیت‌های ضخامت ACP به دلیل محدودیت‌های ساختاری باشد.

این مقاله تست‌های آزمایشگاهی اخیری که برای ارزیابی مقاومت برشی بین لایه‌ای ACP و سیستم‌های لایه ضدآب کننده انجام‌شده را شرح می‌دهد. این کار مبتنی بر فاز قبلی تحقیق که در STM STP 1590 (موزر و همکارانش، 2015) انجام‌شده، است و داده‌های جدیدی را در خود جای داده تا یک روش آزمایشی برای ارزیابی مقاومت برشی روسازی و سیستم‌های ضدآب ارائه شود.

نیروهای برشی در سیستم‌های ضدآب و روسازی

بارهای وسایل نقلیه با استفاده از سیستم‌های روسازی به سیستم سازه‌ای زیر آن منتقل می‌شوند. تنش‌های برشی داخل صفحه به‌صورت مستقیم تحت تأثیر ترمز گرفتن، شتاب گرفتن و دور زدن وسایل نقلیه و به‌صورت غیرمستقیم تحت تأثیر خمش ناشی از بارهای متمرکز از چرخ‌های وسایل نقلیه، ایجاد می‌شود. سیستم‌های روسازی معمولاً در لایه‌های متعددی ساخته می‌شوند و برای انتقال این تنش‌ها به سازه زیرین، اتصال بین این لایه‌ها اهمیت زیادی دارد. پیوستگی برشی ضعیف می‌تواند به شکست سیستم روسازی روی لایه اساس (شکل 1) یا روی سازه ضدآب شده (شکل 2) منجر شود.

آزمایش

روش آزمایش – استاندارد مورد قبولی برای تعریف مقررات مقاومت برشی سیستم‌های ACP با لایه‌های ضدآب کننده وجود ندارد. حداقل سه روش آزمایش – یک روش در بریتانیا (BS EN 13653:2004)، یک روش در چین (ژو و زو، 2008) و یک روش در ایالات‌متحده (موزر و همکارانش، 2015) – مشخصاً برای ارزیابی مقاومت برشی این سیستم‌های روسازی – لایه ضدآب وجود دارد، اما هیچ‌کدام از این روش‌ها به‌صورت گسترده در ایالات‌متحده استفاده نمی‌شود. اخیراً یک روش آزمایش در دانشگاه لوئیزیانا انجام‌شده (گزارش 712 NCHRP، 2012) که به‌عنوان یک روش استاندارد آزمایش، AASHTO TP114 – 15 (AASHTO TP 114 – 15, 2015)، به کار گرفته‌شده است. باوجود اینکه این روش در گذشته برای آزمایش مقاومت برشی بین دو لایه ACP، یا یک لایه ACP و بستر بتنی زیر آن به کار گرفته می‌شده اما می‌توان از آن برای آزمایش مقاومت برشی فصل مشترک در یک نمونه استوانه‌ای استفاده کرد. در این پروژه تحقیقاتی، کاربرد آن برای آزمایش مقاومت برشی بین لایه‌ای ترکیب ACP و لایه ضدآب مورد ارزیابی قرارگرفته است.

ما آزمایش‌هایی در آزمایشگاه SGH با استفاده از وسیله آزمایش مقاومت برشی بین لایه‌ای (LISST) انجام دادیم (عکس 3). ما عموماً از استاندارد آزمایش AASHTO TP114 – 15 استفاده کردیم، اما نمونه‌ها را 24 ساعت قبل از آزمایش کردن آماده کردیم (بیش از حداقل زمان 2 ساعته تعیین‌شده) و دمای اتاقی که آزمایش در آن انجام شد هم ۷۳ درجه فارنهایت بود (که کمی خنک‌تر از شرایط تعیین‌شده، یعنی ۷۷ درجه فارنهایت) بود.

متغیرهای آزمایش – پیوستگی برشی در فصل مشترک ACP و لایه ضدآب تحت تأثیر متغیرهای زیادی ازجمله طرح اختلاط ACP و تراکم آن، اندود سطحی و سرعت اجرا، شرایط محیطی، ترکیب شیمیایی، سختی و سطح لایه ضدآب و نیروی کار دخیل در ساخت، قرار دارد. برای این تحقیق ما متغیرهای زیر را بررسی کرده‌ایم:

دو بستر

• بتن ساده
• ضدآب کننده پلیمری اجراشده با اسپری

پوسته‌ای با سنگ‌دانه بازالتی در سطح بالایی قرارگرفته است.

سه نوع اندود سطحی

• PG 64 – 22
• CQS – 1hP
• RS – 1

دو نیروی نرمال

• 0 psi

• 20 psi

نمونه‌های آزمایش – ما 38 نمونه استوانه‌ای با قطر 6 اینچ و طول 4 اینچ برای آزمایش برشی آماده کردیم. 

ترکیب‌های مختلفی از غشاء و اندود سطحی بین بتن و ACP به کار گرفته شد تا اثر آن‌ها بر مقاومت برشی در فصل مشترک ACP و بستر ارزیابی شود. در زیر اجزای عمده نمونه‌های آزمایش شرح داده‌شده‌اند:

 شکل

بستر بتنی – ما 38 سیلندر با قطر 6 اینچ را از دال بتنی کرگیری کردیم و آن‌ها را به طول 2 اینچی برش زدیم. قبل از کرگیری دال بتنی شات بلاست شده بود تا پروفیل سطحی ICRI فراهم شود و با توصیه‌های سازنده ضدآب کننده مطابقت داشته باشد.

غشاء ضد آب کننده – روی بیست‌وپنج نمونه از 38 نمونه استوانه‌ای بتنی، غشاء ضدآب کننده اسپری شد و پوشش سنگ‌دانه بازالتی دانه‌بندی شده روی سطح آن قرار گرفت.

اندود سطحی – اندود سطحی با نرخ 0.05 gsy، طبق راهنمایی‌های منتشرشده برای سطوحی با سختی مشابه (گزارش 712 NCHRP، 2012)، به سطوح نمونه‌ها به صورتی که در جدول 1 نشان داده‌شده است اعمال شد.

روسازی ACP – یک لایه ACP با قطر 6 اینچ و طول 2 اینچ روی سطح نمونه‌های آزمایش استفاده شد. ACP استفاده‌شده از نوع مخلوط 8/3 اینچی Superpave با آستر PG 64 – 28، مشابه مخلوط عرشه پل استاندارد MassDOT است. ACP با استفاده از یک متراکم کننده دایره‌ای متراکم شد تا مقدار حفره‌های هوا به 7 درصد برسد.

نتایج در جدول 1 به‌صورت خلاصه آورده شده‌اند. شکل 1 تا 3 منحنی‌های نیروی برشی – تغییر مکان برای هر نمونه را نشان می‌دهد که در آن نوع سطح (بتن تنها یا غشاء ضد آب)، نوع پوشش اتصال (PG 64 – 22، CQS – 1hP یا RS – 1) و بار نرمال (20 psi یا 0 psi) برای هر نمونه مشخص‌شده است. ما شش نمونه را به دلیل غیر نرمال بودن نتایج آن‌ها در آزمایش‌ها، مانند وارفتگی در تجهیزات آزمایش، از نتایج نهایی حذف کردیم. نتایج رد شده از جدول 1 حذف‌شده‌اند اما در شکل 1 تا 3 آورده شده‌اند.

• نمونه‌های بتن ساده (شکل 1) با/ بدون بار نرمال تست شدند. اضافه کردن بار نرمال 20 psi باعث شد که داده‌ها در طول محور x (تغییر مکان) پراکنده شوند، اما در کمال تعجب اثر بار نهایی میانگین، قابل‌چشم‌پوشی بود (1.3 درصد). برای آزمایش‌های بعدی ما تصمیم گرفتیم که بار نرمال را حذف کنیم تا از پراکندگی اضافی در طول محور x جلوگیری شود.
• به کار گرفتن غشاء ضدآب کننده بر روی سطح نمونه با اندود سطحی PG 64 – 22، مقاومت برشی را 42 درصد کاهش داد.

پوشش اتصال CQS – 1hP مقاومت برشی بسیار بالاتری نسبت به اندودهای سطحی PG 64 – 22 و RS – 1 ایجاد کرده است.

مقدار چسبندگی که سنگ‌دانه بین ACP و غشاء ضدآب کننده ایجاد می‌کند، اثر زیادی بر نتایج دارد؛ این مقدار در نمونه‌های آزمایشگاهی (شکل 4 و 5) و در واقعیت در موارد مختلف متفاوت است.

نتیجه‌گیری

مقاومت در برابر خوردگی غشاهای ضدآب مشهود است اما به کار بردن یک غشاء بین روسازی و سازه بتنی زیر آن می‌تواند مقاومت برشی در فصل مشترک آن‌ها را کاهش دهد. درحالی‌که مطالعات تجربی نشان داده که بسیاری از این ترکیب‌ها می‌تواند عملکرد مناسبی داشته باشد، لازم است هنگام طراحی لایه‌های ACP به‌خصوص در مناطق پرترافیک، مناطقی که سرعت کاهش می‌یابد (مثلاً رمپ‌ها) و سیستم‌های روسازی نازک‌تر، احتیاط کنیم.

AASHTO TP114 – 15 روش آزمایش مفیدی برای تعیین مقدار مقاومت برشی فصل مشترک سیستم‌های روسازی – غشاء است. امیدواریم که این روش به تحقیقات بیشتر و توسعه استانداردهایی برای مقاومت برشی فصل مشترک چنین ترکیباتی منجر شود و در نهایت به دوام بیشتر پل‌ها کمک کند.

منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.