مطالعه عددی و آزمایشگاهی تأثیر افزودن همزمان الیاف فولادی و پلی‌پروپیلن بر مقاومت بتن تراورس با رویکرد رسیدن به درصد بهینه‌ی الیاف (مطالعه موردی کارخانه تولید بتن تراورس کرج)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

2 دانشجوی دکتری سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

چکیده

در چند دهه‌ی اخیر،سیستم حمل و نقل ریلی برای عبور و مرور انسان­ها به عنوان یکی از راحت‌ترین و کم­هزینه‌ترین سیستم‌های حمل و نقل رایج، گسترش یافته است. با توجه به اینکه یکی از مهمترین عناصر تشکیل­دهنده‌ی خطوط ریلی، تراورس بتنی می‌باشد، لذا، مسئله‌ی بهره‌برداری و تعمیر و نگهداری از این سیستم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این تحقیق، به کمک افزودن همزمان الیاف فولادی و پلی‌پروپیلن به بتن تراورس (تولید شده در کارخانه‌ی تولید تراورس کرج)، مقاومت بتن بهبود بخشیده شده است. مجموعاً تعداد 120 عدد نمونه‌ی استوانه‌ای و منشوری جهت انجام تست‌های مقاومت فشاری، کششی و خمشی در هشت طرح مختلف، که مجموع درصد الیاف به­کار رفته در هر طرح 1% بود، ساخته شد. با توجه به نتایج به‏دست آمده، بهترین طرح برای مقاومت فشاری و کششی، طرح شماره‌ی 8 (1% الیاف فولادی، بدون الیاف پلی‌پروپیلن) و برای مقاومت خمشی، طرح شماره‌ی 6 (6/0 درصد الیاف فولادی و 4/0 درصد الیاف پلی‌پروپیلن) می‌باشد. همچنین، وجود الیاف در بتن تراورس می‌تواند تا حدود 40% از مقدار آرماتورهای پیش‌تنیده در آن کاسته و باعث جلوگیری از وقوع ترک‌های عمیق در آن شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Study of the Effect of Simultaneous Adding Steel and Polypropylene Fiber on the Strength of Sleeper Concrete with an Approach to Achieve Optimal Percentage of the Fiber (Case Study: Sleeper Concrete Manufacturing Factory of Karaj)

نویسندگان [English]

  • majid gholhaki 1
  • ghasem pachideh 2
  • mohammadali kafi felaverjani 1
1 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, I. R. of Iran
2 PhD Candidate in Structure, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, I. R. of Iran.
چکیده [English]

In the last recent decades, the rail transport system for transit of humans has been expanded as one of the most convenient and low-cost transportation systems. As one of the most important elements of the railway lines is sleeper concrete, thus, the issue of operation and maintenance of this system has special importance. In this research, concrete strength has been improved by simultaneous addition of steel and polypropylene fibers to sleeper concrete (manufactured at Sleeper Manufacturing Factory in Karaj, Iran). A total of 120 cylindrical and prismatic samples were constructed for testing compressive, tensile, and flexural strength in eight different designs. Total percentage of fiber used in each design was 1%. According to the results, the best design for compressive and tensile strength was design number 8 (1% steel fiber, 0% polypropylene fiber) and for flexural strength was design number 6 (0.6% steel fiber, 0.4% polypropylene fiber). Presence of fiber in sleeper concrete can reduce its pre-stressed reinforcement by 40% and prevent occurrence of deep cracks.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sleeper concrete
  • Steel fiber
  • Polypropylene fiber
  • Compressive Strength
  • tensile strength
  • Flexural strength
ACI 544.3R. 1998. “Guide for Specifying Mixing, Placing and Finishing Fiber Reinforced Concrete”. ACI Manual of Concrete Practice, American Concrete Institute, Michigan.

AREMA. 2006. “Manual for Railway Engineering (Chapter 30), Concrete ties”. American Railway Engineering and Maintenance-of-way Association.

Bagheri, A. R. and Parhizkar, T. 1999. “Application of fiber in cement and cement products”. Constr. Res. Center Pub., 300: 75-83. (In Persian).

Banthia, N., Moncef, A., Chokri, K. and Sheng, J. 1995. “Uniaxial tensile response of microfiber reinforced cement composites”. J. Mater. Struct., 28(183): 507-517.

Bayasi, Z. and Dhaheri, M. A. 2002. “Effect of exposure to elevated temperature on polypropylene fiber-reinforced concrete”. ACI Mater. J., 99(1): 22- 26.

DIN EN 13230-2. 2003. “EN-railway applications: Track: Concrete sleepers and bearers- Prestressed monoblock sleepers”. Part 2, Deutsches Institut fur Normung.

Grzybowski, M. and Shah, S. P. 1990. “Shrinkage cracking of fiber reinforced concrete”. ACI Mater. J., 87(2): 138-148.

Hwang, C. L., Chen, C. T., Lee, L. S., Bui, L. A. T., Hou, B. S. and Hsieh, H. Y. 2011. “The material and mechanical property of heavy-duty prestressed concrete sleeper”. Appl. Mech. Mater., 97-98: 408-413.

INSO581. 2015. “concrete-making curing concrete test specimens in the laboratory- code of practice”. 2nd revision.

Management and Planning Organization. 2005. “Technical and general characteristics of railroad upstream line pavement”. pp. 40-46. (In Persian).

Mu, B., Meyer, C. and Shimanovich, S. 2002. “Improving the interface bond between fiber mesh and cementitious matrix”, Cement Concrete Res., 32(5): 783-787.

Padron, I. and Zollo, R. F. 1990. “Effect of synthetic fibers on volume stability and cracking of Portland cement concrete and mortar”, ACI Mater. J., 87(4): 327-332.

Qian, C. X. and Stroeven, P. 2000. “Development of hybrid polypropylene–steel fibre- reinforced concrete”. Cement and Concrete Res., 30: 63-69.

Quresh, L. A., et. al. 2008. “Effect of mixing steel fibers and silica fume on properties of high strength concrete”. Proceedings of International Conference on Concrete: Constructions Sustainable Option, Dundee.UK, pp. 173-185.

Sadeghi J., Kian, A. R. T. and Khabbazi, A. S. 2016 “Improvement of mechanical properties of railway track concrete sleepers using steel fibres”. J. Mater. Civ. Eng., 28(11).

Sanjuan, M. A. and Moragues, A. 1997. “Polypropylene-x mortar mixes: Optimization to control plastic shrinkage”. Compos. Sci. Technol., 57: 655-660.

Shah, S. P. 1991. “Do fibers increase the tensile strength of cement-based matrices”. ACI Mater. J., RILEM, 88(6): 595-602.

Soroushian, P., Elyamany, H., Tlili, A. and Ostowari, K. 1998. “Mixed-mode fracture properties of concrete reinforced with low volume fractions of steel and polypropylene fibers”. Cement and Concrete Compos., 20: 67-78.

Wang, K., Shah, S. P. and Phuaksuk, P. 2001. “Plastic shrinkage cracking in concrete materials- Influence of fly ash and fibers”. ACI Mater. J., 98(6): 458-464.

Yao, W., Li, J. and Wu, K. 2003. “Mechanical properties of hybrid fiber-reinforced concrete at low fiber volume fraction”. Cement Concrete Res., 33: 27-30.

Zeiml, M., Leithner, D., Lackner, R. and Mang, H. A. 2006. “How do polypropylene fibers improve the spalling behavior of in-situ concrete?”. Cement Concrete Res., 36: 929-942.

Zollo, R. F. and Hays, C. D. 1998. “Engineering material properties of a fiber reinforced cellular concrete”. ACI Mater. J. 95(5): 631-635.