توسعه مدل پیش‌بینی آغاز خوردگی آرماتورهای تراورس بتنی B70 در خطوط راه‌آهن نواحی کویری (مطالعه موردی: خط راه‌آهن بم - زاهدان، بلاک رودشور– شورگز)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی راهآهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی راهآهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

10.22075/jtie.2019.18879.1425

چکیده

قریب به 600 کیلومتر از خطوط ریلی ایران در نواحی ماسه‌گیر کویری قرار گرفته است. از جمله مشکلات روسازی خطوط ریلی در این نواحی، خوردگی ریل، ادوات ریل نظیر پیچ اتصال و پابند و نیز ترک خوردگی و شکست زودهنگام تراورس‌های بتنی در این مناطق است. بررسی‌های انجام شده، نشان‌دهنده‌ی نفوذ یون کلرایدِ حاضر در خاک کویری در حضور رطوبت به تراورس بتنی است که این موضوع منجر به زنگ‌زدگی تاندون و در نهایت شکست تراورس بتنی می‌گردد. با این وجود، تحقیقات چندانی در مورد شکست و خوردگی زودهنگام این تراورس‌ها انجام نگرفته و در عین حال مدلی برای پیش‌بینی این موضوع توسعه داده نشده است. در این تحقیق، انتشار یون کلراید در بتن تراورس مورد بررسی میدانی و آزمایشگاهی قرار گرفته و بر اساس آن مدلی برای پیشبینی آغاز خوردگی و انتشار یون کلراید ارائه شده است. برای این منظور، ضرایب انتشار و مقادیر کلراید سطحی و اولیه با نمونه‌برداری از تراورس‌های قطعه‌ی رودشور شورگز واقع در کیلومتراژ 91 تا 119 در مسیر راه آهن بم - زاهدان به دست آمده است. ضریب انتشار در سنین اولیه نیز با ساخت نمونه‌های مکعبی به دست آمده و مدل پیش‌بینی بر اساس این پارامترها توسعه یافته است. در ادامه، به منظور بررسی تأثیر هر یک از عوامل بر زمان آغاز خوردگی، تحلیل حساسیت صورت گرفته و زمان آغاز خوردگی برای بتنِ تراورس در شرایط پیش‌گفته، 5/8 ماه به دست آمده و ضریب انتشار و مقدار پوشش بتن اثرگذارترین عوامل بر زمان آغاز خوردگی تشخیص داده شده‌اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of a Corrosion Prediction Model for B70 Concrete Sleepers on Iranian Desert Railway

نویسندگان [English]

  • Morteza Esmaeili 1
  • Sadegh Kaviani 2
  • Mohsen Tadayon 3
1 School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST)
2 Railway Track & Structures Engineering ِDepartment, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 Faculty Member of Bu Ali Sina University of Hamedan and Chairman of the Board of Iranian Concrete Association, Tehran
چکیده [English]

Nearby 600 kilometers of Iran Railway is located in sandy desert areas. The most critical problems of railway superstructure in these areas are corrosion of rail, fastening system components such as bolts and clips, as well as early cracking and breakage of concrete sleepers. Studies have shown the ingress of chloride ions, from desert soil into the concrete sleeper in the presence of moisture, which leads to corrosion of pre-stressed steel tendons and eventually to concrete sleeper failure. Nevertheless, there has not been much research into the failure and early cracking of such concrete sleepers, and no model for predicting corrosion of steel has been proposed. In this study, the chloride diffusion in concrete sleepers has been investigated in field and laboratory, and a model has been proposed for predicting corrosion initiation and chloride diffusion. For this purpose, the diffusion coefficients and the initial and surface chloride contents were obtained by sampling from concrete sleepers of Roodshour - Shuregaz block in Bam - Zahedan line. The diffusion coefficient at early ages was obtained by making cubic samples, and then a model was developed based on these parameters. Sensitivity analysis was also performed to investigate the influence of effective factors on the initiation time of the corrosion. From this model, the corrosion initiation time for concrete sleepers is calculated to be 8.5 months. In the sensitivity analysis, the chloride ion diffusion coefficient and concrete cover were the most influential factors on the corrosion initiation time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Railway in Desert Areas
  • Corrosion
  • Concrete Sleeper
  • Chloride Diffusion
  • Corrosion Initiation Prediction
امراللهی، ع. 1395. "آمار نواحی ماسه­گیر و کویری سال 1394".
امراللهی، ع. 1396. "آمار نواحی ماسه­گیر و کویری سال 1395".
تدین، م. 1395. "بررسی علل خرابی تراورس­های آسیب دیده مناطق ماسه­گیر کویری".
سازمان ملی استاندارد ایران. 1396. "راه­آهن- خط- تراورس­های بتنی و تیرهای حامل، قسمت 1: الزامات عمومی". استاندارد ملی ایران، 21498.
کلینسلی، د. 1381. "کویرهای ایران و خصوصیات ژئومورفولوژیکی و پالئوکلیماتولوژی آن". (ع. پاشایی، ترجمه). سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، تهران.
مهتا، پ. و مونته‌ئیرو، پ. 1395. "ریزساختار، خواص و اجزای بتن (تکنولوژی بتن پیشرفته)". دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
American Concrete Institute. 2001. “Protection of metals in concrete against corrosion”. ACI 222R-01.
American Concrete Institute. 2014. “Report on corrosion of prestressing steels”. ACI222.2R-14.
Angst, U., Elsener, B., Larsen, C. and Vennesland, Ø. 2009. “Critical chloride content in reinforced concrete– a review”. Cement Concrete Res., 39: 1122-1138. doi:10.1016/ j.cemconres.2009.08.006
Ashrafi, H. R. and Ramezanianpour, A. A. 2007. “Service life prediction of silica fume concretes”. Int. J. Civ. Eng., 5(3): 182-197. Retrieved from http://ijce.iust.ac.ir/article-1-323-en.html http://ijce.iust.ac.ir/ article-1-323-en.pdf.
ASTM International. 2012. “Standard test method for acid-soluble chloride in mortar and concrete (ASTM C1152)”. Retrieved from https://www.astm.org/Standards/C1152.
ASTM International. 2015. “Standard test method for corrosion potentials of uncoated reinforcing steel in concrete (ASTM C876-15)”. Retrieved from https://www.astm.org/Standards/C876.htm
ASTM International. 2016. “Standard test method for determining the apparent chloride diffusion coefficient of cementitious mixtures by bulk diffusion (ASTM C1556-11a)”. Retrieved from https://www.astm.org/ Standards/C1556.htm.
ASTM International. 2018. “Standard test method for obtaining and testing drilled cores and sawed beams of concrete (ASTM C42/C42M−18). Retrieved from https://www.astm.org/Standards/C42.htm.
Basheer, L., Kropp, J. and Cleland, D. J. 2001. “Assessment of the durability of concrete from its permeation properties: A review”. Constr. Build. Mater., 15(2): 93-103. doi:https://doi.org/10.1016/S0950-0618(00) 00058-1.
Bentz, E. C. and Thomas, M. D. A. 2018. “Life-365 service life prediction model”. 2.2.3 ed., Life-365™ Consortium III.
Bjegović, D., Krstić, V., Mikulić, D. and Ukrainczyk, V. 1995. “C-D-c-t diagrams for practical design of concrete durability parameters”. Cement Concrete Res., 25(1): 187-196. doi:https://doi.org/10.1016/ 0008-8846(94)00126-J.
British Standards. 2013. “Concrete: Specification, performance, production and conformity (BS EN 206). Retrieved from https://shop.bsigroup.com/ProductDetail/?pid=000000000030326195.
British Standards. 2016. Railway applications, track, concrete sleepers and bearers, general requirements Part 1: General requirements (BS EN 13230-1)”. Retrieved from https://shop.bsigroup.com/ProductDetail/ ?pid= 000000000030292280.
Bruno, L., Horvat, M. and Raffaele, L. 2018. Windblown sand along railway infrastructures: A review of challenges and mitigation measures”. J. Wind Eng. and Indus. Aerodyn., 177: 340-365. doi:https:// doi.org/10.1016/j.jweia.2018.04.21.
CBG Concrete Sleeper Factory. Retrieved from http://www.cbg-co.ir/en/.
Chalee, W., Jaturapitakkul, C. and Chindaprasirt, P. 2009. “Predicting the chloride penetration of fly ash concrete in seawater”. Marine Struct/, 22(3): 341-353. doi:https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2008. 12.001.
Cheung, M. S. and Kyle, B. R. 1996. “Service life prediction of concrete structures by reliability analysis. Constr. Build. Mater. 10(1): 45-55. doi:https://doi.org/10.1016/0950-0618(95)00055-0.
Dai, L., Wang, L., Zhang, J. and Zhang, X. 2016. “A global model for corrosion-induced cracking in prestressed concrete structures”. Eng. Failure Anal., 62: 263-275. doi:https://doi.org/10.1016/j.engfail anal.2016.01.013.
Group, F. T. 2006. “Model code for service life design”. FIB Bull. No. 34.
Khan, A. A. 2002. “Guidebook on non-destructive testing of concrete structures”. International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria.
Lambert, P., Page, C. and Vassie, P. 1991. “Investigations of reinforcement corrosion. 2. Electrochemical monitoring of steel in chloride-contaminated concrete”. Mater. Struct., 24(5): 351-358.
Li, F., Yuan, Y. and Li, C. Q. 2011. “Corrosion propagation of prestressing steel strands in concrete subject to chloride attack”. Constr. Build. Mater., 25(10): 3878-3885. doi:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2011.04.011.
Luping, T. and Gulikers, J. 2007. “On the mathematics of time-dependent apparent chloride diffusion coefficient in concrete”. Cement Concrete Res., 37(4): 589-595. doi:https://doi.org/10.1016/j.cemconres. 2007.01.006.
Mangat, P. S. and Molloy, B. T. 1994. ‘Prediction of long term chloride concentration in concrete”. J. Mater. Struct., 27(6): 338. doi:10.1007/bf02473426.
Mohammadzadeh, S. and Vahabi, E. 2011. “Time-dependent reliability analysis of B70 pre-stressed concrete sleeper subject to deterioration”. Eng. Fail. Anal., 18(1): 421-432. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.engfail anal.2010.09.030.
Ramezanianpour, A., Jahangiri, E., Ahmadi, B. and Moodi, F. 2012. “Evaluation and Modification of the FIB Service-Life Design Model for the Persian Gulf region”. International Conference on Coasts, Ports and Marine Structures (ICOPMAS), Ports and Maritime Organization, Tehran, Iran.
Shekarchi, M., Ghods, P., Alizadeh, A., Chini, M. and Hoseini, M. 2008. “Durapgulf, a local service life model for the durability of concrete structures in the south of Iran”. Arab. J. Sci. Eng., 33.
Shekarchi, M., Moradi-Marani, F. Pargar, F. 2011. “Corrosion damage of a reinforced concrete jetty structure in the Persian Gulf: A case study”. Struct. Infrastruct. Eng., 7(9): 701-713.
Siemes, A. and Edvardsen, C. 1999. “Duracrete: Service life design for concrete structures”. NRC Research Press., Ottawa.
Tolou Kian, A. R., Sadeghi, J. and Zakeri, J. A. 2020. “Influences of railway ballast sand contamination on loading pattern of pre-stressed concrete sleeper”. Constr. Build. Mater., 233: 117324. doi:https://doi. org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117324.
Tolou Kian, A. R., Zakeri, J. A. and Sadeghi, J. 2018. “Experimental investigation of effects of sand contamination on strain modulus of railway ballast”.Geomech. Eng., 14: 563-570. doi:10.12989/ gae.2018.14.6.563.
Van der Wegen, G., Polder, R. B. and van Breugel, K. 2012. “Guideline for service life design of structural concrete- a performance based approach with regard to chloride induced corrosion. Heron, 57(3): 153-168.
Zakeri, J., Esmaeili, M. and Fathali, M. 2011. “Evaluation of humped slab track performance in desert railways”. Proc. Inst. Mech. Eng., Part F: J. Rail Rapid Transit, 225: 566-573. doi:10.1177/09544097 11403677.
Zakeri, J. A. and Abbasi, R. 2012. “Field investigation of variation of loading pattern of concrete sleeper due to ballast sandy contamination in sandy desert areas”. J. Mech. Sci. Technol., 26(12): 3885-3892. doi:10. 1007/s12206-012-0886-5.
Zakeri, J. and Forghani, M. 2012. “Railway route design in desert areas”. Am. J. Environ. Eng., 2: 13-18. doi:10.5923/j.ajee.20120202.03.