استفاده از مواد زائد در ساختار روسازي در اندونزي

چكيده
امروزه محققان در اندونزي در حال بررسي ساختاري استفاده مواد زائد در قسمت سازه‌اي روسازي هستند كه اين عمل مربوط به ناتواني دولت در حفظ روسازي جهت بهره‌وري مناسب و عدم بودجه كافي مي‌باشد. انتظار مي‌رود كه استفاده از مواد زائد در اين نوع سازه‌ها با هزينه توليد كمتر و كيفيت بهتر قادر خواهد بود نيازهاي موردنظر را برطرف سازد.

اندونزي منابع مختلف فراواني از مواد زائد دارد. بنابراين پيش‌بيني مي‌شود كه از نظر نياز به مواد زائد در ساختار روسازي مشكلي وجود ندارد. با توجه به نتايج محققان تقريباً همه مواد زائد استفاده شده خصوصيات بهبودي مناسبي را توليد مي‌كردند. البته همه آنها بهترين نتايج را ندارند. براي مخلوط قير، استفاده از خاكستر مرمر بر اساس مطالعات چندين محقق بهترين نتيجه را نشان داد. براي زير اساس و لايه بستر به ترتيب از تفاله (روباره) نيكل و آهك ـ خاكستر پوسته برنج استفاده مي‌شود و باعث مي‌شود خواص آنها بطور قابل توجهي بهبود يابد. هرچند كه چندين مواد زائد

استفاده شده در تحقيقات نتايج غيربهينه‌اي را هنگامي كه با مواد روسازي تركيب مي‌شدند، داد. واكنش شيميايي ايجاد شده در مخلوط بعد از تركيب شدن مخلوط تركيبي را حمايت نمي‌كند.

پيش‌زمينه
استفاده از مواد زائد ناشي از اضافات مي‌تواند جايگزين مواد موجود در پروژه‌هاي مهندسي به منظور كاهش هزينه و بهبود خصوصيات مكانيكي سازه‌هاي كامپوزيت مانند روسازي شود.
در اندونزي بحران اقتصادي براي چندين سال وجود دارد و به دليل عدم بودجه كافي دولت براي نگهداري همه جاده‌ها با عملكرد مناسب، باعث شده است كه اثر بحران در زندگي روزانه تاثير بگذارد. به علاوه، اثر سيستم حكومتي در اندونزي، استان‌ها را مجبور كرده تا سيستم مديريت

روسازيشان را بهينه كنند. به دليل اينكه بودجه و اقدامات عملياتي براي جاده‌هاي فرعي با مسئوليت استان‌ها است. بنابراين چندين استراتژي به منظور پيشنهادات متناوب جهت نگهداري عملكرد جاده‌ها با هزينه كم شد از قبيل طراحي يك طبقه سازه‌اي براي بهبود پروژه تعيين اولويت يك جاده در نگهداري عادي و دوره‌اي و ماده افزودني كه عملكرد جاده را بهبود بخشد.

تا اينجاي كار، افزودني‌هاي زيادي در بازار موجود هستند. اگرچه اين قبيل افزودني‌هاي صنعتي هنوز بسيار گران هستند و تحقيقات كمي در اين رابطه و آزمايش نادري از اين بابت انجام شده و به ندرت در پروژه‌هاي راه از آنها استفاده مي‌شود. در پنج سال اخير تحقيقات انجام شده در اندونزي جهت يافت موادي كه از مواد زائد جهت استفاده افزودني‌ در روسازي تشكيل شده باشد، تمايل پيدا كرده است و به اين خاطر است كه آگاهي‌هايي درباره كاهش مواد زائد از بقاياي توليدات صمعتي يا چرخه طبيعي حاصل شده است.

اين مقاله چندين تحقيق مربوط به آناليز پتانسيلي انواع مختلفي از مواد زائد به عنوان افزودني در ساختار روسازي را ارائه و سپس آنها را بازبيني مي‌كند. مطالب اين مقاله از چندين نشريه و پايان‌نامه در مورد استفاده از مواد زائد در ساختار روسازي از اواسط دهه هشتاد تا اواسط سال ۲۰۰۴ برگرفته شده است.

هدف
هدف از اين مقاله، معرفي آزمايشات مواد زائد استفاده شده در تحقيقات چندين روسازي در اندونزي است كه خود به قسمت‌هاي مختلفي از قبيل انواع مرسوم زائد استفاده شده، منابع مواد، آناليز انجام شده و نتايج تحقيقات تقسيم مي‌شود.
مواد زائد در اندونزي
استفاده از مواد زائد بستگي به فراواني آن ماده در منطقه موردنظر دارد. اما منابع عظيمي از مواد زائد در اندونزي وجود دارد كه مي‌تواند به عنوان افزودني در ساختار روسازي بكار رود. اگرچه آنها بطور گسترده در استان‌هاي اندونزي نيستند. مواد اشاره شده در زير كه اغلب آنها به صورت خاكستر هستند، بررسي و تحليل و نتايج آن در مجلات اندونزي منتشر شده‌اند. مواد وظايف

گوناگوني برعهده دارند. شامل پر كننده براي مخلوط قير، افزودني قير، مصالح سنگي ريز و افزودني براي لايه بستر و زيراساس. توضيحات اين مواد بطور كامل با اشكال آن موجود است.

خاكستر نرمه
خاكستر نرمه، معمول‌ترين ماده زائد استفاده شده در جهان است. خاكستر ترمه محصول فرعي ناشي از سوختن يك نوع زغال سنگ (CCBS) مي‌باشد. به عنوان مثال تفاله معدني كه بعد از كوبيدن زغال سنگ سوخته باقي مي‌ماند. فرض مي‌شود كه خاكستر نرمه قادر است انرژي را بوسيله كاهش ميزان تقاضا براي مواد مرسوم روسازي از قبيل آهك، سيمان و سنگ شكسته نگه دارد، در حالي كه موادي كه ذكر شده انرژي توليد مي‌كنند. مزيت استفاده از اين مواد نسبت به ديگر مواد روسازي، صرفه‌جويي در بشكه‌هاي نفت است.

بنابراين كاهش توليد گازهاي گلخانه‌اي كه خطر جوي هستند را به همراه خواهد داشت. در اندونزي اين مواد از كارخانه‌هايي كه سوخت آنها از سوختن زغال‌سنگ بدست مي‌آيند، تهيه شده كه ۳ كارخانه در سوماترا، ۴ كارخانه در جزيره كاليمانتان و ۲ كارخانه در جزيره سولاوس قرار دارند. ميزان خاكستر نرمه در اندونزي بسيار زياد است. به عنوان مثال Paiton swasta يك كارخانته با سوخت زغال سنگ در شرق جاوا با ظرفيت ۶۲*۲ مگاوات، سالانه كمتر از ۴۳۰۰۰ تن خاكستر نرمه توليد نمي‌كند.

يك مزيت ديگر، استفاده از خاكستر نرمه در ساختار روسازي، بدست آوردن آسان و عدم احتياج به عمليات خاص قبل از استفاده از آن است.
لاستيك ساييده (STR) و لاستيك خام
در اندونزي لاستيك فرسوده به شكل لاستيك يا STR مورد استفاده قرار مي‌گيرند. لاستيك خام يك شيره طبيعي است كه مستقيماً با شكاف بر روي درخت لاستيك بدست مي‌آيد. اندونزي دومين كشور بزرگ دنيا در توليد لاستيك طبيعي با توليد ساليانه ۲۲۵*۶۱۳ تن لاستيك از ۱۵۵۹۹۵۵ مزرعه لاستيك مي‌باشد. بيشتر ترجيح داده مي‌شود كه از لاستيك خام در افزودني استفاده شود تا ديگر لاستيك‌ها مانند لاستيك تركيبي، زيرا لاستيك خام الاستيك‌تر و مقاوم‌تر در برابر ترك‌هاي شياري است.

از طرف ديگر استفاده از تاير به عنوان منبع مواد STR آسان و در دسترس است، چرا كه طبق اطلاعات دپارتمان حمل و نقل اندونزي، بيش از ۸۵ ميليون واحد تاير از انواع وسايل نقليه در اندونزي وجود دارد.
خاكستر پوسته نارگيل و الياف نارس
اندونزي يك كشور مجمع‌الجزاير است و داراي بيش از ۱۷۰۰۰ جزيره و ۸۱۰۰۰ كيلومتر خط ساحل است. بنابراين نارگيل به عنوان يك گياه ساحلي در كانر Mangrove در تمام جزاير رشد مي‌كند. بر اساس اطلاعات وزارت كشاورزي اندونزي، داراي ۱۵۵۹۹۵۵ مزرعه كه سالانه ۶۶۱۰۲۲۵ تن توليد مي‌كند. نارگيل به يك گياه چند كاره معروف است كه همه قسمت‌هاي آن مي‌تواند در فعاليت‌هاي مختلف استفاده مي‌شود. در ارتباط با موضوع اين مقاله، دو قسمت از نارگيل به عنوان افزودني در ساختار روسازي استفاده مي‌شدند كه آن دو قسمت الياف نارگيل و خاكستر پوسته نارگيل مي‌باشند.

خاكستر باقيمانده آسياب شكر
اندونزي مصرف كننده بزرگ شكر است و از يك يا دو سال پيش شروع به واردات شكر كرده است. مناطق مزارع نيشكر سال به سال كاهش يافته و در سال ۲۰۰۲ كل مناطق مزرعه شكر ۱۸۱۹۰۴۲ است كه ۳۴۷۳۲۷ تن شكر در هر سال توليد مي‌كند. باقيمانده آسياب شكر كه منبع خاكستر است، به عنوان افزودني در ساختار روسازي استفاده مي‌شود، مي‌تواند سالانه به ۱۰۰۰۰۰ تن برسد.

خاكستر پوسته روغن نخل
در اندونزي مزارع روغن نخل در مقايسه با ديگر مناطق زراعي بيشترين است. البته همه استان‌ها اين نوع زراعت را ندارند. دو استاني كه سهم بزرگي در ساختن اندونزي به عنوان دومين توليد كننده روغن نفت در جهان دارند، سوماتراي شمالي و ريو با توليد بيش از ۵/۱ ميليون تن در سال هستند. بر اساس اطلاعات دپارتمان كشاورزي اندونزي در سال ۲۰۰۲ توليد كل روغن نخل در اندونزي حدود ۴۱۱۶۴۶۴ تن روغن نخل خام كه از ۸۱۵۷ از مزارع روغن نخل بدست مي‌آيد.

قسمتي از گياه روغن نخل كه در تحقيقات استفاده شده خاكستر پوسته روغن نخل است كه اكثر تركيب شيميايي خاكستر روغن نخل سيليكا SiO (45/31%)، CaO (2/15%) هستند.
خاكستر مرمر
مرمر يك سنگ دگرگون سخت متبلور كه از سنگ آهك يا دولوميت تشكيل شده و براي مجسمه‌سازي و مصالح ساختماني استفاده مي‌شود. تركيب شيميايي اصلي مرمر ۶۹/۵۲%‌، CaO 92/41% و CaCo3 39/5% ديگر موادي هستند كه مي‌توان نتيجه گرفت كه كلسيم يا آهك اصلي‌ترين اجزاي مرمر هستند.
عموماً خاكستر مرمر از باقيمانده سنگ مرمر خرد شده در صنايع خانگي بدست مي‌آيد. اين صنايع نزديك معادن مرمز متمركز در چندين مكان در اندونزي از قبيل تالانگاگانگ (شرق استان جاوا) كيتاتا (غرب استان جاوا) و مركز استان جاوا مي‌باشند.

ديگر مواد
در واقع مواد زياد ديگري در اندونزي وجود دارد كه به عنوان افزودني در ساختار روسازي آزمايش شده‌اند از قبيل صمغ، پوسته برنج، تفاله فولاد، تفاله نيكل و ديگر مواد پيش‌بيني مي‌شود كه در آينده به دليل افزايش خطر محيط زيست آگاهي براي بكارگيري مواد زائد بيشتر شود.
بر اساس نقشه شكل ۱، مي‌توان نتيجه گرفت كه منابع موجود زائد از طبيعت و مصنوع ساخت انسان فقط در دو جزيه هستند. به عبارت ديگر سوماترا و جاوا ديگر مواد زائد به عنوان افزودني در ساختار روسازي را شامل مي‌شوند.

تحقيقات با استفاده از مواد زائد در اندونزي
طبق مطالب بالا، تحقيقات زيادي در اندونزي در رابطه با انواع مختلف مواد زائد از منابع صنعتي طبيعي انجام شده است. جهت دانستن اين كه چطور تحقيقات انجام شده، در اين بخش روند و مشخصات استفاده شده طبق زير تشريح خواهند شد. همه تحقيقات مربوط به مورد سه لايه و لايه بستر در ساختار روسازي است كه بحث روند و مشخصات استفاده شده طبق زير به سه قسمت تقسيم شده است:

لايه سطحي
عموماً دو نوع لايه سطحي در تحقيقات استفاده شده است. به عبارت ديگر بتن آسفالت (AC) و لايه غلطك خورده داغ (HRS) اندونزي هنوز از دو مرجع انتخاب لايه سطحي استفاده مي‌كند. مرجع US با سطح لايه AC و مرجع بريتانيايي با HRA.
در فعاليت‌هاي آزمايشگاهي، اغلب تحقيقات از مخلوط آسفالت داغ استفاده شده و با آيين‌نامه آزمايشات مارشال تطابق داشت. جهت بدست آوردن حجم قير بهينه چندين خصوصيت مارشال بايد درنظر گرفته شود. اغلب قيرهاي استفاده از قير Pertamiona با نفوذ ۷/۶۰ مي‌باشد، به طوري كه منبع خرده سنگ‌هاي استفاده شده بستگي به مكان تحقيق دارد. همه تحقيقات از مشخصات

استاندارد Bina marga استفاده كردند (Bina marga يك عضو هيات مديره‌ي دپارتمان كار عمومي اندونزي است). Bina marga درجه‌بندي سنگدانه‌ها را بر اساس ضخامت لايه و نوع درجه‌بندي با يازده گروه تقسيم كرده است (ضخيم، نرم، پيوسته و با فاصله). Bina marga ضوابط مخلوط را به منظور بدست آوردن حجم قير بهينه بر اساس مشخصات مارشال طبق زير تعييم مي‌كند.
جدول ۱: مشخصات Bina marga براي مخلوط HRC و AC

تحقيقات مربوط به همراه تلاش بر افزودن مواد زائد در چندين قسمت به قير يا مخلوط دارند. اولين كار ساختن مواد زائد به عنوان افزودني قير جهت بهينه كردن خواص قير از قبيل نفوذ، نرمي، لزجت و ميزان درجه نرمي مي‌باشد.
اقدام دوم، مواد زائد به عنوان پر كننتده عمل كردند و چندين هدف از قبيل كاهش استفاده از قير در مخلوط، افزايش مقدار پايداري و غيره را همراه بود.

آزمايش ديگري كه اغلب با مخلوط‌هاي قيري همراه است. آزمايش غوطه‌وري جهت اندازه‌گيري مقاومت خواص مخلوط بوسيله غوطه‌ور كردن مخلوط در آب ۶۰ درجه براي ۲۴ ساعت مي‌باشد. بنابراين شاخص حفظ پايداري (RSI) به عنوان نسبت پايداري مارشال بعد از غوطه‌ورسازي در آب ۶۰ درجه براي ۲۴ ساعت محاسبه مي‌شود تا پايداري بعد از غوطه‌وري در آب براي همان درجه حرارت به مدت ۳۰ دقيقه بدست آيد.

با استفاده از چندين مواد مي‌خواهيم ميزان قير بهينه مخلوط را بدست آوريم. گذشته از اين مي‌تواند همچنين حساسيت آناليز استفاده از مواد زائد در عملكرد مخلوط را نشان مي‌دهد، چرا كه استفاده از آن مواد در حجم مشخص گاهي اوقات عملكرد مخلوط را كاهش مي‌دهد. Sentasa و همكاران (۲۰۰۱) سعي كردند تا خاكستر پوسته نخل با PC و آهك را به عنوان پر كننده با نسبت ۰/۰۰، ۷۵/۲۵ و ۱۰۰/۰ (هم PC به خاكستر و هم آهك به خاكستر) تركيب كند و تركيبي را جهت بهبود عملكرد HRA استفاده كند.

ديگر تحقيقات نيز تلاش كرده بودند تا سه نوع ماده زائد مختلف را به عنوان پركننده در HRS مقايسه كنند. به عنوان مثال خاكستر نرمه، خاكستر مرمر و خاكستر پوسته نخل و خاكستر نرمه، خاكستر مرمر و تفاله فولاد سعي كرد تا از تفاله فولاد نه فقط به عنوان پر كننده بطور مشابه با Kadir بلكه به عنوان خرده سنگ از آنها استفاده كنند. آزمايش تفاله فولاد به عنوان سنگدانه با سنگ‌هاي تكهشده مقايسه شده است. ماده ديگري كه در استفاده از پر كننده در تحقيقات اندونزيايي‌ها بسيار محبوب است،‌ پلاستيك است يا STR يا لاستيك خام. Siswosoertho & Kusumawati (2001) از STR به عنوان افزودني در قير استفاده كردند. در صورتي كه Elkhasnet (2001) قير را با لاستيك خام مخلوط كرد. مقايسه استفاده از STR و لاستيك خام به عنوان افزودني بوسيله Iriansyah & Sjahdanuliwan (1995) بطور مستقيم انجام شد.
لايه اساس و زير اساس

در اندونزي در همه لايه‌هاي روسازي، لايه اساس و زيراساس نسبت به سايرين كمتر تحقيقاتي در اين باره جهت بهبود عملكرد با افزودن مواد زائد صورت گرفته است. نوع اساس/زيراساس كه در تحقيقات در اندونزي صورت گرفته دانه‌بندي اساس/زيراساس مي‌باشد. Bina marga لايه‌هاي زير لايه سطح و بالاي زيراساس را به عنوان لايه A (لايه اساس دانه‌اي)، لايه B (لايه زير اساس دانه‌اي) و لايه C (لايه اساس قابل نفوذ) مي‌نامند. خصوصيات هر لايه طبق زير است:
جدول ۲: خصوصيات لايه اساس/زيراساس طبق Bina marga

تحقيقي جهت آناليز اثر استفاده از روباره نيكل در خواص زيراساس توسط Pongtosik و همكاران (۲۰۰۳) انجام گرفت كه عملكرد زيراساس ساخته شده از منحصراً سنگ‌هاي خرد شده با تركيب سنگ‌هاي خرد شده با روباره، نيكل را مقايسه مي‌كند.
مقدار CBR و شاخص نفوذپذيري در خصوصيت هستند كه در تحقيقات اندازه‌گيري مي‌شوند. مقدار CBR در طراحي با آزمايش مقدار درصد رطوبت بهينه و دانسيته خشك نمونه سنگدانه فشرده شده در آزمايشگاه با چندين درصد رطوبت تعيين مي‌شود، در حالي كه شاخص نفوذپذيري بوسيلهع با آزمايش هر ثابت تعيين مي‌شود.

زيراساس
دولت اندونزي در مورد زيراساس با چندين مشكل مواجه شده است. يكي از شايع‌ترين اين مشكلات، جاده‌هايي با خاك‌هاي متورم شده است. معمولاً خاك متورم شده در مناطقي با درصد رطوبت بالا كه باران، سيل و ديگر اتفاقات زياد است كه مي‌افتد.
افزودن آهك يا سيمان به اين نوع خاك شايع است، اما اغلب هزينه مواد مختلف به دسترسي مواد در محل يا بازار دارد. امروزه استفاده از مواد زائد با هزينه كم مخصوصاً به شكل سوزاندن مواد آلي يا معدني از قبيل خاكستر پوسته برنج يا روباره نيكل امكان بهينه كردن خصوصيات خاك را داده است.
نمونه‌هاي خاك دست نخوردند و تحقيقات عملي بوسيله افزودني افزودني به خاك قبل از اينكه خاك زراعت انجام گرفت. به عنوان افزودني مواد زائد تنها استفاده نمي‌شوند، بلكه با تركيبي از ديگر مواد استفاده مي‌شوند، مثل آهك. مخلوط آهك در حجم مشخصي با مواد زائد داراي چندين رطوبت بهينه، دانسيته خشك و CBR مي‌باشد. گاهي اوقات ميزان شاخص خميري نيز بدست مي‌آيد. كمترين مشخصه تعيين شده بوسيله Bina marga براي CBR مقدار ۶ مي‌باشد.
تحقيقي توسط Hapsoro & Sutresna (2001) استفاده از تركيب PC و خاكستر تفال

ه آسياب نيشكر در احجام مختلف جهت تثبيت زيراساس صورت گرفت. تحقيق ديگري با همين هدف توسط Muntohar & Hantoro (2000) با استفاده از خاكستر پوسته برنج و آهك با حجم به ترتيب ۱۲-۲ درصد و ۵/۱۲-۵/۷ صورت گرفت.

شكل ۲: تثبيت و انعطاف‌پذيري خصوصيات مخلوط HRS با پركننده مختلف (a)
نتايج تحقيقات
مرور نتايج چنديين نشريه ذكر شده در بالا بر اساس نتيجه هر نشريه انجام خواهد گرفت. به دليل تفاوت كار از قبيل درجه‌بندي دانه‌هاي استفاده شده، محيط آزمايش (دماي مخلوط و فشردگي، زمان عمل‌آوري قبل از اينكه نمونه‌ها توسط دستگاه مارشال آزمايش شوند و ….) و منابع مصالح، مقايسه نتايج نشريات بسيار مشكل است.

براي تحقيقات مخلوط قير، نتايج عموماً به سه خصوصيت اصلي مخروط از قبيل پايداري، انعطاف‌پذيري و دوام آناليز شدند. در پايداري، ميزان پايداري مارشال و گاهي اوقات دانسيته دو پارامتري هستند كه معمولاً با ظرفيت لايه در برابر مقاومت بارها ارزيابي مي‌شوند. بر اساس نتايج تحقيقات مخروط HRS بوسيله محققين نشان داده شده در تصوير ۲ همه مواد زائد استفاده شده نمي‌توانند پايداري لايه را افزايش دهند. به عنوان مثال خاكستر نرمه.

اگرچه اين ماده محبوب‌ترين و پراستفاده‌ترين است. عملكرد مخروط قيري كه بوسيله خاكستر نرمه به عنوان پر كننده استفاده مي‌شود. به مقدار PC كه ديگر پركننده توليدات صنعتي است، نمي‌باشد. Kadir & Pratomo استفاده كردند كه ميزان پايداري خاكستر نرمه زير PC مي‌باشد. ديگر پركننده‌اي كه از مواد زائد برگرفته شد (روباره فولاد و خاكستر پوسته نخل) در مقايسه با پركننده توليدات صنعتي از قبيل PC يا آهك عملكرد خاصي را نشان نداد.