26114

بررسي آزمايشگاه رفتار ديناميكي تركيب بالاست سنگي و سرباره‌اي

كارشناسي ارشد

مهندسي راه‌آهن- خطوط راه‌آهن

1398

1400/11/30

مرتضي اسماعيلي - سعيدرضا مساح

مهندسي راه‌آهن

جايگزيني بالاست سنگي به‌وسيله بالاست سرباره‌اي يكي از موضوعاتي است كه به دليل مسائل زيست‌محيطي و حفاظت از منابع سنگي، و از طرفي با توجه به حجم قابل‌ملاحظه توليد و دپوي سرباره فولاد و نياز به بازيافت اين محصول در سال‌هاي اخير اهميت زيادي پيداكرده است. به‌منظور بررسي مشخصات فيزيكي و مكانيكي بالاست سرباره‌اي پژوهش‌هاي متعددي انجام‌شده و نتايج نشان مي‌دهد كه بالاست سرباره‌اي تمامي الزامات آيين‌نامه‌اي را ارضاء كرده و منعي براي استفاده در خطوط بالاستي ندارد. يك موضوع كه در خطوط با بالاست سرباره‌اي بايد موردتوجه قرار گيرد اين است كه به دليل محدود بودن منابع سرباره، در عمليات سرند بالاست بالاجبار مصالح سنگي با مصالح سرباره‌اي تركيب خواهند شد و شناسايي خصوصيات فيزيكي و مكانيكي اين تركيب حائز اهميت است. در اين پايان‌نامه به‌منظور بررسي رفتار ديناميكي تركيب بالاست سنگي و سرباره‌اي، ابتدا با استفاده از تجهيزات پراش اشعه ايكس (XRD و XRF ) خصوصيات مصالح مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفت، سپس با تعريف پنج تركيب به‌صورت 0، 25، 50، 75 و 100 درصد ميزان استفاده از سرباره در نمونه‌هاي بالاست، با انجام آزمايش‌هاي لس‌آنجلس و ميكرودوال، سايش خشك و مرطوب نمونه‌ها بررسي شد. و در آخر با انجام آزمايش جعبه بالاست و محاسبه زوال بالاست، سختي و نسبت ميرايي براي هريك از نمونه‌ها پس از اعمال صد هزار سيكل بارگذاري، رفتار مصالح سنگي و سرباره‌اي به‌تنهايي و در تركيب باهم تحت بار سيكليك مورد ارزيابي قرارگرفته است. با انجام آزمايش XRF مشخص شد كه عناصر اصلي تشكيل‌دهنده بالاست سرباره‌اي، شامل اكسيد آهن ، اكسيد كلسيم و سيليسيوم دي اكسيد بوده و مهم‌ترين عناصر براي بالاست شهريار سيليسيوم دي اكسيد و اكسيد آلومينيوم مي‌باشد. با توجه به نتايج حاصل آزمايش سايش لس‌آنجلس، ميزان سايش خشك براي مصالح سرباره‌اي (SB100٪)، 91/23 درصد و براي مصالح سنگي (SB0٪)، 38/19درصد بوده و با افزايش درصد سرباره، ميزان سايش براي نمونه‌هاي SB25٪، SB50٪ و SB75٪ به ترتيب 45/20، 06/22 و 12/23 درصد ميباشد. همچنين با توجه به نتايج آزمايش سايش ميكرودوال، ميزان سايش مرطوب براي نمونه SB100٪، 3/9 و براي نمونه SB0٪، 4/13 درصد بوده و همچنين ميزان سايش براي نمونه‌هاي SB25٪، SB50٪ و SB75٪ به ترتيب 8/12، 75/11 و 03/10 درصد بدست آمده است. نتايج حاصل آزمايش جعبه‌بالاست نشان مي‌دهد كه مقدار نشست ماندگار براي بالاست سرباره‌اي 33 درصد كمتر از بالاست سنگي مي‌باشد. ميزان خردشدگي بالاست سرباره‌اي بيشتر از بالاست سنگي بوده و شاخص شكست براي بالاست سرباره‌اي 1381/0 و براي بالاست سنگي 0558/0 به‌دست‌آمده است. با رسم حلقه هيسترزيس مقدار سختي و ميرايي براي هر يك از نمونه‌ها محاسبه گرديد. نتايج نشان مي‌دهد كه استفاده از سرباره باعث افزايش سختي لايه بالاست مي‌شود. ميزان افزايش سختي براي نمونه‌هاي SB25٪، SB50٪، SB75٪ و SB100٪ به ترتيب 3، 15، 31 و 35 درصد نسبت به نمونه SB0٪ بوده است. همچنين با افزايش درصد سرباره فولاد در نمونه، مقدار ضريب ميرايي افزايش پيدا مي‌كند به‌طوري‌كه ضريب ميرايي براي نمونه‌هاي SB25٪، SB50٪، SB75٪ و SB100٪به ترتيب 6، 18، 51 و 76 درصد نسبت به نمونه SB0٪ افزايش داشته است. درنهايت با بررسي نتايج به‌دست‌آمده نمونه با 75درصد سرباره فولاد و 25درصد بالاست سنگي به‌عنوان تركيب بهينه پيشنهادشده است.

1400/12/03

Laboratory investigation of the dynamic behavior of stone ballast mixed by steel slag in ballasted railway track

2/19/2023 12:00:00 AM

It has become very important to replace stone ballast with steel slag as a result of environmental concerns and to protect rock resources. A large volume of steel slag is produced and stored in recent years, resulting in the need to recycle this product. Several studies have been conducted to study steel slag's physical and mechanical characteristics. The results show that steel slag follows all the standard requirements and is not prohibited for use in ballast tracks. One issue that should be considered in steel slag ballasted tracks is that due to limited steel slag resources, stone materials will be forced to combine with slag materials in ballast track maintenance. It is essential to identify the physical and mechanical properties of this composition. In this thesis, to investigate the dynamic behavior of rock ballast-slag ballast (RB-SB) composition, first, the properties of materials were evaluated and compared using X-ray diffraction equipment (XRD and XRF), Then, by defining five RB-SB combinations as 0%SB, 25%SB, 50%SB, 75%SB, and 100%SB by weight of ballast using, dry and wet wear of the samples was investigated by performing Los Angeles and micro-Deval tests. Finally, the SB-SS has been evaluated under cyclic load by performing the ballast box test and calculating the ballast deterioration, the stiffness, and the damping ratio for each sample after applying 100,000 loading cycles. XRF test showed that the main constituents of steel slag are Fe2O3, CaO and SiO2, and for stone ballast is SiO2 and Al2O3. According to the results of Los Angeles and micro-Deval experiments, steel slag wear in the dry state was 23% higher than the wear of stone ballast, but in the wet state, the wear rate of steel slag was 31% less than that of stone ballast. The results of the ballast box test show that the amount of settlement for steel slag is 33% less than for stone ballast. The crushing rate of steel slag is more than stone ballast, and BBI for steel slag is 0.1381, and for stone ballast is 0.0558. By the hysteresis loop, the amount of stiffness and damping ratio was calculated for SB-SS. The results show that the use of steel slag increases the stiffness of the ballast layer. Compared with 0%SB, stiffness increased by 3, 15, 31 and 35% respectively for 25%SB, 50%SB, 75%SB, and 100%SB. The damping ratio also increased with greater percentage of steel slag in the sample, so that 25 %SB, 50 %SB, 75 %SB, and 100%SB damping ratios increased by 6, 18, 51, and 76%, respectively, compared to no steel slag. In conclusion, based on the obtained results, the sample containing 75% steel slag and 25% stone ballast is recommended as the optimal composition.

اميرحسين عسكري

اميرحسين عسكري