حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش

روسازی خط، بستری برای فناوری نانو: بخش ۲

تاریخ : ۱۳۹۸/۰۴/۲۶ تعداد بازدید :‌ ۱۵۵۸
در بخش قبلی این یادداشت، به بررسی کلی نظام روسازی ریل، نام بردن از برخی بخش‌های اصلی آن و اینکه در کدام قسمت پتانسیل فعالیت فناوری نانو وجود دارد، پرداختیم. در این بخش به سراغ اولین مورد از بخش‌های روسازی می‌رویم که می‌توان توانایی ورود نانو به شکل مؤثر به آن را محتمل دانست. هدف این یادداشت فراهم کردن بستر مناسبی برای آشنایی فعالان حوزه نانو با نیازهای کلی تراورس بتنی راه آهن در صورتی است که قصد برای ورود به این عرصه وجود داشته باشد.

تراورس بتنی یکی از اجزای اصلی روسازی ریل در ایران است. در حال حاضر در کشور تراورسهای بتنی B70 و B58 در تیپ وسلو و پاندرول تولید می‌شوند. استانداردهای تولید تراورس متعدد و بسته به نیازهای هر کشور متفاوت هستند و تا حد بسیار زیادی به اقلیم (به خصوص سطح رطوبت، تغییرات دما، میزان هوازدگی و فرسایش، خوردگی و...) بستگی دارند. در ایران راه آهن جمهوری اسلامی‌ایران به عنوان ناظر و پیمانکار اصلی ریلی کشور، وظیفه تعیین حدود استاندارد مورد نیاز در این زمینه را بر عهده دارد. بخش عمده‌ای از اطلاعات موجود در این یادداشت را می‌توان در نشریه ۳۵۵ راه آهن جمهوری اسلامی ایران یافت که به علاقمندان پیشنهاد می‌گردد برای مطالعه بیشتر به این منبع مراجعه کنند.

هدف این یادداشت فراهم کردن بستر مناسبی برای آشنایی فعالان حوزه نانو با نیازهای کلی تراورس بتنی راه آهن در صورتی است که قصد برای ورود به این عرصه وجود داشته باشد. در حال حاضر، تولیدکننده عمده این محصول برای راه آهن ایران شرکت خدمات مهندسی خط و ابنیه فنی راه آهن (تراورس) است که گرچه محصولات متعددی در بخش روسازی و زیرسازی ارائه می‌کند، هیچکدام از این محصولات به طور عمده از فناوری نانو بهره نمی‌برند. بنابراین راه ورود این عرصه برای فعالان این حوزه باز و زمینه آن فراهم است.

 

خصوصیات فنی بتن مورد نیاز برای تراورس

بتن تراورس باید دارای مقاومت 28 روزه (42 روزه در صورتی که از سیمان ضد سولفات استفاده شود) 450 کیلوگرم بر سانتی متر مربع روی نمونه‌های استوانه‌ای 15 در 30 سانتی متر باشد. مقاومت 7 روزه بتن باید حداقل 80 درصد مقاومت 28 روزه آن باشد.

اگر عیار سیمان بتن از 300 کیلوگرم بر متر مکعب بیشتر باشد یا افزودنی‌های معدنی مصرف شوند، حداقل درصد گذشته از الک 0.3 و 0.15 میلی متر را می‌توان به ترتیب به 5 و صفر درصد کاهش داد. این سیمان باید طبق استاندارد ایران شماره 389 یا ASTM C150 باشد. مصرف سیمان‌های پرتلند معمولی، پرتلند اصلاحی شده، پرتلند ضد سولفات، پرتلند پوزولاتی یا سرباره‌ای نیز مشکلی ندارد. سیمان‌های پرتلند پوزولانی یا سرباره‌ای باید طبق استانداردهای شماره 3432 و 990 ایران یا ASTM C595 باشند. برای دستیابی راحت‌تر به مقاومت‌های مورد نظر توصیه می‌شود که از سیمان پرتلند معمولی با گرید 325 طبق استاندارد ایران استفاده شود.

 

حداقل مقدار سیمان 350 کیلوگرم در یک متر مکعب بتن و حداکثر مقدار آن 550 کیلوگرم در متر مکعب است. مقدار سیمان باید با توجه به طرح اختلاط و کارآیی مورد نیاز و مصرف افزودنی‌های تصویب شده برای تأمین مقاومت و دوام مطلوب تعیین شود. لازم به ذکر است که استفاده از هر نوع مواد افزودنی حاوی کلرید در تراورس‌های پیش تنیده در ایران مجاز نیست، چون به خصوص در نواحی گرم و مرطوب جنوب کشور، بتن در معرض یون کلر قرار می‌گیرد.

تراورس بتنی بدست آمده باید قادر باشد آزمایش‌های کنترل کیفیت زیر را با موفقیت از سر بگذراند:

 

- آزمایش اسلامپ: اسلامپ بتن باید صفر باشد، اما حداکثر تا 20 میلی متر هم قابل قبول است.

- آزمایش مقاومت فشاری: حداقل مقاومت فشاری نمونه‌ها بعد از بخاردهی برابر 450 کیلوگرم بر سانتی متر مکعب است. شرح روش انجام این آزمایش در نشریه 355 راه آهن در دسترس است.

- آزمایش گشتاور منفی: نیروی لازم برای ترک دهندگی تراورس نمونه در آزمایش لنگر خمشی سه نقطه باید از حداقل نیروی ترک دهندگی طرح که از پیش تعیین می‌شود، بیشتر باشد. در این صورت مجموعه تراورس‌های مرتبط با نمونه از نظر آزمایش مورد پذیرش قرار می‌گیرند. به این آزمایش نیز در نشریه 355 راه آهن به تفصیل پرداخته شده است.

به جز این آزمایش‌ها، آزمایش‌های فرعی دیگری هم ذکر شده‌اند که می‌توان لیست دقیق آنها را در کدهای PrEN13230-1، PrEN13230-2 و PrEN13230-3 مشاهده نمود.

 

 

آنچه فناوری نانو می‌تواند انجام دهد

استفاده از نانو در بتن بحث جدیدی نیست. در حال حاضر در انستیتوها و دانشگاه‌های متعدد در سرتاسر جهان، مطالعه و توسعه روش‌های به کارگیری فناوری نانو در بتن دنبال می‌شود و در موارد متعدد موفق هم بوده است. از آنجایی که این مبحث آنچنان محل تردید نبوده و تنها به منظور تأیید امکان ورود عرصه نانو به مقوله تولید تراورس مطرح شده است، درگیر جزئیات نخواهیم شد و تنها کلیت فرایندهایی که می‌توان برای بهبود این محصول به کمک نانو به کار گرفت، در این قسمت ذکر می‌شوند.

از جمله روش‌های اصلاح ساختار بتن تراورس که معمول، معقول و عملی هستند، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

- استفاده از مواد کروی در مقیاس نانو (مانند SiO2، TiO2 و Fe2O3) و فیبرکربن‌ها طی فرایند ترکیب برای بهبود عملکرد مکانیکی بتن

- به کارگیری لایه‌های نازک با سوراخ‌های نانو روی سطوح مواد درگیر پیش از فرایند ترکیب برای بهبود چسبندگی اجزای بتن و در نتیجه ارتقای خواص مکانیکی آن

- مهندسی نانو برای کنترل تخلخل و ترکیب افزودنی‌های شیمیایی درون بتن

- استفاده از روکش‌های محافظ نانو برای بالا بردن عمر مفید تراورس‌های بتنی (این راه حل محل بحث خواهد بود، چون بتن موجود خود به‌اندازه کافی در برابر هوازدگی و شرایط محیطی مقاوم بوده و تنها در معرض مواد صنعتی به شدت تحت تأثیر قرار می‌گیرد، همچنین چنین روکشی توجیه اقتصادی نخواهد داشت)

فرایندهای متعددی برای بهبود تراورس بتنی معرفی شده است که بسیاری از آنها در حوصله این یادداشت نمی‌گنجند. در حال حاضر، هنوز بحث تراورس‌های کامپوزیتی مبتنی بر پلیمر در راه آهن فراگیر نشده است، اما تحقیقاتی در این زمینه نیز انجام شده است. بتن‌های کامپوزیتی از اثرات اتصال چسب و ریزدانه در مقیاس نانو استفاده می‌کنند و بسیار در برابر خوردگی و رطوبت مقاومند، اما هزینه بالای تولید تراورس مبتنی بر آنها در مقایسه با بتن کنونی، بعید است در ایران، به جز مناطق جنوبی کشور، توجیه اقتصادی کافی داشته باشد. ژاپن این فناوری را در راه آهن خود به کار گرفته است، اما این کشور دارای اقلیم کمابیش مشابهی در اکثر مناطق خود است که توسعه مواد پلیمری را توجیه پذیر می‌کند. عدم توسعه این نوع تراورس در اروپا و آمریکای شمالی خود مهر تأییدی بر این امر است که هنوز فرایندهای تولید بتن کامپوزیت با پایه پلیمر قادر نیستند جایگزین مناسبی برای تراورس‌های موجود در راه آهن بین‌الملل ارائه نمایند.

بسیاری از فرایندها و راه حل‌های فوق که نام برده شد، در محیط دانشگاهی قابل آزمایش و آنالیز هستند. گرچه تاکنون بررسی نحوه تولید تراورس از نانو بتن در دانشگاه‌ها سابقه نداشته است، اما این امر از جمله مسائلی است که باید توجه اساتید و بدنه علمی کشور به آن جلب شود، چون به عنوان یک موضوع علمی-صنعتی، می‌تواند در جهت سیاستهای ارتباط صنعت و دانشگاه کشور نیز در نظر گرفته شود.

 

 

آنچه در ایران امکان پذیر است

در حال حاضر در کشور شرکت‌ها و کارخانجاتی وجود دارند که بحث نانو بتن را با جدیت دنبال می‌کنند. از این میان می‌توان به شرکت وندیداد اشاره نمود که نانوبتن فوق سبک سازه‌ای تولیدی آن با محدوده وزن مخصوص 1.25 تا 1.85 تن بر هر متر مکعب و محدوده مقاومت 200 الی 500 کیلوگرم بر سانتی متر مربع، از نظر کیفی حتی در سطح بین‌المللی نیز مطرح است.

مقوله نانوبتن در ایران آنچنان هم از سطح فناوری جهان فاصله نداشته و قابلیت ورود به حمل و نقل ریلی را دارد. به دلیل هزینه‌های کلان تعمیر و نگهداری که در بخش پیشین این یادداشت در خصوص آنها صحبت شد، راه آهن جمهوری اسلامی‌نیز چندان بی میل نخواهد بود که از فناوری جدید برای ارتقای سطح زیرساختار فعلی بهره ببرد. آنچه که مشخص است، پتانسیل فراوانی است که در این بخش وجود داشته و باید به کار گرفته شود.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code