مطالعه آزمايشگاهي و مدل‌سازي آماري عملكرد روسازي بتن غلتكي حاوي زباله‌هاي پت، الياف بازيافتي و پودر متاكائولن

Experimental study and statistical modeling of roller compacted concrete pavement behavior containing waste PET particles, recycled fibers and metakaolin powder

در اين مقاله، امكان استفاده از خرده ذرات پت حاصل از بازيافت بطري‌هاي حاوي مواد آشاميدني به‌عنوان جايگزين بخش ريزدانه روسازي بتن غلتكي راه‌ها (RCCP)، مورد ارزيابي قرار گرفته است. با هدف ارتقاء عملكرد اين محصول، استفاده از متاكائولن به‌عنوان جايگزين سيمان و الياف فولادي بدست‌آمده از بازيافت لاستيك وسايل‌نقليه مدنظر قرار داشته است. به‌منظور پوشش كليه حالت‌هاي تركيب متغيرها، از روش سطح پاسخ با توانايي پيش‌بيني روند تغييرات مقادير پاسخ، در محدوده تغييرات پارامترهاي مستقل، بهره گرفته شده است. اين روش با تعيين 20 طرح آزمايش، صرفه‌جويي زمان و هزينه با امكان تحليل كامل نتايج را در اختيار گذاشته است. در اين فرايند، عملكرد نمونه‌هاي RCCP در قالب تعيين مقادير جذب آب، ميزان تخلخل، سرعت امواج التراسونيك و ميزان مقاومت فشاري در سنين 7 و 28 روز بررسي گرديده است. مدل‌سازي پاسخ‌ها بر اساس تحليل واريانس صورت گرفته و بهترين مدل براي هر پاسخ برآورد شده است. همچنين بهترين درصد استفاده از مصالح (طرح بهينه)، با انجام بهينه‌سازي چند هدفه بر روي مدل‌هاي تهيه شده، صورت پذيرفته است. براساس نتايج، استفاده از پت باعث افزايش ميزان جذب آب و تخلخل مخلوط و در مقابل كاهش مقاومت فشاري و سرعت امواج التراسونيك در نمونه‌هاي موردآزمايش گرديده است. همچنين كاربرد متاكائولن به‌طور كلي بهبود مقاومت فشاري و سرعت امواج التراسونيك و كاهش تخلخل و جذب آب مخلوط را به‌دنبال داشته است و الياف فولادي بازيافتي عموما وابسته به ديگر اجزاء مخلوط رفتار نشان داده‌اند. محصول نهايي پيشنهاد شده برمبناي بهينه‌سازي مدل‌هاي آماري، مخلوط RCCP با سهم 29 درصدي جايگزيني حجم مصالح ريزدانه با پت، 20 درصد وزن سيمان با پودر متاكائولن و افزودن الياف بازيافتي به‌ميزان 2 درصد از وزن كل مخلوط (معادل 0/72 حجم مخلوط) مي‌باشد. محصولي كه ضمن تامين مقاومت سازه‌اي، حفظ منابع طبيعي، بازيافت پاك زباله‌ها، كاهش انتشار گازهاي گلخانه‌اي و صرفه‌جويي اقتصادي را به ارمغان خواهد آورد.

This study examined the possibility of using PET aggregates as a partial substitute for natural fine-grained aggregates in Roller Compacted Concrete Pavement (RCCP) mixtures. To enhance the performance of RCCP, the mixtures were also modified by using pozzolanic Metakaolin (MK) as a partial substitute for cement and adding steel fibers obtained from the recycling of worn vehicle tires. The response surface methodology (RSM), which is capable of predicting the variations of a response value in the variations range of independent variables, was used to cover all possible mix compositions. Using this method, 20 mix designs were prepared, which allowed for significant time and cost saving in experiments without sacrificing thoroughness. The behavior and characteristics of RCCP specimens in terms of water absorption, ultrasonic pulse velocity and compressive strength at the age of 7 and 28 days were investigated. The obtained responses were used to develop statistical models, which were then utilized in the optimization of mix design with the help of analysis of variance. The results showed that the use of PET aggregates increased water absorption and decreased the compressive and flexural strength of the RCCP specimens. Partial replacement of cement with MK generally improved the performance of the specimens. The effect of shredded recycled steel fibers (SRSF) was generally dependent on other components of the mixture. The optimal mix design obtained from the statistical models involves replacing 29vol% of fine aggregate with PET, replacing 20wt% of cement with MK powder, and adding 2wt% SRSF to the mixture. The proposed mix design contributes to clean recycling of PET and conservation of natural resources and reduces the cost and carbon footprint of RCCP construction with considering the standard requirements for pavement structures.