بررسی اثر انرژی تراکم، دانه بندی و نوع سرباره فولادی بر مشخصات تراکمی و نسبت باربری کالیفرنیا (CBR)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی‌ارشد‌، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد، واحد تهران مرکز، تهران، ایران

3 دانشیار، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

چکیده

امروزه فولاد از پرکاربردترین)مصالح) در صنعت است و مقدار مصرف آن سالیانه در حال افزایش می‌باشد. یکی از مهمترین محصولات جانبی فولاد سازی، سرباره فولاد است. استفاده سرباره فولاد به عنوان ضایعات این صنعت، در کاربری­های ژئوتکنیکی  می تواند از یک طرف در کاهش حجم انباشتاین محصول نقش داشته باشد و از طرف دیگر باعث کاهش اثرات زیست محیطی برداشت مصالح کوهی از طبیعت شود. بنابراین  ضروری است تا مشخصات مهندسی این محصول به عنوان مصالح خاکریزهای مهندسی راه و راه‌آهن تعیین شود. در این مقاله، خصوصیات فیزیکی، مشخصات تراکمی و نسبت باربری کالیفرنیا (CBR)  سرباره فولاد به عنوان مصالح  اساس و زیراساس جاده و زیربالاست راه‌آهن مورد مطالعه قرار گرفت. دو نوع سرباره­ کوره­ فولادسازی اکسیژنی (BOF) و کوره­ قوس الکتریکی (EAF) به ترتیب متعلق کارخانه­های ذوب­آهن اصفهان و فولاد مبارکه سپاهان مورد آزمایش قرار گرفتند. در این مطالعه، آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا بر روی دو نوع دانه بندی، تحت دو سطح انرژی  مختلف در حالت خشک و غرقآب انجام شد. براساس نتایج به­دست آمده، سرباره‌های فوق فاقد رفتار خمیری می­باشند و وزن مخصوص حداکثر خشک بین 97/1 تا 74/2 گرم بر سانتی‌متر مکعب و رطوبت بهینه بین 8 الی 5/12 درصد را دارا می‌باشند. نسبت باربری کالیفرنیا برای سرباره BOF در محدوده 88 الی 199 و برای سرباره EAF درمحدود 185 الی 490 برای شرایط خشک و غرقآب به­دست آمد. نتایج نسبت باربری کالیفرنیا نشان می­دهد، علاوه بر تراکم­های معمول در راهسازی با تراکم­های کمتر نیز می­توان از این مصالح برای اساس و زیراساس استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Compaction Energy, Soil Grain Distribution and Type of Steel Slag on the Compaction Characteristic and California Bearing Ratio (CBR)

نویسندگان [English]

  • Iraj Rahmani 1
  • Mohammad Afshari 2
  • Ata Aghaei Araie 3
  • Nahid Attarchian 1
1 Assistant Professor, Road, Housing and Urban Development Research Center, Tehran, Iran.
2 M.Sc., Student, Central Tehran Branch, Islamic Azad University Tehran, Iran.
3 Associate Professor, Road, Housing and Urban Development Research Center, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Today, steel is one of the most used materials in industry and its annual consumption is increasing. One of the most important by-products of steel making is steel slag. The use of steel slag as a waste of this industry, can be applied in geotechnical  applications  such a road embankment in order to reduce of the slag disposal, as well as preventing the destruction of natural resources, is of particular importance. It is necessary to determine the geotechnical engineering properties of steel slag produced from different steelmaking operations and assess the potential usage in road and railways embankment construction.  In this paper, physical, compaction properties, California Bearing Ratio’s (CBR) and characteristics of steel slag as a base and sub base of road material and sub ballast of railway were studied. Two types of steel slag, Blast Oxygen Furnace (BOF) and Electric Arc Furnace (EAF) slags which produced in Esfahan Steel Company and Esfahan's Mobarakeh Steel Company respectively are used in this research. The range of the particle size distribution of the specimens has been selected in accordance with the characteristics of the road pavement as well as the existing laboratory facilities. In this research, California Bearing Ratio (CBR) tests were carried out on two types of slags (BOF, EAF) with two types of particle size distributions and with two different compaction methods (standard and modified) in soaked and un soaked conditions. Based on obtained results mentioned slag have no plasticity index. Moreover, dry unit weight varies between 1.94 to 2.74 gr/cm3 and optimum moisture content varied between 8% and 12.5%. The CBR values varied between 88 to 199 for BOF slags and 185 to 490 for EAF slags in socked and unsocked conditions. According to CBR test results; these materials can be used in road base and sub-base layers by applying less compaction effort than in normal condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • steel slag
  • Slag application
  • Technical properties of slags
  • California bearing ratio
  • Compaction Properties of Slag
 -عامری، م. و شهابی شهمیری، ح. و شکرچی­زاده، م.، (1388)، "­بررسی تاثیر استفاده از سرباره کنورتور ذوب آهن اصفهان به عنوان جایگزین سنگدانه بر بتن غلتکی روسازی راه"، کنگره بین­المللی مهندسی عمران، هشتمین دوره.
 
 - شــکرچی‌زاده، م. و حســینی، مقداد. م. و ماهوتیــان، م. (1388)، "روبــاره فــولادی جــایگزینی مناســب بــرای ســنگدانه­هــا طبیعی در راهسازی"، نشـریه انجمـن بـتن ایـران، شماره 28.
 
-آقایی آرایی، ع.، (1396)، "بررسی رفتار مصالح سرباره فولاد به عنوان بالاست و زیر بالاست خطوط ریلی تحت شرایط بارگذاری دینامیکی و مونوتونیک"، پروژه تحقیقاتی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، بخش ژئوتکنیک و زیرساخت.
 
- رحمانی، ا. و آقایی آرایی،ع. و عطارچیان، ن. و سلامت، ا.س. و حسنی، ح.، (1396)، "بررسی اثر غرقآب شدن، دانه­بندی و جنس سرباره فولاد بر مشخصات فنی خاکریزهای مهندسی"، پروژه تحقیقاتی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، بخش ژئوتکنیک و زیرساخت.
 
- مشخصــات روسازی آسفالتی راه­های ایران­(1390)، نشــریه شــماره 234 ســازمان مدیریت و برنامه­ریزی کشور.
 
-Yildirim, Irem Zeynep, and Monica Prezzi, (2016), "Geotechnical properties of fresh and aged basic oxygen furnace steel slag." Journal of Materials in Civil Engineering 27, pp.12 .
 
-Lee, Peter Y., and Richard J. Suedkamp.,(1972) "Characteristics of irregularly shaped compaction curves of soils." Highway Research Record 381, pp. 1-9. ‏
 
-Yildirim, Irem Zeynep, (2009), "­Experimental study of the use of steel slag as a geotechnical material". Diss, Purdue University.
-Rohde, L., Nunez, W.P., and Ceratti, J.A.P. (2003), “Electric arc furnace steel slag- base material for low-volume roads.” Transportation Research Record 1819, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C.,
pp. 201-207.
 
-Standard, A. S. T. M. D422–63, (2007),
"­Standard test method for particle-size analysis of soils", ASTM International, West Conshohocken.
 
-Standard, A. S. T. M. D4318, (2005),"­Standard test methods for liquid limit, plastic limit, and plasticity index of soils", ASTM Annual Book of Standards.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-Standard, A. S. T. M. D854, (2005), "Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil solids by Water Pycnometer", ASTM International, West Conshohocken, PA.
 
-Standard, AASHTO T99, (2010), "­Standard Method of Test for Moisture-Density Relations of Soils Using a 2.5-kg (5.5-lb) Rammer and a 305-mm (12-in.) Drop".
 
-Standard, AASHTO T180, (2010), "Standard Method of Test for Moisture-Density Relations of Soils Using a 4.54-kg (10-lb) Rammer and a 457-mm (18-in.) Drop ".