مطالعه کاربرد خرده لاستیک در خطوط بالاستی راه‌آهن

در طی هر دوره نگهداری و تعمیر (نت) خطوط بالاستی، بخش عمده‌ای از هزینه‌ها صرف نگهداری و یا تعویض لایه بالاست خطوط ریلی راه‌آهن می‌شود. علاوه بر این هزینه‌ها، مسدودکردن و عدم بهره‌برداری از خطوط ریلی در کاهش درآمد حاصل از راه آهن تاثیر بسزایی دارد. یکی از روش‌های نوین در مورد بهبود عملکرد لایه بالاست، بهره‌گیری از خرده لاستیک در این لایه می‌باشد. به‌کارگیری خرده لاستیک در بالاست در راستای بهبود خواص و رفتار آن در برابر انواع عوامل سایشی و فرسایشی نظیر چرخه‌های بارگذاری و خردشدگی می‌باشد. نتایج آزمایش‌های پژوهشگران نشان می‌دهد با استفاده از خرده لاستیک، از سایش سنگدانه‌های بالاست کاسته می‌شود. همچنین با استفاده از 10 درصد وزنی خرده لاستیک در بالاست (که توسط اکثر محققان به عنوان درصد بهینه خرده لاستیک گزارش شده است) خاصیت میرایی ارتعاشات بالاست افزایش می یابد. در صورت استفاده از خرده لاستیک به میزان 10 تا 50 درصد حجمی در بالاست، سختی قائم خط نزدیک به سختی خط دارای usp (پد زیر تراورس) می شود. از طرف دیگر، تحقیقات آزمایشگاهی در دانشگاه گرانادا نشان می‌دهد که در صورت استفاده از خرده لاستیک در حدود 25 درصد حجمی بالاست، مقاومت جانبی بیشتری نسبت به بالاست بدون خرده لاستیک بدست آمده است. همچنین مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که در صورت استفاده از مخلوط سنگریزه-خرده لاستیک برای تزریق در بالاست (stone blowing) بمنظور اصلاح تراز خط، نشست بالاست کاهش می‌یابد و در نتیجه دفعات عملیات نت کاهش قابل توجهی خواهد داشت. در صورت استفاده از خرده لاستیک به میزان 5 و 10 درصد حجمی، مقاومت برشی لایه بالاست، رفتار انبساطی و زاویه اصطکاک داخلی دچار کاهش می‌شود. مرور بر ادبیات فنی نشان می‌دهد مهندسین راه‌آهن برای استفاده از خرده لاستیک در لایه بالاست با یک چالش جدی مواجه هستند. بعبارت دیگر مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که غالبا مقاومت و سختی لایه بالاست بدلیل افزودن خرده لاستیک کاهش یافته که این نقطه ضعف در خور تاملی است. از طرفی خردشدگی، سایش و خاصیت جذب انرژی مصالح بالاستی بهبود یافته است. نکته حایز اهمیت دیگر این است که روند نتایج بدست آمده در مورد اثر افزودن خرده لاستیک بر نشست بالاست در مطالعات پژوهشگران متفاوت و بعضا در تناقض با یکدیگر است. از این رو در این پژوهش با مروری جامع بر مطالعات آزمایشگاهی، میدانی و عددی رفتار بالاست متاثر از اضافه شدن خرده لاستیک بررسی شده و در پایان جمع‌بندی و توصیه‌ای در مورد استفاده از خرده لاستیک در خطوط بالاستی ارائه شده است.

studying the application of crumb rubber in ballasted railway tracks

during each period of maintenance and repair (net) of ballast tracks, a major part of the costs are spent on maintaining or replacing the ballast layer of railway tracks. in addition to these costs, blocking and non-operation of railway tracks has a significant effect on reducing the income of railways. one of the new ways to improve the performance of the top layer is to use crumb rubber in this layer. the use of crumb rubber in ballast is aimed at improving its properties and behavior against various wear and erosion factors such as loading and crushing cycles. the results of researchers experiments show that the abrasion of ballast aggregates is reduced by using rubber crumb. also, by using 10 percent by weight of rubber crumb in ballast (reported by most researchers as the optimal percentage of rubber crumb), the vibration damping property of ballast increases. if crumb rubber is used in the amount of 10 to 50% by volume above, the vertical hardness of the track will be close to the hardness of the line with usp (sub-traverse pad). on the other hand, laboratory research at the university of granada shows that in the case of using crumb rubber at about 25% by volume, more lateral resistance is obtained than ballast without crumb rubber. also, laboratory studies show that if gravel-shredded rubber mixture is used for injection in ballast (stone blowing) in order to correct the alignment of the line, ballast settlement will be reduced and as a result, the number of net operations will be significantly reduced. if crumb rubber is used in the amount of 5 and 10 percent by volume, the shear resistance of the layer is high, the expansion behavior and the internal friction angle are reduced. a review of the technical literature shows that railway engineers are facing a serious challenge for the use of crumb rubber in the top layer. in other words, laboratory studies show that the strength and hardness of the upper layer is often reduced due to the addition of rubber particles, which is a weak point worthy of consideration. on the other hand, the crushing, abrasion and energy absorption properties of ballast materials have been improved. another important point is that the trends of the results obtained regarding the effect of adding crumb rubber on the high settlement in the studies of researchers are different and sometimes contradict each other. therefore, in this research, with a comprehensive review of laboratory, field, and numerical studies, the behavior of ballast affected by the addition of rubber crumb has been investigated, and at the end, a summary and a recommendation about the use of rubber crumb in ballast tracks has been presented.