Influence of Basalt Filler Addition to Rail System Sleepers on Defrosting Salt Efficiency

Öz

Nowadays, rubber-tired urban public transportation vehicles are being replaced by more modern, regular and comfortable public transportation systems such as trains, subways, trams and light rail systems. Of these, the most widely applied system is the rail systems. Rail system elements are exposed to various environmental effects in open air and these issues should be taken into account when designing the elements. In this study, it is aimed to prevent the cracking and deterioration of the concrete sleepers, which form the infrastructure of the rail systems, and to ensure their longevity. In this experimental study, samples are produced using different dosages of basalt powder in order to prevent the damage to concrete sleepers by chemical methods used in the fight against snow and ice on highways and tests are performed on these samples. Fresh concrete and concrete sleeper samples that consist of control series and 5 different samples with basalt powder (pool sediment) additives at 0%, 5%, 10%, 15% and 20% by volume are produced. Durability tests are then carried out on these samples. The samples are subjected to a freeze-thaw cycle by means of a deep freeze. Unrefined NaCl salt concentration of 0.150 gr/cm2 are used on the surface of the specimens with and without basalt addition. The samples are produced using a plasticizer additive. Consistency determination, water absorption and air content tests for fresh concrete; compression, splitting tensile, bending, abrasion and freeze-thaw tests for hardened concrete are carried out. The sleeper specimens are loaded to compressive strength by mounting rails on them as utilized in the application, so the effects of basalt powder addition on the sleepers are determined with realistic behavior. The results obtained by making comparisons in terms of strength and durability properties allowed to determine the level of improvement that basalt powder will create in the durability properties of concrete sleepers.

Anahtar Kelimeler

• Rail systems
• Traverses
• Basalt powder
• Freeze-dissolve
• Mechanical properties

Raylı Sistem Traverslere, Bazalt Tozu İlavesinin Buz Çözücü Tuz Etkisine Katkısı

Öz

Günümüzde lastik tekerlekli kent içi toplu taşıma araçlarının yerini tren, metro, tramvay, hafif raylı sistemler gibi daha modern, düzenli ve konforlu toplu taşıma sistemleri almaktadır. Bunlardan en yaygın uygulanan sistem raylı sistemlerdir. Raylı sistem elemanları açık havada çeşitli çevresel etkiler altındadır ve elemanlar tasarlanırken bunlar göz önüne alınmalıdır. Bu çalışmada karayollarıyla hemzemin veya temas halindeki raylı sistemlerin traverslerinin çevre şartlarına bağlı olarak çatlama ve bozulmalarını önlemek ve servis ömrünü uzatmak amaçlanmıştır. Bu deneysel çalışmada metot olarak, karayollarında buzlanmayla mücadelede kullanılan kimyasal yöntemlerin, raylı sistem elemanlarından traverslere vereceği zararı önlemek için farklı dozajlarda bazalt tozu kullanılarak numuneler üretilmiş ve deneyler gerçekleştirilmiştir. Hacimce %0, %5, %10, %15 ve %20 oranlarında çimento ile ikame edilerek bazalt tozu (havuz çökeltisi, d=90µ) katkılı beton ve LVT (low vibration track) tipi ikiz-blok traversler için 5 farklı seri numuneler üretilerek beton deneyleri ile traversler üzerinde durabilite deneyleri gerçekleştirilmiştir. Buz çözücü tuz etkisi için katkısız ve bazalt katkılı numunelerin yüzeyine 0,150 gr/cm2 miktarında NaCl ham tuz konsantrasyonu uygulanarak donma çözülme deneyi gerçekleştirilmiştir. Numuneler akışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanarak üretilmiştir. Taze beton için kıvam tayini, su emme, hava içeriği deneyleri, sertleşmiş beton için basınç, yarmada çekme, eğilme, aşınma ve donma çözülme deneyleri yapılmıştır. Travers numuneler uygulamada kullanıldığı gibi üzerine raylar monte edilerek basınç dayanımı için yükleme yapılmış, böylelikle bazalt tozu katkısının traverslerin özelliklerine etkileri gerçeğe yakın davranışlarla belirlenmiştir. Sonuç olarak dayanım ve durabilite özellikleri açısından kıyaslamalar yapılarak elde edilen sonuçlar, bazalt tozunun beton traverslerin durabilite özelliklerinde oluşturacağı iyileştirme düzeyinin belirlenmesine olanak sağlamıştır.

Anahtar Kelimeler

• Raylı sistemler
• Traversler
• Bazalt tozu
• Donma-çözülme
• Mekanik özellikler

Kaynakça

1. [1] Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı, Karayolları Genel Müdürlüğü, Kar ve buzla mücadele rehberi, Sy 4, 2019
2. [2] Michigan department of transportation, agricultural by-products for antiıcing and deicing use in michigan, research report R1418., 2002
3. [3] Ş. Berberoğlu, Beton yollarda buz çözücü tuz etkisine su-çimento oranının etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011
4. [4] F. Çeçen, “Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) reinforced concrete railway sleepers,” Master Thesis, Gazi Osman Paşa University, Graduate School of Natural and Applied Sciences, 156 pages, Tokat, 2019. doi: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.22723.43049
5. [5] C. Esveld, Modern railway track. ISBN 978-1-326-05172-3, 2014
6. [6] F. Çeçen, B. Aktaş, “Yeni nesil demiryolu traversleri ve yerli frp donatı kullanımının deneysel araştırması,” Demiryolu Mühendisliği, Sayı: 13, Sayfa: 53-64. Ocak 2021, doi: https://doi.org/10.47072/demiryolu.803452
7. [7] Dobiszewska, M., Schindler, A.K., Pichór, W., “Mechanical properties and interfacial transition zone microstructure of concrete with waste basalt powder addition”, Construction and Building Materials, 177, 222-229, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.133
8. [8] Saraya, M.E.I., “Study physico-chemical properties of blended cements containing fixed amount of silica fume, blast furnace slag, basalt and limestone, a comparative study”, Construction and Building Materials, 72, 104-112, 2014. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.08.071

9. [9] V. Akyüncü, and M. T. Cihan, Bazalt tozu katkılı harçların mekanik ve geçirimlilik özeliklerinin araştırılması. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21 (2), 697-707, 2019. https://doi.org/10.25092/ baunfbed.636998
10. [10] H. Dilbas, and Ö. Çakır, “Influence of basalt fiber on physical and mechanical properties of treated recycled aggregate concrete” Construction and Building Materials, 254, 119216, 2020. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119216.
11. [11] P. P. Li, Q. L. Yu, and H. J. H. Brouwers, “Effect of coarse basalt aggregates on the properties of Ultra-high Performance Concrete (UHPC)”. Construction and Building Materials, 170, 649-659, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.109
12. [12] Laibao, L., Yunsheng, Z., Wenhua, Z., Zhiyong, L. and Lihua, Z., “Investigating the influence of basalt as mineral admixture on hydration and microstructure formation mechanism of cement”, Construction and Building Materials, 48, 434-440, 2013. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.07.021
13. [13] “Çimento-Bölüm 1: Genel çimentolar-Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri”, TS EN 197-1, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2002
14. [14] “Kimyasal katkılar-Beton, harç ve şerbet için-Bölüm 2: Beton kimyasal katkıları-Tarifler, gerekler, uygunluk, işaretleme ve etiketleme” TS EN 934-2+A1, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2013
15. [15] “Beton karışım tasarımı hesap esasları”, TS 802, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2016
16. [16] “Beton-Sertleşmiş beton deneyleri-Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayin”, TS EN 12390-3, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2019
17. [17] “Beton-Sertleşmiş beton deneyleri-Bölüm 5: Deney numunelerinin eğilme dayanımının tayini”, TS EN 12390-5, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2019
18. [18] “Beton-Sertleşmiş beton deneyleri-Bölüm 6: Deney numunelerinin yarmada çekme dayanımının tayini, TS EN 12390-6, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2010
19. [19] “Beton-Sertleşmiş beton deneyleri- Bölüm 7: Sertleşmiş betonun yoğunluğunun tayini”, TS EN 12390-7, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2019
20. [20] “Beton-Sertleşmiş beton deneyleri-Bölüm 2: Dayanım deneylerinde kullanılacak deney numunelerinin hazırlanması ve küre tabi tutulması”, TS EN 12390-2, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2019
21. [21] “Deney yöntemleri- Bölüm 3: Aşınma direncinin tayini-Böhme” TS EN 13892-3, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara,2015
22. [22] “Demiryolu uygulamaları-Yol-Beton traversler ve mesnetler-Bölüm 3: Donatılı ikiz traversler” TS EN 13230-3, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara,2016