استفاده از ضایعات پلاستیکی در سازه‌های بتنی

دسته: مقالات منتشر شده در 02 خرداد 1403
نوشته شده توسط Admin بازدید: 33

استفاده از ضایعات پلاستیکی در سازه‌های بتنی تقویت شده

بتن مهم ترین ماده در صنعت ساختمان است که برای ساخت مواردی مانند جاده، ساختمان، پل وغیره که منجر به توسعه اقتصادی یک کشور می شوند نیاز است. اما امروزه باتوجه به توسعه پایدار و مشکلات زیست ‌محیطی، مدیریت زباله‌های پلاستیکی به دلیل ماهیت غیرقابل تجزیه زیستی که دارند به آنها اجازه می دهد تا تجزیه کامل در محل های دفن زباله باقی بمانند، یکی از مهم ترین مسائل زیست محیطی است. برای غلبه بر این نگرانی ها، ضایعات پلاستیکی ممکن است جایگزینی برای سنگدانه‌های ریز و درشت طبیعی بتن و راه حلی ارزشمند برای استفاده از اقلام پلاستیکی که مشکلات متعددی را ایجاد می کنند باشد. در این مطالعه، به بررسی خواص موثر بتن مانند کارایی، مقاومت فشاری و مقاومت کششی با/بدون استفاده از ضایعات پلاستیکی پرداخته ایم. مشاهده شد که ضایعات پلاستیک کیفیت و قوام بتن را تحت تاثیر قرار نمی دهند. با این حال، با افزایش تعداد ذرات PVC در مخلوط، میزان انقباض و خشک شدن کاهش یافت. درنتیجه، با افزودن تکه‌های پلاستیکی که ترک خوردن و انقباض بتن را کاهش می دهد، موجب افزایش دوام بتن می شود. در مقالات جامع نیز مشاهده شد که استفاده از تکه‌های پلاستیکی در بتن با مقاومت کم و متوسط عملکرد خوبی دارد. با این حال، تحقیقات درمورد استفاده از ضایعات پلاستیک در بتن با مقاومت بالا محدود است. به طور کلی، درصد بهینه استفاده از ضایعات پلاستیکی حدود 20 درصد است.

 

ضایعات پلاستیکی ممکن است جایگزینی برای استفاده از منابع طبیعی در صنعت ساختمان باشند؛ کاهش کمبود منابع و مدیریت بهتر ضایعات پلاستیکی به یک نگرانی جدی در سراسر جهان کشور تبدیل شده است. باتوجه به مطالعات قبلی، صنعت ضایعات پلاستیک به دلیل کاربرد آن در صنعت ساختمان رونق گرفته است. در سال های اخیر، مصرف سالانه مواد پلاستیکی در سراسر جهان به حدود 0.1 میلیارد تن افزایش یافته است. ضایعات پلاستیکی به دلیل دوره تجزیه طولانی مدت در صنعت ساختمان باهدف کاهش اثرات سوء بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بتن مهم ترین مصالح ساختمانی است که به کاربرد موفقیت آمیزی رسیده است. نتیجه اصلی این است که مقاومت بتن و سنگدانه های درشت تا حدودی با پلاستیک جایگزین شده است. به گفته سید، مواد زیست تخریب ناپذیر مانند محصولات پلاستیکی و لاستیک های ضایعاتی برای محیط زیست مضر هستند. همچنین زباله های الکترونیکی می توانند خاک و آب های زیرزمینی را آلوده کنند. اگر تجمع ضایعات کنترل نشود، بایستی به جای دفع آنها به فکر یافتن کاربرد جدیدی برای آنها ازطریق دیگر فرایندها بود. در اینجا خواص مکانیکی بتن و صرفه جویی در هزینه آن در چندین سنگدانه پلاستیکی مانند ضایعات فوم پلی استایرن، پلی اتیلن سنگین (PE)، پلی اتیلن ترفتالات (PET) و سایر مواد پلاستیکی مورد بررسی قرار گرفتند. همان طور که در شکل زیر مشخص است، در سراسر جهان، جنوب و شرق آسیا سهم زیادی در تولید ضایعات پلاستیکی دارند.

 

شکل 1:

 Major plastic generators as per specific regions in the world

 

باتوجه به شکل بالا، تولید پلاستیک در سطح جهان بین سال‌های 1950 تا 2018 تقریبا 6.3 میلیارد تن بوده است که از این مقدار 9 درصد بازیافت شده و 12 درصد یا سوزانده شده و یا به عنوان زباله دور ریخته شده اند. تنها حدود یک چهارم پلاستیک مصرف شده در هند بازیافت می شوند، درحالی که پلاستیک های مصرف نشده در محل های دفن زباله دفع می شوند. این حجم عظیم از ضایعات پلاستیکی بدون شک به اکوسیستم ختم خواهند شد. هزینه ساخت و نگهداری سنگفرش ها همگام با بالا رفتن نرخ توسعه افزایش می یابد. با این حال، مهندسان و طراحان به دنبال راهکارهای جدیدی برای استفاده از ضایعات پلاستیکی در ساخت بلوک‌های سنگفرش بتنی هستند. استفاده از ضایعات پلاستیکی در روسازی بتنی آن را کمتر در معرض شکستگی قرار می دهد؛ ازطرفی، بسیار بادوام، سازگار با محیط زیست و همچنین مقرون به صرفه است. افزودن پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی به بتن پلیمری به صرفه جویی انرژی و تا حدودی به حل مشکل زباله جامد ناشی از مصرف پلاستیک کمک می کند. درمقابل، تیر بتنی پلاستیک تقویت شده درمقایسه با تیر بتنی سیمان پرتلند تقویت شده از استحکام و شکل‌پذیری بالایی برخوردار است. تیر بتنی پلاستیکی به دلیل مقاومت خمشی بالا، نفوذپذیری کم و خواص مکانیکی منحصر به فرد به پوشش کمتری برای فولاد تقویت کننده کششی نیاز دارد. بالعکس، بلوک های ضایعات ماسه-پلاستیکی مستعد ذوب شدن در دماهای بالاتر بوده و همچنین فقط قادر به تحمل بارهای کمتر هستند. بنابراین در مناطقی که بلوک های سنگفرش در معرض دمای بالاتر و شدت بار بیشتر نیستند، کاربرد محدودی دارند. مطالعات تجربی گذشته نشان داده است که استفاده از ضایعات پلاستیک در سنگدانه حرارت دیده به دلیل تشکیل پوشش روی سنگدانه ها با استفاده از ضایعات پلاستیکی موجب افزایش استحکام، مقاومت بیشتر در برابر آب و عملکرد طولانی مدت می شود.

 

جمع بندی و کلام آخر

پایداری در فرایندهای ساخت و ساز و مصالح در صنعت ساختمان نقش حیاتی دارد. دهه هاست که جایگزین‌های مصالح ساختمانی سنتی در سراسر جهان مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از این جایگزین های معمولی سنگدانه های ریز و درشت در بتن ضایعات پلاستیکی است. به دلیل منابع مختلف در تولید پلاستیک، مطالعات بیشتری را می توان انجام داد تا یافته های به دست آمده برای محققان و طراحان ساختمان قابل اجراتر باشد و همچنین بتوانند به توسعه بتن پایدارتر دست یابند. هدف از این مطالعه بررسی مطالعات موجود درمورد اثرات ضایعات پلاستیکی بر کیفیت بتن مانند کارایی، مقاومت فشاری، استحکام کششی و مقاومت خمشی است.

 

1. براساس مطالعات قبلی، مشاهده شد که استفاده از ضایعات پلاستیکی به عنوان جایگزین سنگدانه های ریز و درشت عملکرد مخلوط را به دلیل توانایی پلاستیک در عدم جذب آب افزایش می دهد.

2. پس از انجام مطالعات دقیق مشخص شد که مقاومت فشاری بتن تحت تاثیر عوامل مختلفی ازجمله انواع پلاستیک، اندازه پلاستیک و نوع جایگزین مانند ریز و درشت بودن قرار دارد. مقاومت فشاری همیشه با افزایش ضایعات پلاستیک افزایش نمی یابد. مطالعه قبلی نشان داد که استفاده از 20-15 درصد PVC به عنوان سنگدانه ریز و 20 درصد پلاستیک الکترونیکی به عنوان سنگدانه درشت منجر به افزایش مقاومت فشاری می شود.

3. یکی دیگر از یافته های مهم این مطالعه این است که استحکام کششی مخلوط نیز با افزوده 5 درصد ضایعات PET به عنوان سنگدانه ریز افزایش می یابد؛ اگرچه، برای به دست آوردن نتیجه بهتر، اندازه پلاستیک بایستی با اندازه سنگدانه جایگزین شده مطابقت داشته باشد.

4. استفاده از کیسه های زباله 10 درصدی و PET 10 درصدی به عنوان سنگدانه ریز در مخلوط بتن مقاومت خمشی بتن را افزایش می دهد.

5. یکی دیگر از مشاهدات مهم مطالعه حاضر، استفاده از 5-10 درصد ضایعات پلی اتیلن ترفتالات (PET) به عنوان جایگزینی برای سنگدانه های ریز است. استفاده از 10 درصد ضایعات PET در بتن درمقایسه با 10 درصد ضایعات HDPE می تواند کمک کننده باشد زیرا PET استحکام کششی بیشتری نسبت به HDPE دارد.

6. همچنین مشاهده شد که مقاومت سایشی بتن با افزایش میزان جایگزینی سنگدانه های ریز و درشت تا 20 درصد ضایعات PET افزایش می یابد.

7. استفاده از ضایعات PET در بتن منجر به عمق بیشتر کربنات، مهاجرت بیشتر کلرید، جذب آب کمتر، مقاومت سولفات کمتر و مقاومت اسیدی کمتر می شود.

 

در چشم انداز آینده، ضایعات پلاستیکی مختلف را می توان به صورت جداگانه یا ترکیبی در نسبت های مختلف به عنوان جایگزین سنگدانه های ریز و درشت مورد استفاده قرار داد. علاوه براین، می توان تلاش کرد تا از ضایعات پلاستیکی مختلف بدون استفاده از روش های تصفیه همچون گرمایش یا شیمیایی استفاده کرد زیرا ممکن است دوباره نگرانی های زیست محیطی را افزایش دهند.