پلاستیک های بازیافتی در خاک های سیلتی

استفاده از پلاستیک های بازیافتی در استحکام خاک های سیلتی

اگرچه تلاش های قابل توجهی در راستای ارزیابی استفاده از مواد بازیافتی در صنعت ساختمان در حال انجام است اما تاثیر شکل و اندازه آنها بر رفتار مکانیکی مواد حاوی پلاستیک همچنان نامشخص باقی مانده است. این مقاله نتایج و آنالیز پلی اتیلن سنگین (HDPE) بازیافت شده با تغییرات در شکل، اندازه، دوز آنها (1، 2، 4، 8 و 12 درصد وزن خشک خاک) و مقدار سیمان (9، 12 و 15 درصد وزن خشک خاک) برای افزایش خواص مقاومت-تغییر شکل خاک های سیلت پلاستیکی را ارائه می دهد. مجموعه ای از مطالعات تجربی با هدف ارزیابی نامحدود مقاومت فشاری، رفتار تنش-کرنش، ظرفیت جذب انرژی و حفظ مقاومت خاک های تیمار شده با تکه های بازیافتی HDPE انجام شد. نتایج حاصل از این آزمایشات نشان داد که ترکیب 4 درصد پرک پلاستيك دوبار آسیاب شده با 9 درصد سيمان استحكام خاك را تا 193 درصد بیشتر از خاک کنترل افزایش می دهد. همچنین مشخض شد که شاخص شکل‌پذیری نمونه‌های حاوی 15 درصد سیمان از 6 به 7.5 افزایش یافت زیرا محتوای پرک های دوبار آسیاب شده از 4 به 12 درصد افزایش یافته است. دوز بهینه پلاستیک بازیافتی و محتوای سیمان براساس مقاومت فشاری، ظرفیت جذب انرژی، درصد مقاومت کششی، اتلاف خاک و کرنش های حجمی خاک های تیمار شده تعیین می شود. این تحقیق به بیان اهمیت هندسه پلاستیک های بازیافتی و تاثیر آنها بر ویژگی های استحکام-تغییر شکل و تثبیت خاک زیربنای روسازی می پردازد.

ضایعات جایگزین مناسبی برای تثبیت کننده های معمولی به منظور تقویت خواص حرارتی و مکانیکی خاک های مشکل دار هستند. ضایعات پلاستیک، الیاف نارگیل، الیاف محصولات کشاورزی و تکه های چوب عایق حرارتی خوب و رسانای حرارتی ضعیفی هستند که در بسیاری از موارد ساخت و ساز به کار برده می شوند و برای بهبود خواص مکانیکی مصالح ساختمانی معمولا از مواد بازیافتی همچون ضایعات چوبی، ضایعات روسازی آسفالت احیا شده، بتن بازیافتی، آجر، کاشی، فلز، مواد عایق و آزبست، ضایعات لاستیک، پلاستیک‌های بازیافتی وغیره استفاده می‌شود. استفاده از ضایعات پلاستیک می تواند علاوه بر کاهش استفاده از منابع طبیعی و کاهش آلودگی محیط زیست، مزایای اقتصادی نیز داشته باشد. طبق گزارش آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، در سال 2017 حجم زباله های پلاستیکی حدود 35.4 میلیون مگا گرم بود که حدود 13.2 درصد از کل زباله های جامد شهری تولید شده را تشکیل می دهد. اکثر زباله های پلاستیکی از منابع خانگی و تجاری تولید می شوند. این ضایعات مقدار قابل توجهی از زباله های جامد را شامل می شوند که به سرعت تجزیه نمی شوند. اگرچه تجزیه ناپذیری پلاستیک ها ممکن است ازلحاظ زیست محیطی نگران کننده باشد، اما به طور بالقوه می تواند یک مشخصه قابل توجهی در کاربرد آن در صنعت ساختمان باشد که در این ضنعت دوام مواد نقش بسیار مهمی دارد. محصولات با ارزش افزوده تولید شده از پلاستیک های بازیافتی نیز می توانند صنعت ساختمان و مصالح ساختمانی را تقویت و توسعه دهند. طبق EPA، از کل زباله های پلاستیکی تنها 3 میلیون مگا گرم بازیافت شد؛ 5.6 میلیون مگا گرم سوزانده و 26.8 میلیون مگا گرم در محل های دفن زباله ریخته شدند.

با افزایش پیش بینی شده 8.5 درصدی جمعیت در سال 2030 و 19.2 درصدی تا سال 2050، شاهد افزایش قابل توجهی در تولید زباله های پلاستیکی خواهیم بود. این امر موجب آلودگی پلاستیک و بروز نگرانی هایی برای شهرها، عوامل دفن زباله و سازمان های دولتی خواهد شد که جوامع زندگی و محیط زیست را تحت تاثیر قرار می دهد. از این رو، استفاده از جایگزین موثر برای ضایعات پلاستیکی می تواند اقتصاد چرخشی را ارتقا دهد که در آن از زباله ها می توان به عنوان یک منبع ارزشمند درنظر گرفته و ازطریق بازیافت و استفاده مجدد به اقتصادهای محلی کمک کرد. مطالعات اخیر نشان داده است که خواص مقاومتی، تراکم پذیری و رفتار تنش-کرنش خاک ها به پراکندگی (تصادفی یا سیستماتیک) تقویت کننده بستگی دارد. به گفته یون، هیو و کیم، تقویت کننده های الیافی توزیع شده به صورت تصادفی در خاک می توانند مقاومت کششی خاک را افزایش دهند در حالی که تقویت کننده سیستماتیک عملکرد مخلوط خاک-الیاف را محدود می کند. از این رو، پراکندگی تقویت کننده ها می تواند نقش مهمی در کنترل یکپارچگی ساختاری ماتریس خاک داشته باشد. امروزه به دلیل آگاهی محیطی از زباله های پلاستیکی در طبیعت، استفاده از زباله های مختلف و پلاستیک های بازیافتی در کاربردهای عمرانی مورد بررسی و مطالعه است. در اینجا استفاده از پلاستیک های بازیافتی را به جای سنگدانه های طبیعی در لایه های روسازی نشان می دهد (پایه و زیرسازی)، بلوک های بتنی و مصالح ساختمانی پایدار با انرژی کارآمد، بادوام و پایدار بررسی شده است. طبق بسیاری از مطالعات تحقیقاتی، پلی اتیلن (PE) بیشترین استفاده را دارد و به عنوان موثرترین افزودنی پلیمری در توسعه مصالح ساختمانی با استفاده از پلاستیک های بازیافتی شناخته می شود.

خلاصه و نتیجه گیری

مطالعه حاضر به بررسی خواص مهندسی و رفتار مکانیکی سیلت‌های حاوی پلاستیک بالا می‌پردازد که با هندسه های مختلف پلاستیک های بازیافتی و چسب سیمان تیمار شده اند. آزمایشات آزمایشگاهی جامعی برای توسعه پلاستیک های بازیافتی HDPE از محل دفن زباله و شناسایی خواص متضاد ضایعات پلاستیکی با پلاستیک های بکر انجام شد. همچنین متغیرهای مختلفی ازجمله هندسه پلاستیک، محتوای سیمان، دوره پخت و محتوای پلاستیک به منظور ارزیابی رفتار مکانیکی و خواص مقاومتی بررسی شدند. سه معیار مختلف DI، مقاومت IR و جذب انرژی نیز برای درک تاثیر پلاستیک بر رفتار خاک تیمار شده مطالعه شدند. در ادامه به یافته های حاصل از مطالعات تجربی آزمایشگاه اشاره شده است:

- مشاهده شد که شکل پلاستیک بازیافتی HDPE تاثیر قابل توجهی بر رفتار خاک های تصفیه شده دارد. به طور کلی، افزودن دو تکه پلی اتیلن بازیافتی و پلت های بلند به خاک سیلتی سیمانی مقاومت فشاری و مقاومت برشی را درمقایسه با خاک کنترل افزایش داد. همچنین مشاهده شد که افزودن پلاستیک های بازیافتی شکل پذیری مواد تیمار شده را نیز افزایش می دهد.

- مقاومت فشاری نمونه های خاک های سیمانی تیمار شده با پلاستیک های بازیافتی سیستماتیک (قرار گرفته در یک و دو لایه) بیشتر از نمونه‌های خاک سیمانی شده تصادفی تیمار شده با پلاستیک است. پراکندگی تصادفی پلاستیک موجب افزایش عدم قطعیت در کرنش های محوری و حالت شکست مواد با افزایش تنش می شود.

- مقدار مقاومت IR 1.6 برای خاک های تیمار شده با 4 درصد پرک های HDPE دوبار آسیاب شده و نسبت سیمان 9 درصد پس از 3 روز پخت مشاهده شد. همچنین افزایش استحکام 1.4 برابری با افزودن  استحکام زمانی که 9 درصد سیمان و 8 درصد پرک های دوبار آسیاب شده برای تثبیت نمونه‌های خاک مشاهده شد. علاوه براین، با افزایش میزان پلاستیک بازیافتی، کرنش محوری نیز افزایش یافت. با این حال، باید توجه داشت که افزایش محتوای پلاستیکی نیز منجر به کاهش مقدار IR شده است. با افزودن پرک های دوبار آسیاب شده و پلت های بلند به نمونه خاک های سیمانی، جذب انرژی خاک سیمانی 16 تا 41 درصد افزایش می یابد.

- دوام خاک‌های تیمار شده با پلاستیک با کمک فرایندهای خشک و مرطوب کردن نمونه ها، تعیین حفظ مقاومت، کاهش وزن و تغییر حجمی آنها با چرخه های دوام بررسی و تعیین شد. مشاهده شد که نمونه‌های خاک تیمار شده با دوز بالاتر سیمان (15 درصد) و پرک های دوبار آسیاب شده عملکرد بهتری از نمونه های حاوی دوزهای پایین سیمان (12 درصد) دارند و در هر معیارهای عملکرد (کاهش وزن مجاز) مقاوم بودند.