بتن سخت صنعتی

امروزه با توجه به رشد جمعیت و پیشرفت سنعت نیاز به ساخت و ساز در کشور ایران افزایش یافته است.این ساخت و ساز منجر به تخریب ساختمان ها و بناهای قدیمی و به وجود آمدن حجم عظیمی از زباله های ساختمانی شده است. از طرفی عوامل طبیعی همچون زلزله , سیل و .. حجم زیادی از زباله های ساختمانی را تولید می کند . این زباله های ساختمانی شامل , سنگ , شیشه , کاشی , سرامیک و فلزات و ... می شود.بسیاری از این مواد مدت خیلی طولانی در طبیعت می مانند و و با روند بسیار کندی بازیافت می شوند.و برخی از آن ها تجدید ناپذیرند و ممکن است صدها یا هزاران سال در طبیعت باقی بمانند. از این رو اتخاذ سیاست های زیست محیطی در جهت استفاده از این مواد در بتن های بازیافتی روز به روز در سراسر دنیا رو به افزایش است.هدف اصلی از ساخت این بتن ها , دفن برخی از زباله های ساختمانی به عنوان جایگزینی از مصالح سنگی و صرفه جویی در مصرف سنگ دانه های طبیعی است.بازیافت این زباله ها می تواند به حل مشکل دفن این زباله ها و صرفه جویی در مصرف مصالح سنگی کمک کند.در نتیجه محیط زیست از وجود این مصالح که عمدتا قابل بازیافت هم نیستند حفاظت می شود و هزینه های مربوط به دفن آن ها کاهش می یابد. از طرفی نیاز به تولید دانه های سنگی کاهش می یابد و در نتیجه منابع سنگی موجود در طبیعت کمتر استفاده می شود و هزینه های تولید مصالح سنگی نیز کاهش می یابد و نیز موجب کاهش مصرف انرژی می شود و هزینه های تولید مصالح سنگی نیز کاهش می یابد و نیز موجب کاهش مصرف انرژی می شود.

پژوهش های انجام شده بین سال های 2002 تا 2012 بر روی خواص مکانیکی بتن های بازیافتی منجر به نتایج قابل توجهی در این خصوص شده است.جذب آب بالا , چگالی کم , پوکی زیاد بتن های بازیافتی از جمله نتایج پژوهش های مذکور است.پژوهشگران رابطه مستقیمی بین افزایش تخلخل بتن با افزایش درصد جایگزینی سنگ دانه های حاصل از بتن تخریبی یافته اند.در سال 2007 نیز بررسی پارامترهای موثر در دوام بتن های ساخته شده با سنگ دانه های بازیافتی در مقابل سیکل های ذوب و انجماد صورت گرفته است. نتایج پژوهش حاکی از آن بود که بتن های ساخته شده با سنگ دانه های بازیافتی عملکرد خوبی در یخبندان به علت جذب بالا و تخلخل بتن ها نداشته اند.همچنین تاثیر بتن مادر تخریب شده در خواص بتن های تولید شده با سنگ دانه های بازیافتی از دیگر مواردی بود که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفت.نتایج حاکی از آن بود که نسبت مستقیم بین مقاومت بتن جدید با مقاومت بتن تخریب شده وجود دارد به طوری که با افزایش مقاومت بتن مادر , مقاومت بتن ساخته شده با سنگ دانه های حاصل از تخریب بتن مادر نیز افزایش می یابد.

این پژوهش در نظر دارد با نگاه زیست محیطی , پتانسیل استفاده از مواد زائد در بتن را مورد بررسی قرار دهد.لذا علاوه بر سنگ دانه های بازیافتی از بتن های تخریب شده , شیشه و پلاستیک زائد نیز به عنوان جایگزین درصدی از ماسه قرار میگیرند و مقاومت فشاری , کششی , خمشی , مقاومت الکتریکی , دینامیکی و ... مورد برری و اندازه گیری خواهدشد.

 

مصالح مورد استفاده

در این پژوهش از پرتلند نوع 1 منطبق با استاندارد ASTM C150  استفاده شده است.همچنین از ریزدانه های آهکی با مدول نرمی 2.46 و درشت دانه ی آهکی با بیشینه اندازه 19 میلی متر مورد استفاده قرار گرفته است.از بتن تخریبی به جای قسمتی از ریزدانه و درشت دانه ی بتن استفاده شده است تا بتوان مقایسه مناسبی بین آن ها انجام داد.

جهت بررسی خواص بتن های بازیافتی , از جایگزینی شیشه و پلاستیک زائد به جای قسمتی از ریزدانه های بتن استفاده است , زیرا طبق پژوهش های صورت گرفته استفاده از درشت دانه شیشه و پلاستیک باعث بروز ویژگی های نامطلوب در بتن می شود.

براساس پژوهش های پیشین جایگزینی شیشه در اندازه های درشت باعث انبساط های نامطلوب واکنش قلیلیی سیلیسی  (ASR)  در بتن می شود و تاثیر مخرب ASR در اندازههای ریزدانه شیشه به مقدار کمینه می رسد. به هر حال آزمایش های دراز مدت واکنش قلیایی – سیلیسی در هنگام استفاده از شیشه به عنوان جایگزین سنگ دانه توصیه می شود.

شیشه های استفاده شده در این تحقیق شیشه های شکسته ساختمان های تخریب شده و پلاستیک ها , بطری نوشابه و آب معدنی بودند که پس از که پس از مصرف به دور انداخته شدند.بیشینه اندازه ی شیشه و پلاستیک بازیافتی به ترتیب 4.75 و 6.35 میلی متر محدود شده است.

روش انجام پژوهش :

ساخت و قالب گیری نمونه ها و آماده سازی آن ها

از قالب های مکعبی به ابعاد 100*100*100 میلیمتر جهت ارزیابی مقاومت فشاری , مقاومت الکتریکی و جذب آب استفاده شده است. مقاومت کششی بتن ها به روش برزیلی و بر روی نمونه های استوانه ای به ابعاد 300*150 میلی متر صورت گرفته است و از نمونه های منشوری به ابعاد 400*100*80 میلیمتر جهت اندازه گیری بسامد طبیعی و مقاومت خمشی استفاده شده است.نمونه ها قبل از انجام آزمایش به مدت 28 روز در دمای 23 درجه سانتی گراد مطابق استاندارد ASTM C192  درون آب به صورت مستعرق نگهداری شدند.

طرح مخلوط و درصد های جایگزین

مجموعا 17 طرح مخلوط بتن تهیه شده است. طرح اول به عنوان طرح مرجع با کد Ref معرفی شده است و در 4 طرح بعدی , سنگ دانه ی درشت با بتن های تخریب شده به میزان 5,10,15و20 درصد جایگزین شده اند. به عنوان نمونه طرح RCA-C15  به مفهوم نمونه ی بتنی است که 15 درصد درشت دانه ی آن با سنگ دانه های حاصل از بازیافت بتن های تخریب شده جایگزین شده است.

میزان نسبت آب به سیمان در همه طرح ها ثابت و برابر 0.16در نظر گرفته شده است.هیچ نوع ماده ی افزودنی نیز در طرح های مخلوط استفاده نشده است.تا اقتصادی بودن طرح ها رعایت شده باشند.

 

اسلامپ بتن تازه

به منظور بررسی ویژگی های بتن تازه , میزان کارایی اندازه گیری و برای سنجش آن ها از آزمایش اسلامپ مطابق استاندارد ASTM C143  استفاده شده است.جایگزین کردن شیشه در طرح های مخلوط بتن هیچ گونه تاثیر منفی در میزان اسلامپ نداشته است.علت این امر را می توان به شکل و بافت دانه های  شیشه و نیز میزان جذب آب مربوط دانست.از سوی دیگر اسلامپ مخلوط های بتن حاوی پلاستیک متناسب با میزان جایگزینی به شدت کاهش یافته است.

در خصوص جایگزینی بتن های تخریب شده با ریزدانه یا درشت دانه در بتن شاهد کاهش اسلامپ هستیم و البته جایگزینی ریزدانه با بتن های تخریب شده در کاهش اسلامپ موثرتر عمل کرده است.دلیل این امر بالا بودن سطح ویژه ی ماسه در مقایسه با درشت دانه است. درمجموع می توان نتیجه گرفت که بتن های حاوی بتن تخریبی درشت دانه , بتن تخریبی ریزدانه و شیشه به عنوان بخشی از دانه های سنگی ,کارایی قابل قبولی در مقایسه با بتن های مرجع دارند.

 

مقاومت فشاری:

مقاومت نمونه ی تهیه شده با پلاستیک زائد , متناسب با میزان درصد جایگزینی کاهش یافته است.به طوریکه با جایگزینی بیش از 5 درصد مقاومت فشاری کاهش چشم گیری داشته و عملا از حالت سازه ای خارج شده است . از دلایل این کاهش مقاومت می توان به تاثیر منفی پلاستیک در همگنی بتن و عدم اتصال با سایر اجزا بتن اشاره کرد.دلیل بعدی , عدم توانایی در تراکم مناسب و در نتیجه تخلخل بیشتر بتن است . از سوی دیگر نتایج نشان داده شده در شکل حاکی از آن است که با جایگزینی سنگ دانه ی حاصل از بتن بازیافتی به عنوان بخشی از ریزدانه , مقاومت فشاری مخلوط های بتن نسبت به نمونه های مرجع افزایش یافته است.دلیل این امر را می توان ناشی از زبری ریزدانه های بازیافتی و افزایش حجم ملات در سطوح ریزدانه ها دانست. با جایگزینی بتن تخریب شده به عنوان بخشی از درشت دانه , شاهد کاهش ناچیزی در مقاومت فشاری هستیم.

 

مقاومت کششی و خمشی

مصالح زائد , اثر یکسان در مقاومت کششی و خمشی بتن بازیافتی داشته اند. پلاستیک بیشترین کاهش را در مقاومت خمشی و کششی دارد . این در حالی است که سایر مصالح , اثری شبیه به هم در رفتار خمشی و کششی بتن بازیافتی داشته اند.بتن ساخته شده با ریزدانه ی حاصل از بتن تخریبی کمترین کاهش را در مقاومت خمشی داشته است.علت این امر , وجود خمیر سیمان چسبیده به دانه های سنگی بازیافتی و در نتیجه مقاومت پیوستگی بیشتر است.کاهش در مقاومت کششی و خمشی برای بتن های حاوی درشت دانه ی بتن تخریبی در 20 درصد جایگزینی به ترتیب برابر 11 درصد و 19 درصد است. این مقادیر کاهش مقاومت برای بتن های بازیافتی حاوی ریزدانه ی بتن تخریبی به ترتیب 21 درصد و 19 درصد است.

در مجموع می توان گفت به جز پلاستیک سایر مصالح جایگزین , رفتار نسبتا مناسبی در خمش و کشش داشته اند و مقاومت بتن را به میزان کمتر از 20 درصد کاهش داده اند.این در حالی است که پلاستیک به جز در 5 درصد جایگزینی , کاهش قابل توجهی در مقاومت کششی و خمشی ایجاد کرده است.

 

وزن مخصوص بتن سخت شده

تاثیر شیشه و بتن های تخریبی جایگزین روی وزن مخصوص بتن سخت شده شبیه به هم بوده و کاهش کمی ( کمتر از 2 درصد در 20 درصد جایگزینی سنگ دانه ) در وزن مخصوص بتن سخت شده ایجاد کرده اند.این در حالی است که پلاستیک با بیش از 5 درصد جایگزینی بیش از 15 درصد وزن مخصوص بتن را کاهش داده است. علت این امر در پایین بودن وزن مخصوص پلاستیک در مقایسه با سایر مصالح جایگزین است.

می توان گفت استفاده از پلاستیک زائد در بتن علاوه بر دفن این ماده , به کاهش وزن مخصوص بتن نیز کمک خواهد کرد.که این کاهش وزن مخصوص به کاهش وزن کلی ساختمان و در نتیجه کاهش ریسک زلزله منجر خواهد شد.

 

اثر مواد زائد جایگزین دانه های سنگی در بسامد تشدید

کاهش بسامد تشدید , نشانه های از افزایش فضاهای خالی در بتن است. در این آزمایش علاوه بر یافتن بسامد تشدید در بتن , می توان به میزان تخلخل و فضاهای خالی نیز پی برد.به جز پلاستیک سایر مصالح جایگزین اثر تقریبا یکسانی در بسامد تشدید داشته اند و عمدتا کاهش محسوسی  دیده نمی شود.

شیشه در این زمینه به دلیل پرکردن  فضاهای خالی بهارین عملکرد را داشته و پلاستیک به دلیل افزایش فضاهای خالی , بسامد تشدید را به طور محسوس کاهش داده است به طوری که در 20 درصد جایگزینی , اندازه گیری بسامد تشدید ممکن نبوده است.

 

اثر مواد زائد جایگزین دانه های سنگی در مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی بتن , بیانگر مقاومت بتن در برابر عبور جریان الکتریکی از آن است. مقاومت الکتریکی بتن یک آزمایش غیرمتخرب مواد است که برای نشان دادن و بازرسی بتن سازه ها به ویژه از نظر پتانسیل خوردگی آماتورها به کار می رود.برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی , جریان الکتریکی بین دو الکترود که به طور موازی در دو طرف بتن مورد آزمایش قرار دارد , تحت اختلاف پتانسیل 5 ولت به وجود می آید.مقاومت الکتریکی بتن تابع عوامل مختلفی شامل : رطوبت , میزان نمک , دما , ننسبت آب به سیمان , عیار سیمان , نوع و مقدار مواد افزودنی , توزیع سنگ دانه ها , وجود ترک ها حاوی آب و طریقه ی عمل آوری است.

به دلیل عایق بودن پلاستیک , مقاومت الکتریکی بتن افزایش می یابد.بنابراین تا 10 درصد جایگزینی پلاستیک , مقاومت الکتریکی افزایش و سپس کاهش می یابد.دلیل کاهش مقاومت الکتریکی , افزایش موجود در بتن است. زیرا تراکم بتن با مشکل مواجه و بتن حاصله متخلخل می شود.

در مجموع جایگزینی پلاستیک موجب افزایش مقاومت الکتریکی می شود.جایگزینی شیشه باعث افزایش بیش از 15 درصد مقاومت الکتریکی در مقایسه با بتن مرجع می شود.افزایش مقاومت الکتریکی بتن حاوی شیشه احتمالا به دلیل جنس شیشه (سلیس ) و نیز به دلیل افزایش تراکم بتن و پر شدن منافذ موجود است.که رسانایی را کاهش می دهد.

نتایج کلی حاکی از آن است که که جایگزینی مواد زائد پلاستیک و شیشه علی رغم مقاومت فشاری نسبتا کم در مقایسه با جایگزینی مواد ریزدانه و درشت دانه ی حاصل از بتن تخریبی , موجب افزایش مقاومت الکتریکی شده است.

 

اثر مواد زائد جایگزین دانه های سنگی در جذب آب

جایگزینی شیشه و  پلاستیک به عنوان سنگ دانه های ریز موجب کاهش جذب آب بتن می شوداما روند کلی جذب آب با افزایش جایگزینی پلاستیک رو به رشد استو دلیل آن را می توان افزایش تخلخل بتن به دلیل عدم تراکم مناسب هم زمان با افزایش جایگزینی دانست. با افزایش جایگزینی شیشه , روند جذب آب رو به کاهش است و روند رو به کاهش به این معنی است که افزایش جایگزینی شیشه موجب کاهش منافذ موجود در بتن می شود.جایگزینی سنگ دانه های ریز و درشت حاصل از بتن تخریبی موجب جذب آب می شود که دلی آن را می توان منافذ بیشتر بتن و نیز جذب آب خمیر چسبیده به سنگ دانه عنوان کرد.

 

نتیجه گیری :

در این پژوهش از دانه های سنگی حاصل از تخریب بتن , شیشه و پلاستیک زائد به عنوان جایگزین بخشی از سنگ دانه های بتن استفاده شده است.هدف از انجام آزمایش ها , شناخت بهتر بتن های حاوی مواد زائد به منظور دفن مواد زائد در بتن جهت حفظ محیط زیست , کاهش مصرف دانه های سنگی طبیعی در بتن , کاهش مصرف انرژی و شناخت عملکرد بتن های بازیافتی بوده است.به طوری که بازیافت مصالح زائد علاوه بر کاهش هزینه های دفن آن ها , ما را در داشتن محیط زیستی پاک کمک می کند.نتایج به دست آمده از این پژوهش به قرار زیر است.

  • جایگزینی شیشه به عنوان بخشی از سنگ دانه های ریز , باعث تسهیل در پرداخت سطوح بتن شده و هیچ گونه تاثیر منفی در میزان اسلامپ نداشته است.
  • استفاده از سنگ دانه های بازیافتی حاصل از تخریب بتن به عنوان بخشی از درشت دانه یا ریزدانه باعث کاهش ناچیز در اسلامپ بتن شده است.
  • پلاستیک بازیافت شده , روانی بتن را شدیدا کاهش داده است , به نحوی که اسلامپ بتن هایی که در آن ها 20 درصد ماسه با پلاستیک جایگزین شده است به 1.8 سانتی متر کاهش یافته است.
  • به کارگیری شیشه و سنگ دانه های بازیافتی تاثیر مهمی در چگالی بتن نداشته در حالیکه بتن های حاولی پلاستیک (به میزان 20 درصد) باعث کاهش چگالی به میزان 20 درصد شده است.
  • مقاومت فشاری بتن های حاوی سنگ دانه بازیافتی و یا شیشه , کاهش جزئی در مقایسه با بتن های مرجع داشتند. دلیل اصلی این امر , مقاومت نسبی مناسب شیشه و سنگ دانه های بازیافتی استکه در رقابت با سنگ دانه های طبیعی , عملکرد نسبتا مشابهی دارند. در حالی که به کارگیری پلاستیک به دلیل شکل ورقه ای آن ها و ضعف در مقاومت پیوستگی باعث افت شدید در مقاومت فشاری شده است.
  • مقاومت کششی و خمشی در تمام بتن های حاوی مصالح جایگزین , با کاهش همراه بوده است. که این موضوع در پلاستیک شدیدتر از سایر مصالح بوده است.
  • بسامد طبیعی نمونه های حاوی شیشه و بتن تخریبی جایگزین بخشی از سنگ دانه , کاهش بسیار کمی داشته است.پلاستیک به میزان قابل توجهی بسامد طبیعی را کاهش داده است.
  • مقاومت الکتریکی بتن حاوی پلاستیک و شیشه نسبت به بتن شاهد افزایش یافته است.در حالیکه جایگزینی بتن تخریب شده موجب کاهش ناچیز مقاومت الکتریکی شده است.
  • جایگزینی پلاستیک و شیشه باعث کاهش جذب آب بتن شده است. در حالی که جایگزینی بتن تخریب شده به جای سنگ دانه , موجب افزایش جذب آب شده است.دلیل اصلی کاهش جذب آب بتن های حاوی شیشه و پلاستیک , عدم جذب آب این مصالح به عنوان سنگ دانه در بتن است.در حالی که خود بتن های حاوی سنگ دانه های بتن تخریبی (RCA) جذب آب بالاتری نسبت به سنگ دانه های طبیعی دارند. در نتیجه مجموع جذب آب بتن افزایش یافته است.

با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش می توان دریافت که بتن های ساخته شده با بتن های تخریبی و شیشه به عنوان جایگزین بخشی از دانه های سنگی بتن , عملکرد قابل قبولی در مقایسه با بتن های ساخته شده با سنگ دانه های طبیعی از خود نشان داده اند.استفاده از پلاستیک زائد به عنوان بخشی از ریزدانه فقط در بتن های با مقاومت کم باید مورد استفاده قرار گیرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

بانک اطلاعات مشاغل مجموعه