تولید بتن سبک الیاف دار با نخاله‌های ساختمانی و شیشه بازیافتی

چکیده

امروزه با گسترش روز افزودن ساخت و سازها در صنعت ساختمان، شاهد تخریب ساختمان‌های موجود در کشور و برداشت بی رویه معادن خدادای هستیم، که این موضوع باعث تخریب ناخواسته محیط زیست خواهد شد. درحالی که الزامات توسعه پایدار در هر کشوری زمینه استفاده از نخاله‌های ساختمانی و سایر دور ریزهای آن مانند شیشه را در ساخت مصالح جدید مانند بتن ضروری می‌سازد. از طرفی قرارگیری کشور ایران در کمربند زلزله و به کار گیری سازه‌های مقاوم در برابر زلزله با وزن کم، شکل‌پذیری و مقاومت بالا همواره مورد توجه بوده است. در این تحقیق سعی شده است از بتن سبک الیاف‌دار که از دانه‌های سبکدانه لیکا، نخاله‌های ساختمانی و شیشه بازیافتی به عنوان فاز سنگدانه و از سیمان، مواد افزودنی و آب به همراه الیاف پلی پروپیلن که نوعی پلیمر مصنوعی هیدروکربنی است با درصدهای مختلف جهت حفظ انسجام و جلوگیری از گسیختگی ترد بتن، به عنوان فاز ملات استفاده شد. که این موضوع توسط محققان زیادی از جمله داو و هانات به اثبات رسیده است. در این زمینه طرح اختلاط‌های مختلفی براساس آیین نامه BS جهت تولید بتن سبک الیاف‌دار با مصالح تشکیل دهنده ارائه شده است. که در بهنیه‌ترین شیشه (40 گرم)، سیمان (1285گرم)، آب (471 گرم)، الیاف پلی پروپیلن تک رشته‌ای نازک (20 گرم)، میکروسیلیس (60 گرم)، روان ساز (از نوع HE200 فوق روان کننده زود سخت کننده 30^cc)، نتایج به دست آمده نشان داد، میانگین نمونه‌ها در سن 7 روز دارای وزن مخصوص 1770 gr/Cm³ و مقاومت فشاری 28/5 مگاپاسکال می‌باشد.

مقدمه

افزایش روز افزون جمعیت در دنیا از یک طرف و نیاز شدید به تأمین احتیاجات اولیه انسان از جمله نیاز به مسکن از سوی دیگر موجب توسعه و افزایش فعالیت‌های عمرانی شده است حجم بالای نخاله‌های ساختمانی ناشی از این فعالیت‌های عمرانی باعث ایجاد مشکلات زیادی از جمله معضلات زیست محیطی و … شده است.

محدودیت منابع طبیعی خدادادی و حفظ محیط زیست برای نسل آینده محققان را برآن داشته است تا نسبت به حفاظت از معادن تحقیقات ویژه انجام دهند که در این تحقیق سعی شده است از نخاله‌های ساختمانی به عنوان مصالح جایگزین در بتن استفاده شود.

همانطور که می‌دانیم وزن بالای بتن در سازه‌های بتنی و قرارگیری کشور عزیزمان در کمربند لرزه‌ای و نیاز مبرم به سبک‌سازی سازه‌ها به جهت کاهش اثر زلزله، طرح اختلاط بتن سبک که در آن مقاومت فشاری با بتن معمولی یکسان باشد مورد توجه قرار گرفته است نکته دیگر در بتن سبک حائز اهمیت است رفتار ترد و شکننده می‌باشد که موجب شکست ناگهانی و فرو ریختن سازه‌های بتنی در هنگام زلزله خواهد شد که یکی از راهکارهای مقابله با ترد شکنی استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بتن می‌باشد.

در این تحقیق سعی شده است از بازیافت نخاله‌های ساختمانی و شیشه به همراه مصالح سبکدانه لیکار و الیاف پلی پروپیلن طرح اختلاط بتنی ارائه داد که در آن حفاظت از محیط زیست به جهت کاهش برداشت از معادن در راستای توسعه پایدار و همچنین تولید بتن سبک الیافی مرغوب به جهت کاهش وزن بتن و ترد شکنی با مقاومت فشاری یکسان با بتن معمولی در راستای ارتقاء صنعت بتن گام موثری برداشت.

مصالح مصرفی و مشخصات مربوط به آن‌ها

در این تحقیق از شیشه که یک قلیایی غیر پایدار است به عنوان یک ماده بازیافتی استفاده شده است. شیشه در محیط می‌تواند باعث به وجود آمدن مشکلات ناشی از واکنش قلیایی- سیلیسی ASR شود. این ویژگی به عنوان یک مزیت در خرد کردن شیشه و استفاده از آن به عنوان یک ماده پوزولانی در بتن می‌تواند مطرح شود. البته رفتار دانه‌های بزرگ شیشه در واکنش قلیایی در آزمایشگاه را نمی‌توان با رفتار واقعی پودر شیشه در جهت کمتر کردن اثر این واکنش شود. مناسب‌ترین پیشگیری می‌تواند با استفاده از یک ماده پوزولانی مناسب مانند خاکستر بادی، سرباره کوره آهن‌گدازی و یا میکروسیلیس با نسبت مناسب در مخلوط بتن انجام گیرد. حساسیت شیشه به مواد قلیایی این حدس را به وجود می‌آورد که شیشه درشت و فیبر شیشه می‌تواند اثر واکنش تفاله‌های کوره‌های بلند یا سیلیکات فوم SF را کم و یا محو کند هر چند استفاده از پودر شیشه GLP می‌تواند مانند یک ماده پوزولانی و در جهت کاهش اثر واکنش سنگدانه‌ها ASR عمل کند. در این تحقیق برای ساخت نمونه‌ها به میزان 3 درصد وزنی سیمان از پودر شیشه عبور کرده از الک نمره 100 و مانده روی الک نمره 200 و از سیمان تیپ 425-1 با چگالی دانه 3.1 gr/Cm³، میکروسیلیس با چگالی دانه‌ای gr/Cm³ 2، فوق روان کننده زود سخت کننده، الیاف پلی پروپیلن با چگالی 0.91 gr/Cm³ طبق جدول شماره 1، لیکا به عنوان مصالح سبکدانه با جذب آب نیم ساعته 9.5 درصد و جذب آب 24 ساعته 12.52 درصد و همچنین از بازیافت نخاله‌های ساختمانی (بتن، آجر، موزاییک، کاشی) به عنوان جایگزین مصالح سنگی در طرح اختلاط بکار برده شده است.

روند انجام آزمایش

در آزمایشگاه دانشگاه اشراق 6 طرح اختلاط بتن سبک ارائه گردید و به این 6 مورد نخاله‌های ساختمانی بازیافت شده و پودر شیشه به میزان برابر به هر یک از این طرح‌ها اضافه گردید. و در ادامه به منظور عمل‌آوری نمونه‌های بتن سبک الیافی ساخته شده از بازیافت نخاله‌های ساختمانی و پودر شیشه بعد از ساخت، به مدت زمان 24 درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند. و بعد از 7 روز از مخزن بیرون آورده شده و در دمای محیط آزمایشگاه قرار گرفت و در ادامه چگالی نمونه‌های مکعبی 10cm اندازه‌گیری شده و مقاومت فشاری آن‌ها با جک بتن شکن مورد آزمایش قرار گرفت که نتایج همراه با 6 طرح اختلاط در جدول ذیل آمده است.

نتایج آزمایش ها و تجزیه وتحلیل آن‌ها

در این تحقیق 6 طرح اختلاط بتن سبک الیافی ارائه شده است، که از بازیافت نخاله‌های ساختمانی و پودر شیشه به جای مصالح سنگی به کار برده شده است. در طرح 6 ارائه شده مشاهده گردید که با کاهش نسبت آب به سیمان و استفاده از مواد افزودنی فوق روان کننده می‌توان بتنی با مقاومت فشاری بالا نسبت به طرح‌های دیگر ساخت. استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن به همراه دیگر مصالح مصرفی در این تحقیق نشان داد که باعث کاهش اسلامپ بتن شده و مخلوط بتن تازه را بسیار چسبنده می‌کند و در هنگام فرآیند اختلاط حرکات برشی مواد سازنده بتن باعث جدا شدن الیاف دسته‌ای از همدیگر شده به گونه‌ای که به علت سطح مخصوص زیاد خواص مکانیکی سیمان را بهبود می‌بخشد که وجود الیاف باعث جلوگیری از رشد ترک‌ها می‌شود و از طرفی با اعمال تنش کششی، الیاف این تنش‌ها را پخش می‌کند که پس از بارگذاری و شکست نمونه‌ها مشاهده گردید به دلیل وجود الیاف، اانسجام و یکپارچگی بتن حفظ شده و باعث افزایش شکل‌پذیری بالای نمونه بتنی می‌باشد و به عبارتی این ویژگی باعث جلوگیری از تردشکنی نمونه در اثر بازگذاری خواهد شد. و از سوی دیگر وجود پودر شیشه منجر به سطح زبر و افزایش مقاومت ملات سیمان شده که تأثیر بسزایی در افزایش مقاومت بتن شده است به گونه‌ای که نتایج مقاومت فشاری هر طرح از میانگین‌گیری حداقل 3 نمونه بتن (سن 7 روزه) در نمودار شکل 1 ارائه گردیده است.

نتیجه‌گیری

در این مطالعه با بررسی نتایج آزمایشگاهی و جمع‌‌بندی آن‌ها نتایج به شرح ذیل می‌باشد:

1. مقاومت نمونه‌های بتنی در طرح اختلاط شماره 6 بیشترین مقاومت را کسب نموده است که می‌توان در صنعت ساختمان استفاده نمود.
2. استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن به میزان 1/5 درصد وزنی سیمان و پودر شیشه به میزان 3 درصد وزنی سیمان به طرح اختلاط شماره 6 عملکرد مناسبی نسبت به دیگر طرح‌ها براساس مقاومت به وزن نمونه داشته است.
3. استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن باعث افزایش جذب انرژی بتن میشود و بتن حاوی این الیاف در طرح شماره 6 میزان شکل‌پذیری بتن با توجه به شواهد افزایش خواهد یافت.
4. با افزودن الیاف، مکانیسم شکست از حالت گسیختگی ترد و ناگهانی به حالت گسیختگی نرم تغییر می‌یابد.
5. با استفاده از نخاله‌های ساختمانی و پودر شیشه در طرح شماره 6 که بیشترین مقاومت فشاری را از خود نشان داده است می‌توان به جهت حفاظت از محیط زیست و توسعه پایدار گام موثری برداشت.

منبع: انجمن بتن ایران