برچسب: شیشه

چکیده

بتن به عنوان یکی از مصالح مصرفی ساخت بشر جایگاه ویژه‌ای در بین مهندسین عمران دارد و در سراسر جهان به دلیل افزایش هزینه های دفع، نگرانی های زیست محیطی با توجه به توسعه پایدار استفاده از ضایعات شیشه در سیمان و بتن علاقه زیادی به خود جلب کرده است. شیشه حاوی مقادیر خیلی زیادی سیلیس و کلسیم است که امکان استفاده از آن را در تولید سیمان پرتلند و بتن فراهم کرده است. استفاده از شیشه خرد شده به عنوان سنگدانه برای بتن تاثیر منفی برخواص مکانیکی و دوام دارد. نگرانی اصلی برای استفاده از شیشه خرد شده به عنوان سنگد انه برای بتن یا سیمان پرتلند، ترک خوردگی و انبساط ناشی از واکنش قلیایی سیلیسی (ASR) ضایعات شیشه در بتن است. شیشه ضایعاتی می‌تواند به صورت درشت دانه، ریزدانه و یا پودر شیشه در بتن استفاده شود که وجود شیشه ضایعاتی به عنوان ریزدانه و درشت د انه می‌تواند باعث ایجاد واکنش ASR شده و وجود پودر شیشه در بتن می توانند اثر ASR را کاهش دهد. با توجه به تحقیقات گذشته نتایج بدست آمده نشان می‌دهد درصد جایگزینی بهینه شیشه خرد شده ضایعاتی به عنوان ریزدانه در بتن تا 30 درصد می‌باشد و در نسبت بیش از 30درصد، شیشه خرد شده ضایعاتی تاثیر منفی برخواص بتن می‎‌گذارد. تحقیقات نشان می‌دهد که با استفاده از پودر شیشه با درصد بهینه امکان دستیابی به بتن با مقاومت های بالا و دوام مناسب می‌باشد.

برای دیدن همه محصولات آتروپات به سایت ما سر بزنید.

1.مقدمه

بتن به عنوان پر مصرف ترین مصالح ساختمانی در ساخت و ساز از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. نیاز تولید مصالح اولیه برای ساخت بتن ، باعث کاهش ذخایر سنگدانه های طبیعی و افزایش آلایندگی حاصل ازتولید سیمان می‌گردد. در حال حاضر سالانه بیش از 10 میلیارد تن بتن در سال در جوامع صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و این میزان استفاده تا سال 2050 در حدود 18 میلیارد تن در سال پیش بینی می‌شود که باعث مصرف بالای مواد مواد طبیعی و انرژی، افزایش دمای اتمسفر زمین و انتشار گاز دی اکسید کربن در اثر تولید سیمان می‌شود. در این راستا اهمیت به توسعه پایدار برای کاهش خطرات زیست محیطی مورد توجه قرار می‌گیرد.

بر اساس تعریف سازمان ملل، توسعه پایدار به معنی «برآوردن نیازهای نسل حاضر بدون به خطر انداختن قابلیت های نسل آینده به گونه ای که نیازهای نسل کنونی نیز به مخاطره نیافتد» می‌باشد. در راستای این مفهوم، یکی از گام های اولیه، استفاده بهینه از مواد و مصالح محدود موجود در طبیعت است به نحوی که بتوان حداکثر مقاومت و دوام را بدست آورد. مقدار سیمان زیاد بتن ها باعث افزایش آلایندگی دی اکسید کربن (CO2) در اتمسفر(5 تا 7 درصد)، مصرف زیاد انرژی (1/4 گیگاژول در یک تن سیمان پرتلند) و ایجاد گازهای گلخانه ای می‌شود که مجموعه این عوامل در راستای اهداف توسعه پایدار تعریف گردد. بنابراین ضروری است تا به موضوع کاهش اثرات مخرب در بتن بیش از پیش پرداخته شود.

سازمان ملل در برنامه محیط زیستی خود دو راهکار کلی ارائه داده است که عبارتند از: استفاده از مواد جایگزین سیمان و افزایش دوام و عمر مفید سازه ها از سوی دیگر، نگرانی های روبه رشد زیست محیطی و کمبود فضا برای دفن زباله باعث ترویج بازیافت و استفاده ازآن شده است.

استفاده از مواد ضایعاتی در مصالح ساختمانی به خصوص بتن به دلیل اهمیت حفظ محیط زیست، کاهش آلودگی ها، کاهش برداشت از مصالح سنگی و نیز احتمال بهبود خصوصیات مکانیکی و فیزیکی بتن، همواره مد نظر بوده است. دراین میان استفاده از ضایعات شیشه در انواع مختلف، در دودهه قبل مورد توجه و مطالعه محققین قرار گرفته است. در سال های اخیر به دلیل گسترش صنعتی شدن و بهبود استاندارهای زندگی، مقدار زباله های شیشه ای در حال افزایش می‌باشد. اکثر این ضایعات به علت عدم وجود شرایط مناسب جمع آوری،قابل بازیافت نبوده و باعث ایجاد اتلاف در منابع طبیعی و آلودگی زیست محیطی می‌شود.

شیشه می‌تواند چندین بار بدون تغییر در خواصش بازیافت شود و دوباره برای تولید شیشه استفاده گردد. اثر این عملکرد بستگی به شیوه جمع آوری و جد اسازی شیشه‌ها با رنگ‌های مختلف دارد. اگر شیشه را نتوان جداسازی کرد و چنانچه رنگ‌های مختلفی وجود د اشته باشد نمیتوان بازیافت کرد و باید از ان در مصارف دیگر مثل بتن استفاده کرد.

ضایعات شیشه به عنوان درشت دانه، ریزدانه همچنین پودر یا مواد جایگزین سیمان می‌تواند به بتن اضافه گردد و واکنش های متفاوتی با ترکیبات بتن داشته که بر کیفیت بتن تاثیر می‌گذارد. تحقیقا ت گذشته نشان می‌دهد کاربرد شیشه به عنوان بخشی از درشت دانه مناسب نمی‌باشد زیرا واکنش شیمیایی مخرب قلیایی سیلیسی رخ می‌دهد. در حالی که پودر شیشه و یا پوزولان‌های دیگر میتواند انبساط ناشی از واکنش قلیایی سیلیسی را در بتن ‌های حاوی سنگدانه های واکنش‌زا و خرده شیشه را متوقف کند.

ضایعات خرده شیشه با اندازه‌های مطابق استاندارد شن و ماسه در ساخت راه‌ها و ساختمان ها برای ساخت کاشی، آجر و بلوک مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین محققان بیان نمودند که استفاده از شیشه بسیار ریز شده در بتن می‌تواند مزایای اقتصادی مناسبی را به همراه داشته باشد. بنابراین لازم است که اثر دانه بندی، ابعاد و درصد استفاده از مواد شیشه ای در بتن مورد بررسی قرار گیرد تا بهینه‌ترین و کارآمدترین ترکیب بدست آید. بدین منظور در این مقاله بر اساس مطالعات و آزمایش‌های محققین‌ پیشین به بررسی خواص انواع شیشه‌ و ضایعات حاصل از آن و امکان استفاده از شیشه‌ها با دانه بندی و اندازه‌های مختلف در بتن برای کسب خواص مکانیکی متفاوت پرداخته شده است.

در شکل 1 نمونه‌هایی از ضایعات شیشه مورد استفاده در بتن قابل مشاهده می‌باشد.

2. مشخصات و ویژگی‌های شیشه

اولین تولیدات شیشه در بین النهرین در حدود 3000سال قبل از میلاد و اولین ظروف شیشه‌ای حدود 1500 سال قبل از میلاد ساخته شد که در آن زمان به علت کیفیت پایین تر خاک رس،حرارت کم و کوره های کوچک، ساخت شیشه پرهزینه و بی‌کیفیت بود. اختراع نیچه بوری تولید شیشه را راحت تر و سریع‌تر کرد و در سترس عموم قرار داد. شیشه بی‌رنگ اولین بار، در طول قرن اول بعد از میلاد از طریق اکسید منگنز ظهور پیدا کرد و در سال 1674 جورج راونسکروف، شیشه ساز انگلیسی با استفاده اکسید سرب درمواد خام با مقادیر زیاد، شیشه سربی را بوجود آورد. در سال 1910 شیشه سه لایه با روش ورقه ورقه کردن توسط محقق فرانسوی تولید شد. روند پیشرفت تولید شیشه به سرعت صرت گرفت تا امروزه تولید شیشه در انواع مختلف انجام شود.

بر اساس تعریف استاندارد آمریکا شیشه ماده ای غیر آلی است که از حالت مذاب به صورتی سرد می‌شود که بدون تبلور به صورت صلب یه دست می‌آید. امروزه شیشه ها از نظر ترکیب و خواص تنوع بسیاری دارند.

اشکال مختلفی از شیشه بر حسب ترکیب شیمیایی و مواد افزودنی استفاده شده تولید می‌شود که عمده‌ی آنها شیشه سودا آهکی، سربی و بوروسیلیسکات می‌باشد. مانند سیلیس شیشه، سیلیکات قلیایی، شیشه های سودا آهکی (بطری، شیشه درب و پنجره، لامپ)،شیشه بورسیلیکات (لوازم آزمایش‌های شمیایی، مواد د ارویی و عایق کردن تنگستن)، شیشه سربی (جداره داخلی تلویزیون رنگی، ریسه نئونی، قطعات الکترونیکی و عدسی متراکم نوری) ،شیشه باریم (پانل تلویزیون رنگی و عدسی متراکم بایمی) شیشه آلومینیوسیلیکات (لوله احتراق، فایبرگلاس و پایه های مقاومت الکتریکی) این شیشه ها درسه رنگ متفاوت،عمدتاسبز، قهوه ای و بی رنگ تولید می‌شود.نمونه ترکیبب های شیمیایی مختلفی برای تولید شیشه با کاربردهای متفاوت در جدول 1 ذکرشده است.

صنعت شیشه مقدار زیادی از منابع طبیعی زمین را به عنوان مواد خام استفاده می‌کند. برآورد شده است که برای تولید یک کیلوگرم از سطح صاف شیشه 1/73 کیلوگرم مواد خام و 15% متر مکعب آب مصرف می‌شود و همچنین تولید هرتن محتوی شیشه 1/2 تن از مواد خام گران را مصرف‌ می‌کند. بدین منظور بازیافت و استفاده مجدد از مزیت‌های محیط زیستی و اقتصادی دارد. میزان بازیافت ضایعات شیشه در تمام جهان نسبتا کم و عمدتا متمرکز بر بخش ظروف و بسته بندی است. در ایالات متحده 11/5 میلیون تن از ضایعات شیشه در سال 2010 تنها با نرخ بازیافت 27% تولید شده است. در حالیکه کل ضایعات شیشه در کشورهای عضو اتحادیه اروپا در سال2008 تنها با نرخ بازیافت 60% حدود 4/1 میلیون تن تخمین زده شده است.

منبع: انجمن بتن ایران