اثر پسماندهای حاصل از سوخت زباله‌های شهری روی نفوذپذیری بتن(استفاده از زباله در ساخت بتن)

سیده صبا ابوطالبی- دانشجوی کارشناسی مهندسی عمران- دانشگاه پارس

 Sabaaboutalebi76@gmail.com

زکیه امامی- دانشجوی کارشناسی مهندسی عمران- دانشگاه پارس

 Emamizakie@gmail.com    

چکیده:

امروزه دو مسأله ای که در زمان‌های پیشین نیز مورد توجه مهندسین بوده است اهمیت بسیار زیادتری پیدا کرده است. این دو مسأله یکی بحث اقتصاد و دیگری موضوع محیط زیست می‌باشد، بگونه ای که انجام طرح‌ها و تحقیقات جدید در اکثر موارد جدا از مسأله فنی و علمی، رویکردی کاملاً محسوس به مسائل اقتصاد ومحیط زیست دارند. در این مقاله اشاره خواهد شد که یکی‌ از راه‌های جلوگیری از‌ آلوده شدن محیط‌زیست،ساخت بتن از مواد زائد است. با پیشرفت علم در تولید مصالح، مصالح نوین درحال جایگزین شدن با مصالح قدیمی هستند. این تحقیق که به صورت آزمایشگاهی انجام شده است شامل استفاده از خاکستر حاصل از سوختن زباله های شهری به صورت درصدی از وزن سیمان در ساختار چندین طرح مخلوط بتن می‌باشد. نتایج بدست آمده رابطه بین نفوذ پذیری بتن و درصدهای مختلف خاکستر زباله استفاده شده را نشان می دهد که با نفوذپذیری بتن معمولی ساخته شده با همان طرحهای مخلوط (نمونه های شاهد) مقایسه شده و نتیجه گیری نهایی صورت گرفته است. ضمناً سعی شده است که یک درصد مناسب و بهینه برای میزان خاکستر زباله مورد مصرف در بتن برای کاهش نفوذ پذیری بدست آید. در انتهای آزمایش نتایج مهمی از جمله موارد ذیل بدست آمده است:

• افزودن خاکستر زباله به بتن به هر میزان سبب کاهش مقاومت فشاری بتن می‌شود. این کاهش تقریبا خطی با شیب ثابت است.
• افزودن خاکستر زباله به بتن به هر میزان سبب کاهش نفوذپذیری بتن می‌شود لیکن بر اساس نتایج حاصله، وقتی مقدار خاکستر از مرز 22 %وزنی مصالح ریز عبور می کند افزایش بیشتر خاکستر اثر زیادی بر نفوذپذیری نداشته و توجیه فنی و اقتصادی ندارد.

کلمات کلیدی:

بتن، نفوذ پذیری، خاکستر زباله، محیط زیست، اقتصادی

مقدمه:

شاید بتوان گفت اولین مشکل محیط‌زیست، زباله‌ها می‌باشند و پیرو آن روش‌ها و راه‌کارهایی که برای نابود کردن زباله‌ها پیشنهادشده و موردبررسی قرار می‌گیرد، یکی از اساسی‌ترین مسائل دانشمندان است. روش‌هایی که تابه‌حال برای دفع زباله به کار رفته است را می‌توان به‌طور خلاصه در چهار دسته خلاصه نمود (ابراهیمی،1389):

الف- بازیافت زباله: این روش را نمی‌توان یک روش کامل دانست زیرا مواد زائد غیرقابل بازیافت ساده در زباله‌ها وجود دارند. مهم‌ترین هدف در بازیافت، جداسازی مواد باارزش از داخل زباله و تبدیل آن به مواد اولیه می‌باشد.

ب- کمپوست یا کود گیاهی: در این روش فاکتور زمان عامل مهمی در محدودیت‌هاست و کنترل بو و بهداشت محل، تأمین اکسیژن لازم، نیاز به وجود رطوبت حدود 50 %در توده کمپوستی، رعایت دمای حدود 60 درجه سانتی‌گراد در محل، همگن بودن تقریبی زباله‌ها، وجود مواد آلی در آن‌ها و ضرورت ریز کردن زباله‌ها برای افزایش سطح مخصوص نیز سبب می‌گردند کاربرد این روش محدود گردد.

ج- دفن بهداشتی: دفن بهداشتی زباله یعنی انتقال مواد به محل دفن و پنهان کردن آن‌ها در خاک یک روش کاملاً قابل‌قبول و مطمئن برای دفع زباله‌های شهری است به شرطی که بحث ایزوله سازی محل برای ممانعت از نفوذ شیرابه به آب‌ها و خاک اطراف به‌خوبی صورت گیرد.

د- سوزاندن زباله: روندی است که طی آن با سوختن مواد زائد، حجم یا وزن آن‌ها کاهش‌یافته و به‌صورت خاکستر یا به شکل مواد کم‌ضرر درمی‌آیند. با توجه به اینکه تقریباً بیشتر مواد زائد می‌سوزند و گازهای تولیدشده نیز بی‌ضرر هستند استفاده از این روش دفع زباله امکان‌پذیر است. مشکلاتی که سبب شده این روش متداول نشود را می‌توان به شرح زیر برشمرد:

سرمایه‌گذاری و هزینه اولیه بالا و همچنین بالا بودن هزینه نگهداری و تعمیرات

ایجاد دود و آلودگی هوا و اعتراضات محیط زیستی

استفاده از زباله سوزها نیاز به پرسنل متخصص دارد.

در مورد برخی مواد که قابلیت انفجار دارند یا با حرارت تولید سم می‌نمایند کاربرد ندارد.

مصالح جدید مورداستفاده:

همان‌طور که اشاره شد یکی از روش‌هایی که برای خالصی از دست زباله‌ها موردتوجه است، سوزاندن و تبدیل آن‌ها به خاکسترمی‌باشد.

بر اساس آمار پژوهشگران محیط‌زیست، به ازای هر تن زباله سوزانده شده حدود2/0 تا4/0 مترمکعب خاکستر و کمتر از یک مترمکعب فاضلاب تولید می‌شود. لذا در ایران که تولید سرانه زباله حدود 800 گرم برآورد و محاسبه‌شده است انتظار تولید روزانه بیش از 55000 تُن مواد زائد می‌رود و نتیجه اینکه سوزاندن زباله‌ها و استفاده از خاکستر تولیدشده به نظر مناسب می‌آید.بدیهی است از این طریق می‌توان به میلیون‌ها کیلو انرژی دست‌یافت. کشورهایی مانند فرانسه، سوئیس و ژاپن در این طرح پیشگام هستند. انرژی تولیدی در یک نیروگاه درصورتی‌که زباله قابل‌احتراق استفاده گردد معادل انرژی حاصل از 120000 تن نفت در سال می‌باشد. به‌منظور حصول سوختی هر چه تمیزتر، پیش از سوزاندن زباله، زباله‌های غیرقابل‌احتراق جداشده و تا حد امکان له می‌شوند تا سوختی تمیزتر به دست آید. تبدیل زباله به نیرو امروزه بخش مهمی از سیاست انرژی بازیافتی اروپاست و اقبال به آن همواره بیشتر شده است.(ابراهیمی،1389)

نفوذپذیری بتن:

نفوذپذیری بتن و سرعت انتقال مواد از میان بتن بستگی به ساختار بتن دارد و عواملی مثل میزان آب به سیمان، استفاده از مواد افزودنی بتن، استفاده از مواد هوازا در بتن، عمل‌آوری، میزان سیمان، دانه‌بندی، مقدار ریزدانه و… بر میزان نفوذپذیری تأثیر می‌گذارند. به عبارتی هر عاملی که خلل و فرج داخل بتن را متأثر سازد نفوذپذیری را تغییر خواهد داد. با افزایش مواد ریزدانه داخل بتن فضای خلل و فرج داخلی کمتر شده و نفوذپذیری کاهش پیدا می‌کند. اضافه کردن میکرو سیلیس در بتن با مقاومت بالا تغییرات قابل‌ملاحظه‌ای در زیر ساختار ناحیه انتقال بتن به وجود می‌آورد و بتن‌ها با مقاومت بالا دارای میکرو سیلیس متبلور و متخلخل نیستند. یک از ویژگی‌هایی که سبب کاهش نفوذپذیری می‌شود همگن‌تر بودن ریزساختار است به عبارتی وقتی مقدار ذرات بسیار ریز بدون اینکه مقدار آب به سیمان تغییر کند، افزایش پیدا می‌کند سبب کم شدن نفوذپذیری می‌شود(مومنی،1394).

بر اساس پژوهش‌هایی که تاکنون انجام‌شده است ازنظر تئوری اگر نسبت w/cبرابر 0.38 باشد تمام فضاهای موئین توسط ژل سیمان پرشده و حجم فضاهای ژل به %28 می‌رسد، چنانچه نسبت فضاهای ژل به فضاهای موئین بزرگ‌تر شود. نفوذپذیری به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. همچنین اگر نسبت آب به سیمان به 0.7 برسد نفوذپذیری به بیشترین مقدار خود خواهد رسید. کاهش نفوذپذیری جدا از بحث فنی نیاز به نفوذناپذیری بتن می‌تواند سبب افزایش دوام و مقاومت در برابر نفوذ دی‌اکسید کربن و یون کلر وسایر عوامل مخرب گردد. (نعمتی،شکرچیزاده،1391)

مطالعاتی که تاکنون روی بتن انجام‌شده، بیشتر شامل کاربرد خاکستر موادی غیر از زباله بوده است که تأثیر خاکستر مواد مختلف به‌ویژه خاکستر بادی را روی مشخصات بتن بررسی نموده‌اند. در مورد خاکستر به‌دست‌آمده از زباله سوزها نیز پژوهش‌هایی صورت گرفته که اثر این خاکستر را بر بتن حاوی آن بررسی نموده‌اند. امروزه بیشتر بتن‌ها با افزودن مواد افزودنی به ترکیب آن‌ها ساخته می‌شوند. کاربرد افزودنی‌های مختلف از قبیل پوزالان طبیعی، خاکستر بادی، دوده سیلیسی، پرکننده آهکی، در مقایسه با سایر افزودنی‌ها معمول‌تر می‌باشند. اگرچه مزایای فن و اقتصادی، دلیل اصلی استفاده از این افزودنی‌های معدنی بوده ولی در اکثر موارد (به‌ویژه خاکستر بادی) جلوگیری از آلودگی محیط‌زیست به‌وسیله مصرف مواد زائد دفعی دارای اهمیت بیشتری است. (مومنی،1394).

در این تحقیق خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌های مختلف به‌صورت پودر درآمده و به‌جای بخشی از ریزدانه در ساخت بتن به‌کاررفته است. این امر هم نفوذپذیری بتن را کاهش می‌دهد و هم باعث پاک‌سازی محیط‌زیست می‌شود. در حال حاضر در بیشتر حجم بتن‌ریزی‌ها در تهران از بتن آماده استفاده می‌شود و زباله‌ها نیز توسط ماشین به بیرون شهر حمل شده و دفن می‌شوند لذا کافی است به‌جای این کار و حمل و دفن زباله‌ها آن‌ها را سوزانده و خاکسترشان به کارخانه‌های بتن تحویل گردد (مومنی،1394).

روش انجام پژوهش:

در این مقاله مسئله کاربرد خاکستر حاصل از سوخت زباله‌ها برای تأمین بخشی از سنگدانه موردنیاز بتن و خواص بتن حاصل از این کار موردبررسی قرارگرفته است. برای انجام پژوهش که به‌صورت آزمایشگاهی انجام‌شده است، زباله‌های شهری سوزانده شده و سپس خاکستر حاصله در ساخت بتن مورداستفاده قرارگرفته است. در سنین  7و 28 روز بتن مورد آزمایش مقاومت فشاری قرارگرفته و در سن 28 روز آزمایش نفوذپذیری روی بتن انجام‌شده است.

نمودار دانه‌بندی خاکستر مورداستفاده در شکل 1 نشان داده‌شده است. بر اساس این نمودار حدود 90 %ذرات خاکستر اندازه‌ای درحد سیلت دارند و تنها 10 %دانه‌ها در قسمت ماسه قرار می‌گیرند. بتن مورد آزمایش دارای شن و ماسه تهیه‌شده از شهریار بوده و مقدار آب به سیمان برابر 0.48 با عیار سیمان 380 کیلوگرم در هر مترمکعب در نظر گرفته‌شده است. مقدار خاکستر مورداستفاده در حدود 5،10،15،20،25 و 30 درصد وزنی سیمان بوده و جایگزین ماسه گردیده است. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که خاکستر مذکور قابلیت کاهش نفوذپذیری بتن را داشته و در صورت استفاده به میزان مناسب اثر منفی روی مقاومت نخواهد داشت. ضمناً وزن مخصوص زباله بعد از سوزاندن حدود 24 ٪کمتر می‌شود. آزمایش PH و میزان کلر و سولفات و مواد محلول هم‌روی آب‌گذشته از بتن در آزمایش نفوذپذیری انجام گردید تا از سلامت آب اطمینان حاصل شود (مومنی،1394).