1.2 . بتن و بتن سبز
بتن به عنوان پرمصرف ترین ماده ساخته دست بشر در نظر گرفته می شود و بتن سیمانی پرتلند (PCC) یک ماده رایج و پرکاربرد در فعالیت های ساختمانی در سراسر جهان است. با این حال، سیمان 10-15٪ از حجم PCC را تشکیل می دهد. تولید جهانی سیمان در سال 2022 به 1/4 میلیارد تن رسید ( گارساید، ام، 2019 ) و برآورد میشود که تقاضای جهانی برای فعالیتهای ساختمانی را در دهههای آینده به طور مداوم افزایش دهد ( اشنایدر و همکاران، 2023 ). این نشان میدهد که میانگین مصرف سرانه سیمان در سالهای آینده به دلیل افزایش ساختمانها و پروژههای زیربنایی در سراسر جهان افزایش خواهد یافت ( Miller et al., 2018a , Miller et al., 2018b ). تولید سیمان نزدیک به 7 درصد در انتشار گازهای گلخانه ای انسانی، حدود 8 درصد از CO 2 جهانی ( Scrivener et al., 2018 ) نقش داشته و انتظار می رود در صورت عدم اتخاذ اقدامات کاهشی، تا سال 2050 تا 40 درصد افزایش یابد ( اشنایدر و همکاران) .، 2023 ). در حالی که یک تن سیمان تقریباً 0.9 تن ردپای کربن ایجاد کرد. سیمان به دلیل مصرف انبوه و گسترده آن، دومین ماده آلاینده در سطح جهان محسوب می شود ( هابرت و همکاران، 2020 ؛ آژانس بین المللی انرژی، 2016).
بنابراین، کربن زدایی صنعت بتن و سیمان به عنوان یک محرک زمانی که سیمان تقریباً بیش از 70 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای صنعت ساخت و ساز را تشکیل می دهد، حیاتی شد ( Miller et al., 2018a , Miller et al., 2018b , Habert et al., 2020 ; Miller. و همکاران، 2016؛ اشنایدر و همکاران، 2011 ). مواد سیمانی تکمیلی (SCMs) یکی از مهم ترین راه حل ها برای از بین بردن اثرات زیست محیطی با کاهش مصرف کل سیمان و مصالح بتن می باشد . این به کاهش انتشار کل CO 2 تولید شده در طول تولید کلینکر کمک می کند ( Komkova and Habert, 2023 , Habert et al., 2020 , Barcelo et al., 2014 ). با این حال، صنعت سیمان در دهههای گذشته به دلیل تقاضای فزاینده برای مواد بتن در سرتاسر جهان رشد سریعی داشته است (Miller John et al., 2018; UNFCCC , 2015)، اما صنعت توصیه میکند که انتشار مستقیم GHG خود را حداقل 24 درصد در مقایسه با سطوح فعلی تا سال 2050 بیش از 50 درصد شانس نگه داشتن میانگین دمای جهانی زیر 2 درجه سانتیگراد را داشته باشد (IEA، 2016؛ اسی و همکاران، 2020 ، مولر و همکاران، 2014 ). با توجه به افزایش گسترده مصرف مواد خام برای اجزای CC مانند سیمان، آب و سنگدانه ها، کاهش منابع طبیعی آگاهی را به سمت مواد GC به عنوان یک راه حل پایدار سوق داده است.
1.2.1 . بتن سبز
بتن پایدار یک نقطه شروع ضروری است، فرصت هایی را در مراحل اولیه طراحی ارائه می دهد و جنبه های زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی پروژه های مسکونی را افزایش می دهد ( Marey et al., 2022 ).
GC به عنوان بتنی تعریف میشود که حاوی مواد بازیافتی در اجزای آن است یا/و فرآیند تولید سازگار با محیط زیست دارد و عملکرد بالایی در طول چرخه عمر ساختمان دارد ( Suhendro, 2014 , Sivakrishna et al., 2019 ). با توجه به افزایش گسترده مصرف مواد خام برای اجزای CC مانند سیمان، آب و سنگدانه ها، کاهش منابع طبیعی آگاهی را به سمت راه حل های پایدار سوق داده است. از این رو، در چند سال گذشته، مشاهده شد که نسل جدید کامپوزیت های GC با تولید مخلوط های بتن با SCM های مختلف مانند زباله های صنعتی، کشاورزی-کشاورزی و زباله های شهری افزایش یافته است. بنابراین، استفاده از بازیافت محصولات جانبی صنعتی مانند FA، از جمله آهکی و سیلیس، دوده سیلیس (SF) و سرباره کوره بلند دانهبندی شده زمینی (GGBFS) در بخش بتن یک انتخاب مناسب برای پایداری است ( Hemalatha & Ramaswamy، 2017). ). علاوه بر این، زباله های شهری جایگزین بازیافت، مانند زباله های ساخت و ساز و تخریب (CDW) و به عنوان بخشی از NA مجددا استفاده می شود، یک ماده سازگار با محیط زیست در نظر گرفته می شود ( Lothenbach et al., 2011 , Paris et al., 2016 ). به گفته محققان مختلف، استحکام ، دوام، کارایی و مقاومت در برابر آتش GC با بهینه سازی خواص مواد بازیافتی در هنگام استفاده به عنوان مواد سیمانی جایگزین برای کاهش انتشار اجزای CC افزایش یافت ( Cuenca-Moyano et al., 2023a , Yehia et al., 2015). , Aprianti and E. , 2017 , Golewski, 2018 ). با این حال، مقاومت فشاری مهمترین پارامتر مواد GC در نظر گرفته میشود که برای تعیین نوع و عملکرد بتن به نسبت بتن، نوع سیمان و خواص سنگدانه بستگی دارد. بنابراین، تنوع و در دسترس بودن مواد GC می تواند خواص مواد بتن را بهبود بخشد و هزینه نهایی پروژه را برای بخش ساختمان های مسکونی افزایش دهد ( Błaszczyński & Król، 2015 ). با مقایسه چندین ماده مختلف، گزارش شد که GC مواد سازگار با محیط زیست را با عملکردها و خواص مشابه CC در نظر می گیرد و می تواند اثرات منفی زیست محیطی را از نظر انتشار CO 2 ، منابع طبیعی و مقرون به صرفه بودن کاهش دهد. بنابراین، GC این پتانسیل را دارد که اصول اصلی CE را برآورده کند و به اهداف زیست محیطی و اقتصادی توسعه پایدار دست یابد ( لیو و همکاران، 2017 ، ژانگ و همکاران، 2019).). در نتیجه، هنوز جای زیادی برای روشهای نوآوری و توسعه وجود دارد که فرصتهایی را برای بهبود استفاده بتن از منابع طبیعی فراهم میکند.
1.2.1.1 . بتن بازیافتی سنگدانه (RAC)
بازیافت بتن راه حلی پایدار برای استفاده مجدد از CDW ارائه می دهد و به یک روش رایج در سراسر جهان تبدیل شده است. ایالات متحده به حدود 50 درصد از بقایای بتنی و قلوه سنگ های مخلوط رسیده است که جایگزین ارزشمندی برای بازیافت و استفاده مجدد به عنوان سنگدانه در نظر گرفته می شود. ( de Juan & Gutiérrez, 2009 ) بنابراین، استفاده از CDW، مانند مواد سنگدانه بازیافتی (RA) برای تولید بتن سنگدانه بازیافتی (RAC)، می تواند مزایای زیست محیطی و اقتصادی را افزایش دهد ( Al-Gahtani et al., 2017 , Liew et al. ، 2017 ). جایگزینی سنگدانه درشت طبیعی (NCA) در صورت جایگزینی با سنگدانه بتن بازیافتی (RCA) مقرون به صرفه می شود تا RAC تولید کند که پس از درمان مناسب و کنترل توزیع اندازه ذرات ، کیفیت RAC را برای حفظ مقاومت فشاری بتن افزایش می دهد ( Tam). و همکاران، 2018 ، المنصور و همکاران، 2019 ). به عنوان مثال ( El-Hawary et al., 2021 ) نشان داد که خواص مکانیکی بتن حاوی RCA به میزان 25% و 100% است که به ترتیب با کاهش 5% و 25% بر مقاومت مکانیکی تاثیر می گذارد و با بررسی کیفیت RAC افزایش می یابد. با جایگزینی کل NCA به مقاومت (35 مگاپاسکال) با نسبت ثابت آب به سیمان 0.48 برای تمام مخلوط های بتن (HBRC Arabic, 2007 , Rahal, 2007 , Thomas et al., 2013 ).
بنابراین، مصالح برای اهداف کلی کارهای ساختمانی، مانند روسازی و جادهها، در شرایط متوسط اعمال میشوند ( Błaszczyński & Król، 2015 ). برعکس، جایگزینی زیاد NA با RCA میتواند بر خواص مکانیکی بتن از نظر مقاومت خمشی ، تخلخل و جذب آب تأثیر بگذارد. در مقابل، جایگزینی به آرامی بر دوام تأثیر می گذارد و باید توسط همان مواد CC مورد توجه و ارزیابی قرار گیرد ( Duan et al., 2020 , Marvila et al., 2022 , Robalo et al., 2021 ). چالشهای مختلف قبلی برای خواص فیزیکی به دلیل تفاوتهای منطقهای قابلتوجه اجزای RA با آن مواجه بود. با این حال، بتن های حاوی کمتر از 50 درصد RCA مخلوط، مقاومت فشاری و خمشی به طور قابل توجهی تغییر نمی کنند ( کانترو و همکاران، 2021 ، جوزف و همکاران، 2022 ، پاچکو و دی بریتو، 2021 ).
در مورد استفاده از CDW بازیافت برای تولید ملات، ( Azevedo et al., 2020 ) خواص حالت های ملات سخت شده پس از جایگزینی جزئی و کلی ماسه طبیعی را ارزیابی و مورد بحث قرار داد و چهار مخلوط ملات را بررسی کرد. آنها دریافتند که اعمال CDW درجه تراکم را افزایش می دهد و مقاومت فشاری ملات را افزایش می دهد. با این حال، برای رسیدن به استانداردها و الزامات ملات، جایگزینی شن و ماسه طبیعی نباید از 25 درصد تجاوز کند تا از افزایش مصرف آب جلوگیری شود Colangelo et al., 2018 , Makul et al., 2021 , Marvila et al., 2022 , Azevedo et al. ، 2020 ). بنابراین، ویژگی ها و کاربردها به بررسی و توسعه بیشتری نیاز دارند، به ویژه در بخش ساختمان های مسکونی ( المنصور و همکاران، 2019 ) ( Błaszczyński and Król، 2015 ، Halahla و همکاران، 2019 ) ( de Juan and Gutiérrez, 2009 ، Shmlls و همکاران، 2023 )، ( Berndt، 2009 ).
1.2.1.2 . خاکستر بادی
زغال سنگ منبع مهمی برای تولید برق در سراسر جهان محسوب می شود. در نتیجه فرآیند احتراق آن باعث اثرات نامطلوب محیطی و تولید مقدار زیادی FA می شود. این به عنوان مواد فرعی از نیروگاه های مبتنی بر زغال سنگ ناشی از احتراق زغال سنگ تعریف می شود ( Golewski، 2018 ، Hemalatha and Ramaswamy، 2017 )، و استفاده از FA در بتن را در اواخر قرن بیستم آغاز کرد. علیرغم حرکت برای جایگزینی سوخت های فسیلی با منابع انرژی پایدار مانند باد، خورشید و بیوگاز ، اخیراً افزایش تقاضای انرژی منجر به اتکای شدید به نیروگاه های زغال سنگ در سراسر جهان شده است ( Oleksik et al., 2023 ). در نتیجه، مزایا و معایب به طور گسترده به عنوان گامی رو به جلو برای کاهش مشکل دفع زباله به دلیل افزایش استفاده از FA در زمینه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در صنعت بتن به عنوان جایگزین جزئی سیمان استفاده می شد که مقاومت فشاری و دوام را بهبود می بخشد. این به کاهش انتشار CO 2 و مصرف انرژی کمک می کند و یک راه حل تولید پاک برای حذف بهره برداری از منابع طبیعی در نظر گرفته می شود ( Deng et al., 2022 ). علاوه بر این، جایگزینی سیمان پرتلند معمولی (OPC) با FA تا حدی دفع زباله های جامد صنعتی را کاهش می دهد ، مصرف سیمان را کاهش می دهد و عملکرد بتن را افزایش می دهد. ( کوئنکا-مویانو و همکاران، 2023b ، Velenturf and Purnell، 2021 ). این باعث بهبود هزینه و حفظ منابع طبیعی در سطوح محلی، منطقه ای و جهانی می شود ( Hemalatha & Ramaswamy، 2017 ). بر اساس اصول اصلی CE که کاهش ضایعات را توصیه می کند، استفاده از FA یک گزینه پایدار در نظر گرفته می شود و با استفاده کارآمد از منابع برای بستن حلقه مواد از طریق فرآیند بازیافت مواد زائد و استفاده مجدد از آنها به عنوان مواد جدید، مزیت دایره ای را برای تولید بتن فراهم می کند. منابع ( Teixeira et al., 2016 ). بنابراین، FA می تواند جایگزین سیمان از 20% تا 60% در حجم کم و زیاد مصالح بتن شود و برای کاربردهای مختلف مناسب است ( Saldarriaga et al., 2022 ). بتن FA از نظر مقاومت طولانی مدت بالاتر از OPC است، بنابراین می توان از آن در چندین کاربرد مهندسی سازه استفاده کرد.
در همین حال، FA دارای معایبی است، مانند کیفیت متفاوت بر اساس منبع، واکنش پوزولانی کند، رنگ خاکستری تیره، افزایش هزینه های حمل و نقل و محدودیت در دسترس بودن و استفاده در مناطق روستایی و حومه شهر. بنابراین، در نظر گرفتن الزامات پروژه ساختمان مسکونی برای استفاده صحیح از FA و به کارگیری CE و پایداری در صنعت ساخت و ساز بسیار مهم است. بنابراین، میتواند از طریق کاهش استخراج و مصرف مستمر منابع طبیعی، امکان جداسازی شهرنشینی و رشد اقتصادی را فراهم کند و مدلی پایدارتر در بخش ساختمانهای مسکونی ارائه دهد. استفاده کارآمد از منابع برای بستن حلقه مواد از طریق فرآیند بازیافت مواد زائد با استفاده مجدد از آنها به عنوان منابع جدید مواد و به حداکثر رساندن ارزش آنها ( Teixeira et al., 2016 ). علیرغم واکنش پوزولانی آهسته، کمپینگهای بتن حاوی نسبت FA بالایی هستند که مقاومت فشاری را در مقایسه با مخلوط CC افزایش میدهد ( احمد و همکاران، 2021 ، هوانگ و همکاران، 2013 )، که نشاندهنده کاربرد برای استفاده در کاربردهای مسکونی است.
در سازه مسکونی، مقاومت فشاری بتن مورد نیاز برای کارهای سازه ای حدود 30 مگاپاسکال است و می توان آن را با FA با حجم بالا به عنوان جایگزین جزئی برای سیمان امکان پذیر کرد ( Hemalatha & Ramaswamy, 2017 ). علاوه بر این، افزودن FA و GGBS به RCA مقاومت فشاری بتن، ساختار منافذ اصلاح شده و کاهش انقباض خشک شدن را نسبت به CC افزایش داد ( Liu et al., 2023 ). در همین راستا، استفاده از درصدهای مختلف از دو نوع خاکستر بادی به عنوان جایگزین سیمان ثابت کرد که استفاده از محصولات جانبی یا ضایعات قابل استفاده به عنوان جایگزینی سیمان در بتن منجر به گزینه های پایدارتر و تولید بتن با عملکرد زیست محیطی بهتر می شود ( Teixeira et al. 2016 ). بنابراین، انتخاب FA در این تحقیق به دلیل نقش آن به عنوان یک ماده پسماند فرعی برای کاهش تولید زباله، استفاده از منابع تا زمانی که ممکن است و به حداکثر رساندن ارزش آنها می باشد. این یک گزینه پایدار در نظر گرفته می شود و کاملاً اصول اصلی CE را در بر می گیرد. علاوه بر این، الزامات خاص در بخش مسکونی، مانند پروژههای مسکونی در مقیاس کوچکتر، امکان بررسی تجربی بیشتری را در مورد جایگزینی جزئی بتن FA به جای CC فراهم میکند ( Saldarriaga et al., 2022 ).
Leave A Comment