بتن سازگار با محیط‌زیست جایگزینی برای بتن سنتی

به گزارش خبرنگار ایمنا، و بر اساس یادداشتی که حمید بهبهانی، دکترای مهندسی عمران در اختیار این رسانه قرار داده است:

بتن مخلوطی از سیمان، ماسه، آب و طیف وسیعی از سنگ‌دانه‌ها است. حدود ۱۰ میلیارد تن بتن در سال مصرف می‌شود؛ این موضوع موجب شده است بعد از آب، بتن رتبه دوم پرمصرف‌ترین ماده جهان را به خود اختصاص دهد. همچنین بتن یکی از پرکاربردترین مصالح در صنعت ساخت‌وساز است و بیش از ۷۰ درصد جمعیت جهان در سازه‌های بتنی زندگی می‌کنند. به دلیل مقاومت خوب و دوام بالای بتن، از آن برای ساخت انواع سازه‌ها مانند ساختمان‌ها، روسازی جاده‌ها، پیاده راه‌ها، لوله‌ها، دال‌ها، تیرها و ستون‌ها استفاده می‌شود.

از طرفی با تولید و مصرف گسترده بتن در سراسر جهان، این ماده به عنوان یکی از عوامل مهم در انتشار گازهای گلخانه‌ای محسوب می‌شود. به عنوان مثال تخمین زده می‌شود که به ازای تولید هر تن سیمان به کار رفته در بتن، یک تن دی اکسید کربن وارد هوا شود. با توجه به شرایط فعلی اقلیم جهان و پدیده گرم شدن کره زمین، در صنعت ساخت‌وساز و سایر صنایع، وقوع یک انقلاب سبز ضروری است؛ به عبارت دیگر صنایع به استفاده و معرفی مواد دوستدار محیط‌زیست نیاز دارند. خوشبختانه صنعت بتن برخی از گزینه‌های پایدار و سازگار با محیط‌زیست را پیدا کرده است.

بتن سبز

بتن سبز نوعی بتن سازگار با محیط‌زیست است که با استفاده از ضایعات یا پسماندهای صنایع مختلف تولید می‌شود و به انرژی کمتری نیاز دارد. این محصول در مقایسه با بتن سنتی، دی اکسید کربن کمتری تولید می‌کند و دارای قیمتی ارزان‌تر همراه با دوام بیشتر است. هدف استفاده از بتن سبز، کاهش استفاده از منابع طبیعی و افزایش وابستگی به مصالح قابل بازیافت است.

دستیابی به پایداری از طریق بتن سازگار با محیط‌زیست

یکی از استراتژی‌های مورد استفاده برای دستیابی به پایداری از طریق بتن سازگار با محیط‌زیست، استفاده مجدد از آب دورریز شستشو، در کارخانه‌های بتن آماده به عنوان آب اختلاط بتن است. برای هر مترمکعب بتن، حدود ۱۷۵ لیتر آب در اختلاط بتن مصرف می‌شود و حدود ۷۰ لیتر نیز برای شستن تراک میکسرها، پمپ‌ها، دستگاه‌ها و تجهیزات کارخانه‌های بتن آماده مصرف می‌شود. آب شستشو حاوی ذرات جامد معلق و ذرات محلول در آب بسیار بالا و فلزات سنگین بوده و دارای خاصیت قلیایی بسیار بالا (pH ≥ ۱۲) است. دفع این آب‌ها مشکلات زیست محیطی نظیر آلوده کردن آب‌های زیرزمینی به علت قلیایی بودن و همچنین پخش فلزات سنگین را در طبیعت ایجاد می‌کند. سمی بودن فلزات سنگین برای سلامتی انسان اثبات شده است و خوشبختانه بتن می‌تواند از پخش فلزات سنگین جلوگیری کند. بنابراین ضمن یک فرآیند آماده‌سازی و کاربرد آب شستشو در اختلاط بتن، علاوه بر کاهش مصرف آب، از آسیب‌های محیط‌زیستی و ایجاد خطر برای سلامت انسان جلوگیری می‌شود.

جایگزینی سیمان با ضایعات صنعتی و کشاورزی‌

جایگزینی سیمان با بعضی ضایعات صنعتی و کشاورزی بازیافتی، از دیگر راهکارهای مؤثری است که برای دستیابی به مصالح ساختمانی سازگار با محیط‌زیست استفاده می‌شود. در روند تولید سیمان، انرژی بسیاری بالایی مصرف می‌شود و همچنین دی اکسید کربن بسیار زیادی وارد جو می‌شود. سیمان را می‌توان به عنوان مثال با خاکستر بادی، دوده سیلیس، خاکستر چوب، خاکستر پوسته برنج، سرباره کوره بلند و…جایگزین کرد.

خاکستر بادی: خاکستر بادی یکی از محصولات جانبی احتراق زغال‌سنگ است که قبلاً به عنوان زباله دفن می‌شد، اما اکنون برای تولید بتن سبز مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن حاوی خاکستر بادی (Ashcrete) جایگزینی برای بتن سنتی محسوب می‌شود که در آن از حجم بالایی از خاکستر بادی استفاده می‌شود. خاکستر بادی با آهک و آب مخلوط می‌شود تا مانند سیمان معمولی مقاوم و بادوام شود. استفاده از خاکستر بادی در بتن، آن را به یک گزینه دوستدار محیط‌زیست تبدیل می‌کند، زیرا می‌تواند جایگزین سیمان شود که به نوبه خود منجر به کاهش انتشار دی اکسید کربن می‌شود و میزان آبی که خاکستر بادی نیاز دارد به نسبت آبی که سیمان مصرف می‌کند، بسیار کمتر است. از دیگر مزایای خاکستر بادی می‌توان به کاهش آب انداختگی، افزایش مقاومت بتن و کاهش جمع شدگی در مقایسه با بتن سنتی اشاره کرد. خاکستر بادی علاوه بر سازگار بودن با محیط‌زیست، بتن را در برابر واکنش قلیایی- سیلیسی مقاوم می‌کند.

خاکستر پوسته برنج: خاکستر پوسته برنج، محصول جانبی کشاورزی است که به عنوان جایگزین سیمان در کشورهای تولید کننده برنج (RHA) استفاده می‌شود. خواص سیمانی آن تا قبل از انجام مطالعات تجربی دقیق در دهه ۱۹۷۰ به طور دقیق مشخص نبود. تولید این محصول در مقایسه با سیمان معمولی که در آن پوسته برنج در زمان مشخصی (بین ۳۰ تا ۱۲۰ دقیقه) در درجه حرارت بین ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد سوزانده می‌شود، نسبتاً آسان‌تر است و دی‌اکسیدکربن کمتری تولید می‌شود. چنانچه این محصول بین ۱۰ تا ۲۰ درصد جایگزین سیمان شود، می‌تواند مقاومت و دوام بتن را بهبود بخشد. بتن حاوی خاکستر پوسته برنج در مقابل حمله سولفات‌ها و نفوذ یون کلراید، نسبت به بتن سنتی مقاومت بیشتری دارد.

سرباره کوره بلند: سرباره کوره بلند مانند خاکستر بادی، یک محصول جانبی است که می‌تواند با بازیافت و استفاده از آن، یک جایگزین سازگار با محیط‌زیست بتن ساخته شود. گرانول شیشه‌ای سرباره با سرد کردن سرباره آهن مذاب از کوره بلند در آب یا بخار تولید می‌شود. این ماده می‌تواند تا حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد جایگزین سیمان شود و دوام بتن را بهبود بخشد. یکی دیگر از مزایای سرباره کوره بلند این است که در فرایند سخت شدن و هیدراتاسیون مقدار کمتری از گرما نسبت به سیمان آزاد می‌کند و مخصوصاً مناسب بتن‌ریزی در مناطق با آب و هوای گرم است.

میکرو سیلیس: میکرو سیلیس که به عنوان دوده سیلیس نیز شناخته می‌شود، پودر خیلی ریزی است که محصول جانبی کوره‌های قوس الکتریکی در جریان تولید آلیاژهای فرو سیلیس و تولید سیلیکون است. این محصول می‌تواند تا حدود هفت تا ۱۲ درصد جایگزین سیمان در بتن شود. افزودن میکرو سیلیس، نفوذپذیری بتن را کم و مقاومت فشاری آن را زیاد می‌کند. در نتیجه دوام بتن را بهبود می‌بخشد. بتن ساخته شده با دوده سیلیس برای سازه‌هایی که در معرض مواد شیمیایی مضر هستند، بسیار مناسب است. بتن حاوی میکرو سیلیس در مقایسه با بتن سنتی، بسیار سازگار با محیط‌زیست است.

جایگزینی سنگ‌دانه‌ها با منابع قابل بازیافت

غیر از یافتن جایگزین برای سیمان، جایگزینی سنگ‌دانه‌ها با منابع قابل بازیافت، یک استراتژی مؤثر است که برای به حداقل رساندن انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از بتن سنتی استفاده می‌شود. بعضی از گزینه‌های جایگزین سنگ‌دانه‌ها شامل الیاف کاغذی، ضایعات پلاستیکی، شیشه‌های بازیافتی و ضایعات بتن است.

نخاله‌های بتنی: ساخت بتن با سنگدانه‌هایی از جنس خود یک روش هوشمندانه برای استفاده از ضایعات و نخاله‌های بتنی ناشی از تخریب کف‌پوش جاده‌ها، ساختمان‌ها و دیگر سازه‌های بتنی است. استفاده از نخاله‌های بتنی باعث کاهش مساحت زمین‌های مخصوص دفن نخاله‌های ساختمانی می‌شود و همچنین در استفاده از منابع طبیعی جدید و صرف انرژی بالا برای استخراج و حمل‌ونقل آن‌ها صرفه‌جویی می‌شود.

شیشه‌های بازیافتی: شیشه‌های بازیافتی یک جایگزین مناسب سنگ‌دانه‌های بتن است. می‌توان شیشه را بدون تغییر در خصوصیات شیمیایی آن بارها بازیافت و مورد استفاده مجدد قرار داد. شیشه بازیافتی باعث افزایش دوام بتن و کاهش ضایعات دفن شده می‌شود.

ضایعات پلاستیکی: استفاده از ضایعات پلاستیکی، یک اتفاق بسیار مؤثر است، زیرا پلاستیک ماده‌ای غیر قابل تجزیه بوده و به محیط‌زیست آسیب می‌رساند. زباله‌های پلاستیکی به راحتی بازیافت می‌شوند و می‌توانند تا ۲۰ درصد جایگزین مصالح سنتی شوند. اگرچه بتن تولید شده با استفاده از ضایعات پلاستیکی، مقاومت بتن را کاهش می‌دهد، اما بدون هیچ تردیدی جایگزین سازگار با محیط‌زیست مناسبی برای بتن سنتی است.

ضایعات کاغذی: بتن کاغذی (Papercrete) با استفاده از کاغذهای باطله بازیافت شده، سیمان، شن و ماسه ساخته می‌شود.

توپ‌های فومی: با استفاده از توپ‌های کوچک فومی (foam beads)، بتنی ساخته شده است که هم دارای مقاومت خوبی بوده و هم نسبت به بتن سنتی به انرژی کمتری نیاز دارد؛ این بتن در ساخت بلوک‌ها و پانل‌های دیواری به کار می‌رود و ضد حریق، مقاوم در برابر طوفان، جاذب صوت و عایق حرارت است. با استفاده ازاین بتن‌ها در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌شود..

جایگزین‌های بالقوه برای بتن منتشرکننده دی اکسید کربن

علیرغم وجود گزینه‌های مختلف برای جایگزینی بتن سنتی، محققان هنوز در حال کار بر روی تولید با کیفیت تر بتن و سازگاری آن با محیط‌زیست هستند. اخیراً بتن‌هایی تولید شده‌اند که با استفاده از سولفات منیزیم، دی اکسید کربن را جذب می‌کنند. به گفته پژوهشگران این نوع جدید بتن، دی اکسید کربن را تا حدود ۰.۶ تن جذب می‌کند. این بتن هنوز مراحل آزمایشی خود را سپری می‌کند و انتظار می‌رود با عرضه در بازار، تأثیر قابل توجهی در صنعت ساخت‌وساز داشته باشد.

در مجموع می‌توان گفت که نیاز به بتن سازگار با محیط‌زیست، روز به روز بیشتر احساس می‌شود و پژوهش‌های زیادی بر روی بتن‌های سازگار با محیط‌زیست در حال انجام است، زیرا این بتن‌ها نه تنها از زمین و همچنین سلامتی انسان محافظت می‌کند، بلکه نسبت به بتن سنتی، مقاوم‌تر و بادوام‌تر است.