بخشی از مقاله
بررسی تأثیر ریزدانههای شیشهای و پودر شیشه در دوام بتن با مقاومت بالا
در محیط سولفات منیزیم
چکیده
استفاده از موارد ضایعاتی در بتن به دلیل اهمیت حفظ محیطشزیست و نیز احتمال ایجاد خصوصیات مثبت مکانیکی و فیزیکی در بتن، همواره مورد نظر بوده است. در این میان استفاده از ضایعات شیشه در انواع مختلف، از دو دهه قبل مورد توجه و مطالعه محققین قرار گرفته است. ضایعات شیشه را ممکن است به صورت دانههای درشت، دانههای ریز ماسهای و همچنین به صورت پودر به بتن اضافه کرد که دو مورد آخر بیشتر مورد توجه محققین بوده است. در این تحقیق تاثیر افزودن شیشه ضایعاتی در محدودۀ اندازۀ دانههای ماسهای، و نیز به صورت پودر شیشه در خصوصیات دوام بتن با مقاومت بالا مورد مطالعه قرار گرفت. ریز دانههای شیشهای با 4 درصد جایگزینی ماسه ، و پودر شیشه با 3 درصد
جایگزینی با سیمان به طرح اختلاط بتن با مقاومت بالا اضافه شد. برای نگهداری نمونهها، دو
محیط آب و محلول سولفات منیزیم، انتخاب شد. نمونهها در 3 زمان 28 روز، 3 ماه و 6 ماه مورد آزمایش قرار گرفتند و برای هر آزمایش 3 نمونه انتخاب شد. در مجموع 12 طرح اختلاط بتن با مقاومت بالا و 216 نمونه مکعبی 70*70*70 میلیمتر از نظر میزان جذب آب، تغییرات وزن، تغییرات ابعادی و مقاومت فشاری مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج آزمایشات نشان داد که به کار گرفتن شیشه ضایعاتی در بتن با مقاومت بالا به خصوص به صورت پودر شیشه، تأثیر قابل ملاحظهای در افزایش دوام بتن در محیط سولفاته دارد. جزئیات آزمایش و تجزیه و تحلیل کامل نتایج در اصل مقاله ارائه خواهد شد.
کلید واژه ها: بتن، بازیافت، پودر شیشه، دوام، سولفات، محیط زیست.
مقدمه
شیشه از پر کاربردترین مصالح در انواع صنایع مختلف از قبیل صنایع نگهداری و بستهبندی، صنایع ساختمانی و فضاسازی داخلی و صنایع برق و الکترونیک میباشد. استفاده از شیشه در صنعت هر سال مقدار بسیار زیادی شیشه دورریز تولید میکند؛ بهطوری که در شهری مانند نیویورک در هر سال 100000 تن، و در انگلستان سالانه 5/5 میلیون تن شیشههای زائد تولید میشودمعمولاً. شیشههای دور ریخته شده در مکانهایی در اطراف شهرها جمع آوری و دفن میشوند. حجم و تعداد بسیار زیاد این زائدات سالها است که صاحبان صنایع و محققین را در سراسر دنیا به تفکر در مورد استفادۀ مجدد و بازیافت شیشه در صنعت واداشته است. از مهمترین این صنایع میتوان به صنعت ساختمان اشاره کرد. در بخشهای مختلف این صنعت مانند راهها و فرودگاهها امکان استفاده از شیشههای بازیافتی وجود دارد. در چند سال اخیر استفاده از شیشههای بازیافتی در بتن به شدت مورد توجه محققین قرار گرفته است. ایدۀ استفاده از شیشه به عنوان جایگزین بخشی از دانههای بتنی به حدود 30 سال قبل برمیگردد؛ اما تحقیقات عمده در این زمینه کمتر از 10 سال قدمت دارند. امروزه در هر سال مقدار زیادی زائدات شیشه به صورت دانه در بتن استفاده میشود، اما این مقدار تنها در حدود 20% از حجم شیشههای زائد است. به همین علت استفاده از شیشه در بتن با حجم بیشتر از مسائل مهم در حفظ محیط زیست محسوب میشود. از طرفی با وجود آن که بازیافت شیشه از مهمترین فرآیندهای صنعتی است؛ بر سر راه بازیافت موانع گوناگونی وجود دارد. از جمله این موانع میتوان به نیاز بعضی از واحدهای صنعتی به شیشه خام، عدم وجود استانداردهای کافی برای تولید و تقسیم بندی شیشههای بازیافتی و بخصوص در مورد استفادۀ آن در صنعت ساختمان، و عدم باور عمومی مبنی بر اینکه اهمیت شیشه دورریز تا چه اندازه است، اشاره کرد.
علاوه بر این میتوان به حجم بالای شیشههای بازیافتی و تعدد دپوهای دورریز اشاره کرد. بههمین علت استفاده از شیشه در بتن و راهسازی امروزه به طور ویژه مورد توجه قرار گرفته است .[5 -1]
به طور کلی شیشه در بتن به 3 صورت به کار میرود. این سه صورت عبارتند از: -1 دانههای درشت شیشهای
-2 دانههای ریز شیشهای
؛ -3 پودر شیشه
بتن ساخته شده با دانههای شیشهای را گاهی “ نیز مینامند.
موضوع تحقیق حاضر لبررسی اثر استفاده از پودر شیشه و دانههای شیشهای بر رفتار بتنهای با مقاومت بالا در محیط خورندۀ سولفاتیل است. به این منظور 216 نمونه بتن با مقاومت بالا تعریف و ساخته شده است که در ادامه به مشخصات و نتایج بدست آمده از آزمایش آنها اشاره خواهد شد.
نمونههای مورد بررسی
در تحقیق حاضر دانههای شیشهای به صورت جایگزینی برای ماسه با سه درصد مختلف %25)، %50 و (%75 و جایگزین سیمان با دو درصد مختلف %15) و (%30 در ساخت بتن با مقاومت بالا به کار رفته اند. در هر مورد همچنین نمونههایی بدون پودر شیشه و یا دانههای شیشهای به عنوان نمونههای شاهد (مبنا) ساخته شد.
طرح اختلاط نمونه مبنا
بتن طرح شده به عنوان نمونه مبنا (بدون پودر شیشه)، دارای طرح اختلاط مطابق جدول 1 است. دانه بندی به کار رفته برای دانههای کوارتزی مطابق جدول 2 بر اساس استاندارد انتخاب شد. سیمان به کار رفته در ساخت نمونهها سیمان معمولی کارخانه سیمان اصفهان بود.
دانههای شیشهای
برای ساخت دانههای شیشهای، ابتدا مقدار حدود شیشه بازیافتی نیمه خرد از کارخانه لگمینل قزوین تهیه شد. این شیشهها لیوانهای سفید ضایعاتی خرد شده بودند که پس از شستشو، با دستگاه سنگ شکن آزمایشگاه در یک دورۀ زمانی طولانی کوبیده شدند (شکل .(1
دانهبندی ماسه شیشهای نیز مانند دانههای کوارتزی بر اساس منحنی در محدودۀ استاندارد و مطابق جدول 2 انجام شد.
همچنین پودر شیشهای که به عنوان جایگزین سیمان در تحقیق حاضر استفاده شد، پودر شیشه عبوری از الک 75 میکرون بوده است.
طرح اختلاط نمونهها ش
بر اساس جایگزینی ماسه و سیمان، با درصدهای اشاره شده، 12 طرح اختلاط مختلف تعریف شدند. برای نگهداری نمونهها دو محیط آب و سولفات، و برای هر نمونه سه آزمایش 28 روزه، 3 ماهه و 6 ماهه در نظر گرفته شد. جدول 3 تعداد نمونههای ساخته شده با این 12 طرح اختلاط را در کنار هم نشان میدهد. به این ترتیب از هر طرح اختلاط، 18 نمونه مکعبی به ابعاد 70*70*70 میلیمتر ساخته شد.
نگهداری نمونهها
نمونههای ساخته شده تا 28 روز در آب نگهداری شده و پس از آن نیمی از نمونهها به محیط محلول سولفات انتقال داده شدند. برای ساخت این محلول، پودر سولفات به میزان 300 گرم در هر لیتر در آب حل شد. به منظور جلوگیری از ته نشین شدن سولفات در ظرف، از یک پمپ هوا استفاده شد؛ به این صورت که با استفاده از پریز تایمردار، در هر ساعت 10 دقیقه هوا در محلول پمپ میگردید. شایان ذکر است که این روند تا 6 ماه ادامه داشت (شکل .(2
