بخشی از مقاله
خلاصه
تاکنون، در صنایع مختلف از جمله صنعت ساختمان گامهایی در جهت استفاده از ضایعات برداشته شده است. در صنعت ساختمان، برای تولید بتن که یکی از پرمصرفترین مواد میباشد منابع طبیعی زیادی آلوده میشود. در سالهای اخیر، برای جلوگیری از این آلودگی، حفظ محیط زیست، رشد اقتصادی و رسیدن به اهداف توسعه پایدار، استفاده مجدد از ضایعات تولید شده در صنایع مختلف به عنوان جایگزینی برای مصالح تشکیلدهندهی بتن، مورد توجه قرار گرفته است.
تعداد بسیاری معدن و کارخانهی سنگ در سرتاسر جهان وجود دارند که ضایعات قابل توجهی را به صورت لاشه و پودر سنگ تولید می نمایند. پودر سنگ مرمر میتواند به عنوان جایگزین قسمتی از سیمان در بتن مورد استفاده قرار گیرد. همچنین امروزه استفاده از پوزولانها برای بهبود خواص بتن رایج شده است. یکی از رایجترین انواع پوزولانها، میکروسیلیس است که تجربیات گذشته تاثیر این پوزولان را بر بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن نشان داده است.
هدف از این پژوهش بررسی تاثیر استفاده از ضایعات پودر سنگ مرمر و میکروسیلیس به عنوان جایگزین بخشی از سیمان بر خواص مکانیکی بتن میباشد. در پژوهش حاضر آزمایش های اسلامپ، وزن مخصوص، مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بر روی 16 طرح اختلاط حاوی ماتریسی از درصدهای مختلف ضایعات پودر سنگ مرمر %5 - ، %10 و - %20 و میکروسیلیس - %2/5، %5 و - % 10 انجام شده است.
استفاده از ضایعات پودر سنگ مرمر تا %5 در مخلوط بتن سبب اندکی بهبود شده و تا %10 سبب تغییر چشمگیری در خواص مکانیکی نشده است. در مخلوطهای حاوی درصدهای بالاتر جایگزینی پودر سنگ مرمر، استفاده از 2/5 تا 5 درصد میکروسیلیس منجر به جبران کاستیهای بوجود آمده در خواص مکانیکی بتن شده است.
.1 مقدمه
بتن، رایج ترین ماده دست ساز مورد استفاده بر روی کرهی زمین است .[1] جمعیت جهان با سرعت بسیار زیادی رو به افزایش است که نتیجه ی این رشد جمعیت افزایش تقاضا برای ساخت و ساز بیشتر است. این روند افزایش جمعیت سبب شده است تا تولید در صنایع مختلف افزایش یافته و به دنبال آن میزان ضایعات تولید شده نیز افزایش یابد. از طرفی، افزایش مصرف منابع طبیعی تجدیدناپذیر نیز خطری اجتنابناپذیر برای نسلهای آینده می باشد. راههای مختلفی برای کاهش مصرف این منابع ارزشمند وجود دارد که یکی از آنها استفاده از ضایعات تولید شده در صنایع مختلف میباشد.
ارزش بکارگیری ضایعات در صنعت را میتوان از سه منظر اقتصادی، زیستمحیطی و اجتماعی بررسی نمود. استفاده از ضایعات در صنعت نهتنها سبب کاهش آلودگی در محیط زیست میشود، بلکه موجب کاهش مصرف منابع طبیعی، هزینههای دفع ضایعات و تولیدات صنعتی نیز میگردد. از طرفی دفع و بکارگیری صحیح ضایعات، به حفظ سلامت اجتماعی و انسانی نیز کمک می کند.
تعداد بسیاری معدن و کارخانهی سنگ مرمر در سرتاسر جهان وجود دارند که ضایعات قابل توجهی را تولید مینمایند و این ضایعات علاوه براینکه فضای قابل ملاحظهای از زمینهای اطراف کارخانهها را اشغال میکنند، موجب آلودگی محیط زیست نیز میشوند. از آنجایی که وجود این ضایعات در اطراف کارخانههای سنگ و محیط شهری سبب آلودگی زمینهای اطراف میشوند و برای انسان نیز خطرآفرین میباشند، کارخانهها موظف به دور نمودن آنها از معادن و کارخانههای سنگ میباشند و با توجه به اینکه پتانسیل مناسبی برای استفاده از ضایعات پودر سنگ مرمر تولید شده وجود ندارد، این ضایعات در فضاهای باز اطراف کارخانهها و یا طبیعت پیرامون ما انباشته شده و سبب آلودگی محیط زیست میشوند.
در سالهای اخیر کارهای زیادی برای استفاده از ضایعات سنگ مرمر در تولید بتن خودتراکم، آجرها، ملاتها، کاشیها و بتنهای سیمانی به عنوان سنگدانه و پرکننده انجام شده است. یکی از اهداف استفاده از این ضایعات در تولید مواد سیمانی، ارتقاء خاصیتهای بتن تازه و سخت می باشد. این ضایعات نقش پرکنندگی دارند و در صورت بکارگیری مناسب آنها، فضاهای خالی بین سنگدانهها به درستی پر خواهد شد و ماتریس چگالتری به دست میآید. در نتیجه مقاومت فشاری، دوام و مقاومت سایشی بالاتر و ضریب نفوذپذیری کمتری خواهیم داشت
افزودنیهایی مانند میکروسیلیس به علت بهبود خواص مکانیکی، تقلیل سرعت هیدراتاسیون و افزایش کارایی بکار برده میشوند. میکروسیلیس موجب تبدیل کریستالهای هیدروکسیدکلسیم غیرمفید به ژل میگردد و همچنین خاصیت پرکنندگی میکروسیلیس باعث توزیع یکنواخت و هموژن محصولات بدست آمده از هیدراتاسیون در مخلوط میگردد. در نهایت، دو ویژگی پرکنندگی و پوزولانی بودن آن، تولید جسمی متراکم و کم تخلخل مینماید که کاهش نفوذپذیری و درجهی قلیایی را به همراه خواهد داشت. همچنین اندازهی لوله های موئینه با اضافه شدن میکروسیلیس کاهش می یابد
.2 ضایعات سنگ
سنگ یکی از رایجترین مصالح ساختمانی از دوران باستان بوده است. در سالهای اخیر، رشد روزافزون مصرف سنگ در سراسر جهان قابل مشاهده است. همانگونه که در شکل 1 مشاهده میشود، حدود 10 درصد از سنگ جهان در ایران تولید میشود و میزان تولید ضایعات حاصل از این صنعت نیز چشمگیر است. امروزه ضایعات سنگ مشکل و تهدیدی جدی برای محیط زیست تمدن مدرن1 است. از آنجاییکه این مواد تجزیهناپذیر می باشند، خطرات متعددی را بوجود می آورند. اگر این ضایعات بر روی زمین رها شوند میتوانند منجر به کاهش میزان نفوذ آب باران و بدتر از آن کاهش حاصلخیزی خاک2 گردند. همچنین رهاسازی ضایعات سنگ در رودخانهها، رودها و دریاها نیز سبب آلودگی آب و دریا نیز میشوند
شکل -1 میزان تولید سنگ در ایران و سایر کشورها
پس از استخراج سنگ مرمر از معدن، سنگ مرمر در اشکال خواستهشده بریده میشود . عمل برش و اره، پودر مرمر را به عنوان محصولی فرعی تولید می کند. به طور میانگین، 20 درصد از سنگ مرمر استخراج شده نهایی به پودر مرمر تبدیل میشود. این پودر سطح زیادی از زمینها را برای تهنشینی و خشک شدن اشغال میکنند. این ضایعات تهنشین شده بر مورفولوژی3، هیدرولوژی4 و حاصل خیزی خاک نواحی اطراف با کاهش در تخلخل و نفوذپذیری آنها، تاثیر میگذارند. گردوغبار ریز معلق در هوا5 حاصل از این ضایعات میتواند حتی سبب اختلالات تنفسی، بینایی و پوستی شود
.1.2 مشکلات ناشی از رها کردن ضایعات سنگ در طبیعت
عموما، تمامی معادن کم و بیش بر محیط زیست اطراف خود تاثیر میگذارند، اما استخراج از معادن روباز مانند معادن گرانیت، مرمر، سنگ آهک، ماسه سنگ6 و دیگر انواع سنگهای ساختمانی، مشکلات پیچیدهای را برای محیط زیست به وجود میآورند که برخی از این مشکلات زیستمحیطی عبارتند از:
1. انسداد آبگذرها در فصلهای بارانی.
2. گردوغبار آزاردهنده.
3. پخش ذرات ریز لای7 - با اندازهای کمتر از 363 میکرون - در هوا و آلودگی هوا.
4. تاثیر لای بر بهرهوری زمین به علت کاهش تخلخل، جذب آب و نفوذ.
5. عدم رشد پوشش گیاهی و تخریب پوشش گیاهی موجود در مناطق رهاسازی لای.
6. جلوگیری از نفوذ آب به آبهای زیرزمینی و تاثیر بر سفرههای آب زیرزمینی در دراز مدت
بنابراین این مواد زائد نیازمند بهره برداری موجه و معنیدار، در یک راه اقتصادی میباشند
