بخشی از مقاله
چکیده:
در صنعت ساختمان، از بتن به مقدار زیادی استفاده میشود. بهمنظور کاهش تولید سیمان و متعاقب آن کاهش آلودگی هوا ناشی از انتشار گاز CO2 به اتمسفر و همچنین افزایش مقاومت بتن از مواد افزودنی جایگزین سیمان استفاده میشود. در این روش، علاوه بر اینکه از ضایعات کشاورزی به جای سیمان در بتن استفاده خواهد شد و با این کار تولید سیمان و متعاقب آن انتشار CO2 کاهش داده میشود، ضایعات نیز با یک روش مناسب بازیافت میشوند. در این مطالعه، امکان استفاده از بیوچار و خاکستر سبوس برنج تیمار شده با اسید کلریدریک بهعنوان یک افزودنی جهت جایگزینی سیمان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پیش تیمارسبوس برنج توسط اسید رقیق، خاصیت پوزولانی آن را با از بین بردن پتاسیم و فسفر از خاکستر زیست توده بهبود بخشید و باعث افزایش مقاومت بتن شد. بیوچار سبوس برنج تحت شرایط بیهوازی تولید شد که از نظر زیست محیطی میتواند بسیار موثر باشد و کمک موثری به کاهش آلودگیهای زیست محیطی نماید.
واژههای کلیدی: بیوچار، ضایعات کشاورزی، بتن سبز، مقاومت فشاری
-1 مقدمه
در صنعت ساختمان، از بتن به مقدار زیادی استفاده میشود. سیمان جزء لاینفک بتن میباشد. بتن یکی از مواد ساختمانسازی است که به مقدار زیادی در سراسر جهان مورد استفاده قرار میگیرد و پس از آب، دومین منبع مصرفی بر روی زمین است. بهمنظور کاهش تولید سیمان و متعاقب آن کاهش آلودگی هوا ناشی از انتشار گاز CO2 به اتمسفر و همچنین افزایش مقاومت بتن از مواد افزودنی جایگزین سیمان استفاده میشودمعمولاً. به جای استفاده از یک سیمان خاص، این امکان وجود دارد که بعضی از خواص سیمانهای معمولی مورد استفاده را بهوسیله ترکیب کردن آن و یا جایگزین با یک افزودنی تغییر داد [1]
یکی از این افزودنی ها، خاکستر حاصل از سوزاندن بقایای کشاورزی است. گیاهان مواد معدنی مختلف و سیلیکات را در طول فرایند رشد از زمین بهدست میآورند؛ مواد معدنی، بهویژه سیلیکاتها به فراوانی در گیاهان وجود دارند و این امکان را فراهم میکنند تا از باقیمانده گیاهان بهعنوان یک منبع بالقوه از مواد جایگزین سیمان با واکنشپذیری پوزولانی استفاده کرد. ضایعات حاصلاز صنعت کشاورزی معمولاً یا سوزانده شده یا در زمین مدفون میشوند و این امر میتواند مسائل زیست محیطی خاصی مانند آلودگی محیط زیست را بهدنبال داشته باشد .[1]
در این تحقیق، علاوه بر اینکه از ضایعات کشاورزی به جای سیمان در بتن استفاده خواهد شد و با این کار تولید سیمان و متعاقب آن انتشار CO2 کاهش داده میشود، ضایعات نیز با یک روش مناسب بازیافت میشوند. ضایعات کشاورزی قبل از اضافه شدن به بتن پیرولیز میشوند و این عمل باعث تولید زیست سوخت میشود که میتواند جایگزین سوختها ی فسیلی شود و بقایای حاصل از سوختهای زیستی بهعنوان ماده افزودنی جایگزین سیمان در بتن مورد استفاده قرار میگیرند.
بنابراین این روش نقش بهسزایی در کاهش آلودگی هوا دارد. علیرغم مطالعات بسیاری که در زمینه استفاده از بقایای محصولات کشاورزی و خاکستر حاصل از سوزاندن آنها در ساخت بتن با مقاومت بالا صورت گرفته است، تاکنون مطالعهای راجع به سوزاندن اصولی زائدات تحت شرایط پیرولیز و تولید سوختهای فسیلی و استفاده از بقایای حاصل از پیرولیز بقایای کشاورزی انجام نشده است.
به همین منظور در این تحقیق، تاثیر بقایای حاصل از پیرولیز ضایعات کشاورزی مانند سبوس برنج بر خصوصیات مکانیکی بتن مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
زائدات حاصل از تولید سوختهای زیستی که اصطلاحاً بیوچار یا ذغال زیستی نامیده میشوند، مواد موثری برای ساخت SCMهای مورد استفاده در بتن هستند. استفاده از این محصولات جانبی برای SCM میتواند درآمد جدیدی برای صنعت سوختهای زیستی ایجاد کند و منجر به پایداری تولید سوختهای زیستی و تولید بتن پایدار و بادوام شود. جایگزینی زائدات حاصل از تولید سوختهای زیستی بهجای سیمان فوایدی همچون کاهش تولید سیمان، کاهش تولید گاز گلخانهای CO2، کاهش آلودگی هوا، بازیافت اقتصادی ضایعات کشاورزی، عدم نیاز به زمین مناسب جهت دفن بقایای کشاورزی، جلوگیری از سوختن غیر اصولی بقایای کشاورزی و متعاقب آن آلودگی محیط زیست و تولید سوختهای زیستی و کاهش مصرف سوختهای فسیلی را به دنبال خواهد داشت.
استفاده از توده زیستی برای تولید سوخت زیستی و SCM چالش های خاصی ایجاد کرده است. حضور فلزات خاکی قلیایی و قلیایی در زیست توده می تواند کیفیت را تحت تاثیر قرار دهد.
پیش تیمار، عملکرد و کیفیت زیستی سوخت در طول تجزیه در اثر حرارت را بهبود می بخشد و خاکستر سرباره و رسوب گذاری در طول احتراق را کاهش می دهد. پیش تیمار زیست توده معمولا توسط خیساندن زیست توده در محلول های اسیدی یا آب مقطر انجام شده است. همچنین نشان داده شده است که پیش تیمار، به خصوص اسید رقیق ، واکنش خاکستر ضایعات کشاورزی مانند خاکستر پوسته برنج در سیستم های سیمانی را بهبود می بخشد و با افزایش مقدار سیلیس آمورف خاکستر همراه است.
بنابریان در این مطالعه، تاثیر پیش تیمار سبوس برنج توسط اسید کلریدریک رقیق و تولید بیوچار و خاکستر از آن و امکانسنجی کاربرد آنها بهعنوان ماده جایگزین سیمان مورد بررسی قرار گرفت.
-2روش کار
-1-2 سیمان
در این پژوهش از سیمان تیپ 2 استفاده شد. آنالیز شیمیایی سیمان در جدول 1 نشان داده شده است. از سیمان به مقدار 400 کیلوگرم بر متر مکعب بتن استفاده گردید.
جدول-1 آنالیز شیمیایی سیمان تیپ 2
-2-2 سنگدانه
بیش از 50 درصد حجم بتن را سنگدانه ها تشکیل می دهند. مشخصات دانه بندی سنگدانهها در شکل 1 با مقدار سنگدانه 1750 کیلوگرم بر متر مکعب بتن نشان داده شده است.
شکل-1 منحنی دانه بندی سنگدانه به جرم 1750 کیلوگرم بر متر مکعب بتن
-3-2 مواد پوزولانی و پیش تیمار
از سبوس برنج به عنوان ماده جایگزین سیمان استفاده شد. پیش تیمار سبوس برنج با استفاده از آب مقطر و اسید هیدروگلریدریک 0/1 N انجام شد. به این صورت که 20 گرم زیست توده در 400 میلی لیتر از محلول در یک لیوان شیشه
