بخشی از مقاله
خلاصه
با افزایش روزافزون اتومبیل و توسعه حمل و نقل جادهای، بشر با حجم عظیمی از لاستیکهای فرسوده خودرو رو برو شده است که بعضاً درکشورهای توسعه یافته به دهها میلیون حلقه درسال میرسد. در ایران سالیانه در حدود 150هزار تن لاستیک فرسوده تولید میشود. لاستیک با سرعت بسیار کمی در محیط زیست تجزیه میشود، انباشت بیرویه و کنترل نشده این لاستیکها در نقاط داخل و خارج شهر، از لحاظ زیبایی زیست محیطی، اثرات زیانباری دارد بنابراین استفاده بهینه از این ضایعات به یک ضرورت تبدیل شده است.
در این تحقیق مقاومت فشاری نمونههای 28 روزه بتن حاوی خاکستر لاستیک با دماهای سوزاندن مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور خاکستر لاستیک با درصد وزنی سیمان، معادل %10 به بتن افزوده شده است. لاستیک نیز در دماهای متفاوت از 350 درجه سانتی گراد تا 900 درجه سانتی گراد سوزانده شده است. نتایج آزمایشها نشان میدهد اضافه نمودن خاکستر لاستیک باعث بهبود خواص مکانیکی بتن معمولی از جمله افزایش مقاومت فشاری، آن میشود. همچنین با افزایش دمای سوزاندن لاستیک، مقاومت فشاری بتن نیز افزایش پیدا میکند.
-1 مقدمه
امروزه، مصرف مواد پلیمری رو به افزایش است، در حالی که بازنگشتن مجدد این مواد به چرخه تولید از مشکلات زیست محیطی محسوب میشود، براین اساس محققین در تلاش هستند به فناوری حیاتی در بازیافت لاستیکها دستیابند. لاستیکها حدود 5 درصد وزن خودرو را تشکیل میدهند. این مشکل در کشور ایران نیز وجود دارد . چون با وجود چندین میلیون خودرو در سطح کشور و جمعیت 80 میلیون نفری ایران ، هر ساله بیش از 10 میلیون حلقه تایر مصرف می شود و این به معنی مصرف بیش از 250 هزار تن تایر در سال است. لاستیکهای فرسوده از جمله ضایعاتی به حساب میآیند که به دلیل پایداری زیاد، اثرات زیانبار زیست محیطی بسیاری دارند و چهره طبیعت را زشت میکنند. لاستیک، یکی از عناصر مهم زندگی بشر بوده و استفاده از آن روز به روز در حال افزایش است. این مواد، هیدروکربنهای نسوخته بوده و گازهای سمی را وارد محیط زیست میکنند. اگر 22 گالن نفت به ازای تولید یک لاستیک کامیون مصرف شود، بیشتر به لزوم بازیافت لاستیک پی برده خواهد شد.
امروزه با افزایش قیمت سوخت، بسیاری ازکشورها به دنبال افزایش سهم بازیافت انرژی از تایرهای فرسوده هستند چون غیر از مسائل فوق الذکر، دانستهاند ارزش حرارتی تایرهای فرسوده بیشتر از زغال سنگ است، بطوریکه به ازای هرکیلوگرم لاستیک 32 مگاژول انرژی تولید میشود، این در حالی است که هر کیلوگرم زغال سنگ 29 مگاژول انرژی گرمایی تولید میکند. علاوه بر این میزان گوگرد لاستیک سوزانده شده، کمتر از زغال سنگ است.
لاستیکها یکی از بهترین منابع سوخت و انرژی هستند. تایرها دارای درصد بسیار بالایی از کربن هستند که به آنها قابلیت سوخت سریع و درجه حرارت بسیار بالایی میدهد. مهمترین استفاده تایرها بعنوان سوخت در کورههای سیمان است. بررسیها نشان می دهد انرژی موجود در 242 میلیون حلقه تایر فرسوده برابر با انرژی 12 میلیون بشکه نفت است. بررسیهای امروزه نشان میدهد که بازیافت تایرهای فرسوده نه تنها آثار مخرب زیست محیطی ندارد بلکه بسیار کارآمد و باعث ایجاد اشتغال و صرفه جویی در مواد خام اولیه شده که در نهایت رشد صنعتی و اقتصادی را به دنبال خواهد داشت .
مقاومت سازههای بتنی در صنعت حمل و نقل از جمله پایه پلها یا اسکلههای دریایی، به علت حجم بار ترافیکی و قرارگیری در معرض عوامل محیطی، توجه زیادی را در علم تکنولوژی بتن به خود جلب کرده است. بنابراین تلاشهای زیادی صورت گرفته تا با استفاده از افزودنیها مقاومت بتن بهبود یابد .[2] در سالهای اخیر پژوهشگران دریافته اند که چنانچه بتوان مواد را در مقیاسهای کوچکتر تهیه کرد، پیوندهایی که ماده با ابعاد کوچک با فازهای اطراف خود برقرار میکند، به مراتب قویتر از مقیاسهای بزرگتر است .
خطیب وبایومی - 1999 - 1، نشان دادندکه با افزایش خرده لاستیک، مقاومت فشاری بتن کاهش مییابد. بطوریکه در مقایسه با بتن شاهد با مقاومت 28روزه برابر 38 مگاپاسکال، با افزودن خرده لاستیک به بتن مقاومت فشاری آن به 3/6 مگاپاسکال و برای مخلوط با جایگزینی %100 خرده لاستیک، به 3/2 مگاپاسکال کاهش می یابد که نشان دهنده کاهش 90 درصدی درمقاومت میباشد.
نرخ کاهش مقاومت در بتن 7 روزه خیلی کمتر از مقاومت 28 روزه گزارش شده است. نکته قابل توجه دیگر این است که با افزودن خرده لاستیک درشت دانه نسبت به خرده لاستیک ریزدانه به بتن، مقاومت فشاری بتن کاهش بیشتری مییابد. این محققین با مطالعه گسیختگی و سطح مقطع نمونه های گسیخته شده سه دلیل برای کاهش مقاومت در مخلوطهای بتنی حاوی لاستیک ارا ئه کرده اند:
الف: از آنجا که دانههای لاستیکی قابلیت ارتجاعی بیشتری نسبت به خمیر سیمان محاط به آن دارند، در حین بارگذاری، ترکها ابتدا در اطراف دانه های لاستیکی در مخلوط ایجاد میشوند که باعث شتاب دادن به گسیختگی ماتریس سیمان - لاستیک میشود.
ب: به دلیل فقدان چسبندگی بین دانههای لاستیکی و خمیر سیمان، دانههای لاستیکی نرم را میتوان به صورت حفره-هایی در مخلوط بتن فرض کرد. این افزایش حفرات در بتن باعث کاهش در مقاومت میشود.
ج: مقاومت بتن معمولی به میزان زیادی وابسته به نوع سنگدانهها، دانسیته، ابعاد و سختی سنگدانهها میباشد. از آنجا که سنگدانهها بادانههای لاستیکی جایگزین شدهاند؛ کاهش در مقاومت فشاری طبیعی به نظر میرسد .
تاها و همکاران - 2003 - 2 درصدهای مختلفی از خرده لاستیکهای 5 تا 20 میلیمتر را به بتن افزودند. در این تحقیق نیز با جایگزینی 100 درصد حجمی درشت دانههای سنگی با خرده لاستیک، مقاومت فشاری به میزان 75 درصد کاهش یافت. آن-ها همچنین تأثیر قابل توجه خردههای لاستیک بر روی مقاومت فشاری بتن را مربوط به تغییرشکل واندازه ناحیه انتقال از مجاورت سنگدانهها به مجاورت خردههای لاستیک بیان کردهاند .
الاخرس و صمدی - 2002 - 1 ، لاستیک را تحت دمای ثابت 850 درجه سانتیگراد و مدت زمان 72 ساعت در اوون قرار دادند و خاکستر لاستیک را تولید کردند. خاکستر لاستیک به عنوان یک فیلر در ملات، جایگزین ماسه شد و با انجام ازمایشاتی به بررسی بهبود خواص ملات پرداختند و به طور خلاصه به نتایج زیر رسیدند:
1 - مقدار هوای موجود در ملات با افزایش مقدار خاکستر لاستیک کاهش مییابد به طوری که برای ملات حاوی 10٪ خاکستر لاستیک در مقایسه با ملات شاهد، مقدار هوا از 2,6 ٪ به 1,5 ٪ میرسد.
- 2 زمان گیرش اولیه و ثانویه ملات با افزایش مقدار خاکستر لاستیک افزایش مییابد. برای ملات حاوی 10٪ از خاکستر لاستیک در مقایسه با ملات شاهد برای گیرش اولیه زمان از 145 دقیقه برای ملات شاهد به 220 دقیقه برای ملات ترکیبی میرسد و برای گیرش نهایی زمان گیرش از 270 دقیقه برای ملات شاهد به 390 دقیقه برای ملات با خاکستر لاستیک میرسد.
- 3 مقاومت فشاری نمونهها با افزایش سطح خاکستر لاستیک جایگزین شده در نمونههای ملات برای پریودهای عمل آوری نمونه 3 - ، 7 ، 28 و 90 روز - افزایش مییابد. افزایش مقاومت فشاری برای هر سطح از خاکستر لاستیک در سنین بالاتر، بیشتر از سنین کم ملات بوده است.
- 4 مقاومت خمشی ملات خاکستر لاستیک با افزایش سطح خاکستر لاستیک جایگزین شده، افزایش مییابد.
5 - ملات حاوی 5٪ و 10٪ از خاکستر لاستیک نشان دهنده افزایش مقاومت در مقابل خرابی ذوب و انجماد و نفوذ یون کلراید در مقایسه با ملات شاهد میباشد .
مروری بر تحقیقات گذشته نشان میدهد مطالعاتی در خصوص تاثیر خرده لاستیک بر خواص مکانیکی بتن انجام شده است که عمدتا افزودن خرده لاستیک باعث کاهش مقاومت در بتن میشود شایان ذکر است به تازگی مطالعات بسیار اندکی در خصوص تاثیر استفاده از خاکستر لاستیک بر خواص مکانیکی بتن انجام شده است و این تحقیق سعی بر بررسی دماهای متفاوت سوختن لاستیک و تاثیر افزودن آن بر مقاومت بتن داریم. چرا که تولید خاکستر لاستیک در بهینه ترین حالت میتواند در مصرف انرژیهای تجدید ناپذیر صرفه جویی بسزایی داشته باشد و در عین حال سبب افزایش مقاومت مطلوب هم بشود.
-2 مطالعات آزمایشگاهی 1-2 طرح اختلاط و مصالح مصرفی و آماده سازی نمونهها
براساس استاندارد ACI-211 جهت تهیه طرح اختلاط نمونه بتن با مقاومت 28 روزه 25 مگاپاسکال، نسبت آب به سیمان %61 در نظر گرفته شد و همچنین درصد وزنی خاکستر لاستیک نسبت به سیمان معادل %10 در نظر گرفته شده است. طرح اختلاط بتن مورد آزمایش به شرح زیر میباشد
