بخشی از مقاله
خلاصه
بازیافت ضایعات عایق کابل های قدرت در روسازی بتن غلتکی - RCCP - به جلوگیری از آلودگی محیط زیست و حفظ منابع طبیعی کمک میکند. این تحقیق در رابطه با امکان استفاده از ضایعات عایق کابل های قدرت به عنوان سنگدانه در RCCP انجام شده است. این ضایعات با درصد های حجمی 5، 15، 30 و 50 جایگزین درشت دانه در مخلوط RCCP شده است. نتایج نشان داد استفاده از ضایعات عایق کابل های قدرت سبب کاهش وزن مخصوص و مدت زمان تراکم RCCP میشود. پس از جایگزینی 5 درصد حجمی این ضایعات ، مقاومت فشاری 28 روزه از حداقل مقاومت های فشاری تعیین شده آیین نامه روسازی بتن غلتکی بیشتر شد. با توجه به نتایج آزمایش ها استفاده از این ضایعات در درصد های بیشتر از 5 درصد حجمی ، برای مسیرهایی با ترافیک سبک ، محوطه های صنعتی، راه های روستایی و پیاده رو ها توصیه می شود.
1. مقدمه
یکی از مهمترین فاکتور های های مورد بررسی که در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته، بحث آلودگی های محیط زیست است. عایق کابل های قدرت از جنس پلی اتیلن می باشد که بیش از 50 سال است که به عنوان عایق مناسب در صنعت ساخت کابل و سیم استفاده می شود و فواید بسیاری دارد. در سرتاسر جهان سالانه مقادیر زیادی از کابل های قدرت با این عایق تولید می شود که در دارای ضایعاتی است. اگر این ضایعات به طبیعت برگردد سبب ایجاد آلودگی در محیط زیست می شود و همچنین این مواد در طبیعت تجزیه ناپذیر می باشند. در تحقیقاتی که سال 2003 درژاپن توسط Sh.Tokuda و سال 2007 در سوئد توسط J. Christéen و همکارانشان انجام شد مقدار تولید سالانه ضایعات عایق کابل های قدرت به ترتیب برابر 10000 و 40000 تن برآورد شده است.. [1, 2 ] این آمار مقدار زیاد ضایعات عایق کابل های قدرت را نشان میدهد. شکل شماره 1 یکی از محل های دپوی این ضایعات را نشان میدهد. انباشته شدن ضایعات پلیمر ها شامل ضایعات پلاستیک، ضایعات لاستیک و مواد پلی اتیلنی مانند عایق کابل های قدرت، باعث نگرانی در سرتاسر دنیا شده است. امروزه به ناچار اکثر این مواد را یا با روش های خاص دفن می کنند یا با سوخت های فسیلی می سوزانند. سوختن و خاکستر کردن این ضایعات علاوه بر مصرف انرژی و باعث آلودگی هوا نیز می شود. همچنین دفن کردن نیز به محل مناسب نیاز دارد و سبب آلودگی خاک نیز می گردد. چون این ضایعات پلی اتیلنی روانی پایینی دارند، به ندرت بازیافت میشود و بازیافت آن برای محققین از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلایل یافتن راهی مناسب برای بازیافت عایق کابل های برق دارای اهمیت زیادی است و سبب استفاده مجدد از این ماده با ارزش می گردد4]،. [3
بتن غلتکی، بتنی با اسلامپ صفر است که در رویه های راه به کار می رود. مزایای عمده این نوع روسازی باعث برتری آن نسبت به روسازی آسفالتی و بتنی معمولی شده است. از جمله می توان به مزایایی چون اجرای سریع و آسان، عدم نیاز به میلگرد فولادی ، هزینه های اجرایی کم، مصرف کمتر سیمان و مقاومت زیاد آن در شرایط آب و هوایی سرد یا گرم اشاره کرد. بتن غلتکی مخلوطی است که در حالت تازه شرایطی دارد که امکان عبور غلتک از روی آن وجود دارد. به این ترتیب بوسیلهی غلتک سطح بتنی سخت و متراکم شده ای ایجاد میشود. مهندسین ارتش آمریکا اولین بار در سال 1942 از روسازی بتن غلتکی استفاده کردند. اگرچه گزارش هایی از استفاده این نوع روسازی در سال 1930 در کشور سوئد ثبت شده است. اولین بار در کانادا در سال 1976 محوطه ای صنعتی از روسازی بتن غلتکی ساخته شد. مزایای این نوع روسازی و پیشرفت های آن با کاربری های دیگر در سال های بعد، سبب فراگیر شدن این نوع روسازی گردید. [5] روسازی بتن غلتکی نسبت به سایر روسازی های بتنی، به دلیل نداشتن شبکه میلگرد از نظر اقتصادی توجیه بیشتری دارد. علاوه بر این هزینه نگهداری این روسازی نیز پایین تر است. مقاومت خمشی روسازی بتن غلتکی برابر یا حتی بهتر از بتن معمولی است. تحقیقات اخیر نشان می دهد که این نوع روسازی عملکرد طولانی مدت مطلوبی دارد . این روسازی معمولا برای ترافیک با سرعت بالا اجرا نمی شود ولی مواردی برای سرعت های بالا نیز اجرا شده است. [6]
افزایش ضایعات صنایع مختلف در سال های اخیر سبب شده است که تحقیقات زیادی در این زمینه صورت گیرد. در روسازی بتن غلتکی نیز می توان از مواد بازیافتی به عنوان سنگدانه و پوزولان استفاده نمود. برای مثال آزمایش های تحقیقی که توسط A.Modarres و Z.Hosseini انجام شد نشان داد که استفاده از خرده آسفالت بازیافتی ناشی از ترمیم روسازی های آسفالتی به عنوان ریز دانه و درشت دانه سبب افت مقاومت فشاری روسازی بتن غلتکی گردید. ولی با توجه به در دسترس بودن این مصالح بازیافتی در راه های آسفالتی ، استفاده مجدد از این مواد بازیافتی برای محافظت از محیط زیست و استفاده از آن در مسیر های کم تردد توجیه پیدا کرده است.[7] در کشور های دیگر نیز، به دلایل اقتصادی و زیست محیطی ، اسفالت بازیافتی حاصل از روسازی های قدیمی، مورد تحقیق و بررسی قرار می گیرد. در الجزایر مخصوصا به دلیل حجم زیاد سالیانه این ضایعات، اهمیت پیدا کرده است. یکی از راه های بازیافت و استفاده مجدد ضایعات روسازی های آسفالتی، استفاده آن ها به عنوان سنگدانه، در مخلوط روسازی بتن غلتکی است. با توجه به اندازه های مختلف خرده آسفالت می توان از آنها به عنوان جایگزین درشت دانه و ریز دانه در روسازی بتن غلتکی استفاده کرد. پس از جاگزینی سنگدانه طبیعی و آسفالت بازیافتی و بررسی ویژگی های مکانیکی و دوام روسازی بتن غلتکی، آزمایش ها نشان داد می توان 50 درصد این سنگدانه ها را جایگزین نمود و روسازی نسبتا مطلوب باقی می ماند. علاوه بر این با این کار قسمت زیادی از ضایعات آسفالت مورد استفاده مجدد قرار گرفته است و از جهت زیست محیطی بسیار مطلوب است.[8]
استفاده از بتن بازیافت شده راه های قدیمی به عنوان سنگدانه در بتن غلتکی، نیز می تواند به محیط زیست کمک کند. سالیانه بیش از 2 میلیون تن ضایعات راه های بتنی حاصل از تخریب و ساخت در منطقه جنوبی بلژیک تولید می شود. سنگدانه های بازیافتی در مخلوط بتن غلتکی عملکرد مناسبی نشان دادند. ویژگی هایی مانند سایش لس آنجلس و درصد جذب آب و وزن مخصوص سنگدانه های بازیافتی مناسب ارزیابی شد. با جایگزین کردن سنگدانه و بتن بازیافتی، مقاومت فشاری بتن غلتکی کاهش یافت اما این تحقیق فرصت استفاده از بتن بازیافتی در بتن غلتکی را بیان می کند.[9]
با توجه به رشد حمل و نقل زمینی و افزایش تعداد خودرو ها، تولید لاستیک افزایش یافته است. به همین نسبت استهلاک و فرسودگی لاستیک خودرو ها نیز بیشتر شده است. مساله ی بازیافت این ضایعات به امری مهم تبدیل شده، که مورد توجه محققین قرار گرفته است. یکی از راه هایی که می توان این ضایعات را بازیافت کرد، استفاده از آنها به عنوان سنگدانه در مخلوط روسازی بتن غلتکی است. استفاده از خرده لاستیک در درصد های مختلف و بررسی عملکرد روسازی بتنی با این مواد بازیافتی، می تواند نقش مهمی در حفظ محیط زیست داشته باشد. در این تحقیق پودر لاستیک با درصد های 5 ، 10 ، 15و ... و 35 جایگزین ریز دانه شده و نیز در برخی از نمونه ها علاوه براین جایگزینی، سیلیکا فوم جایگزین درصدی از سیمان شده است. آزمایش ها نشان داد که تنها در نمونه های 5 و 10 درصدی که شامل پودر لاستیک و بدون سیلیکا فوم بودند، افزایش مقاومت فشاری را شاهد بودیم ولی نمونه های 15 و 20 درصد جایگزینی پودر لاستیک و سیلیکا فوم نیز افزایش مقاومت فشاری داشتند. مقاومت خمشی نمونه های 5 درصدی پودر لاستیک با سیلیکا فوم و بدون سیلیکا فوم بودند نیز افزایش یافت. درنتیجه استفاده از پودر لاستیک به عنوان ریزدانه علاوه بر اینکه در بهبود شرایط محیط زیستی نقش دارد سبب بهبود خواص روسازی بتن غلتکی می گردد.[10] در تحقیق دیگری برای برای کاهش چگالی بتن از جایگزینی خرده لاستیک بازیافتی با سنگدانه های طبیعی استفاده شده است. در این تحقیق 10 طرح اختلاط با درصد های مختلف لاستیک و 1 طرح بتن با سنگدانه طبیعی ساخته شده است تا ویژگی های مکانیکی و فیزیکی بتن مقایسه شود. جایگزینی ها از 10 تا 100 درصد انجام شد. در اینجا نیز جایگزینی لاستیک چگالی و ویژگی های مکانیکی بتن را کاهش داد. مدول الاستیسته از 24/1 GPa برای نمونه با سنگدانه طبیعی به 6/3 GPa برای 100 درصد جایگزینی لاستیک کاهش یافت. این تحقیق نشان داد در بتن های سبک می توان از خرده لاستیک ها به عنوان سنگدانه استفاده کرد .[11]
یکی از معایب روسازی های صلب، انعطاف پذیری کم آنها است. این امر سبب ایجاد ترک در اثر نیرو های کششی و خمشی می شود. با استفاده مجدد از برخی ضایعات صنایع مانند لاستیک خرد شده و بطری های پلاستیکی خرد شده - polypropylene, PP - به عنوان سنگدانه - درشت دانه و ریزدانه - می توان انعطاف پذیری روسازی بتنی را افزایش داد. در این تحقیق سنگدانه های مخلوط روسازی بتنی در درصد های 10 ، 20، 30، 40 با خرده لاستیک و بطری های پلاستیکی خرد شده جایگزین شد. نتایج آزمایش ها به صورتی بود که بهترین مقدار مقاومت کششی غیر مستقیم مربوط به درصد های جایگزینی 10 ، 20 و 30 درصد بود. این تحقیق نشان داد با استفاده از مواد بازیافتی می توان علاوه بر کاهش هزینه ها، به بهبود ویژگی های روسازی بتنی از جمله مقاومت کششی غیر مستقیم نیز کمک کرد.[12] در تحقیق دیگری دوام بتن بعد از جایگزینی ضایعات پلاستیکی - - polyethylene terephthalate به عنوان سنگدانه طبیعی در مخلوط های بتنی، بررسی شده است. در این تحقیق ضایعات پلاستیکی با درصد های 7/5 و 15 جایگزین سنگدانه مخلوط بتن شد. تاثیر استفاده این ضایعات به عنوان درشت دانه و ریز دانه مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر سنجش ویژگی های مکانیکی قبل و بعد از جایگزینی ضایعات پلاستیکی، آزمایش هایی مانند انقباض و جذب آب روی این نمونه ها انجام شد.در نهایت آزمایش ها نشان داد دوام نمونه های حاوی ضایعات پلاستیکی نسبت به نمونه های عادی بتنی کاهش می یابد ولی استفاده از این مواد در مخلوط بتنی منجر به یافتن راهی مناسب جهت بازیافت این مواد تجزیه ناپذیر گردید.[13]
با توجه به مطالعات اخیر در رابطه با استفاده از مواد بازیافتی در روسازی های بتنی مخصوصا روسازی بتن غلتکی، برای جلوگیری از آلودگی محیط زیست و کاهش هزینه های ساخت صورت گرفته است، ضرورت دانستیم این تحقیق با بررسی استفاده از ضایعات عایق کابل های قدرت به عنوان سنگدانه در مخلوط روسازی بتن غلتکی انجام دهیم. با توجه به تجزیه ناپذیر بودن این ضایعات و اینکه یافتن راهی مناسب برای بازیافت آنها هنوز هم نیازمند مطالعه و تحقیق بیشتر است، به نظر می رسد با استفاده از این ضایعات به عنوان جایگزین سنگدانه می توان از ورود این ضایعات و آلودگی محیط زیست جلوگیری کرد. با توجه به رایگان بودن این ضایعات، می توان نیاز به سنگدانه طبیعی و هزینه های ساخت را کاهش داد. از مهمترین اهدافی که باعث انجام این تحقیق شدند می توان به امکان استفاده از ضایعات عایق کابل های قدرت به عنوان سنگدانه طبیعی با چند درصد مختلف حجمی در مخلوط روسازی بتن غلتکی، بررسی مقاومت فشاری روسازی بتن غلتکی بعد از جایگزینی این ضایعات، بررسی تغییرات چگالی مخلوط بتنی و تغییرات زمان تراکم مخلوط روسازی بتن غلتکی برای درصد های مورد آزمایش اشاره کرد.
2. مواد و مصالح مصرفی
مصالح مورد استفاده شامل سیمان پرتلند تیپ دو شاهرود، درشت دانه شکسته پایه آهکی و ماسه کوهی است. درشت دانه ها از معدنی در 20 کیلومتری شهرستان شاهرود و ماسه کوهی از معدنی در 5 کیلومتری شهرستان میامی استان سمنان تهیه شده است. درشت دانه ها در 3 سایز - عبوری از الک های 3/8 in، 1/2 in و - 3/4 in با بزرگترین اندازه 3/4 in استفاده شده است. ماسه کوهی از معدنی در 5 کیلومتری شهرستان میامی استان سمنان تهیه شده است. آب شرب طبیعی فاقد هرگونه افزودنی استفاده شده است. ضایعات عایق کابل های قدرت بوسیله دستگاه مخصوص بازیافت پلاستیک خرد شده است. اندازه این مواد مانده روی الک شماره - 4/75mm - 4 و عبوری از الک - 10mm - 3/8in است. شکل 2 این ضایعات را در حالت عادی و در اندازه مورد استفاده نشان می دهد.
