بخشی از مقاله
مقایسه سازه های فلزی و بتنی از نظر جنبه های زیست محیطی
چکیده:
بتن و فولاد به عنوان مصالح برگزیده قرن در صنعت ساخت و ساز (عمران) دارای جایگاه ویژه ای است. بتن پس از آب پر مصرفترین مصالح و فولاد پر مصرفترین فلز صنعتی است و مصرفشان پیوسته رو به افزایش است. تولید بتن و فولاد از حیث محیط زیست اثرات متعددی دارد. که عدم توجه به آن ها می تواند مشکلات زیادی را به بار آورد.
به همین دلیل در کشورهای صنعتی با تحول اساسی که در ارتقاء سطح تکنولوژی بتن بوجود آمده گام های موثری در ارتباط با محیط زیست و سازه های فلزی و بتنی برداشته شده است.در این مصالح برای ارزیابی کیفی، معیارهایی فراتر از میزان سیمان و فلز مصرفی و حتی مقاومت مورد توجه قرار دارد و آن پایائی و عمر مفید سازه هاست. پایائی و عمر مفید بالا یعنی طراحی پایدار و طراحی پایدار یعنی رسیدن به کارائی بالا برای به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی ساختمان در طول چرخه عمر آن. به طور کلی پایداری را می توان در، حفاظت از آب و انرژی و منابع و حفاظت از جو و استفاده بهینه از آن ها خلاصه نمود.در این مقاله تلاش شده است تا جنبه های زیست محیطی سازهای بتنی و فولادی مورد بررسی قرار گیرد.که کدام یک از این سیستم ها تا چه حدی می تواند به عنوان ساختمانی سبز در ساخت و ساز مورد بهره برداری قرار گیرد. نتایج این بررسی نشان داد سازه های بتنی از نظر مصرف مواد و انرژی نسبت به سازه فلزی از لحاظ زیست محیطی مطلوب است .
کلمات کلیدی : مهندسی محیط زیست ؛ساخت وساز ؛ سازه های فولادی ؛ سازه های بتنی
مقدمه:
بتن پر مصرفترین مصالح ساختمان است. این ماده معمولاً از مخلوط نمودن، سیمان پرتلند، ماسه و سنگ شکسته و آب ساخته می شود. در سال «Mather» 1999 گفته است همچنان که هوا برای تنفس، آب برای نوشیدن، و زمین برای رویش گیاهان ضروری است بتن نیز شالوده تمدن است. از طرفی فولاد نیز یکی از پر مصرفترین فلزات صنعتی محسوب می شود.
در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است. براساس گزارش CEMBUREAU در سال 1990 تولید جهانی سیمان حدود 1 میلیارد تن بوده که در سال 1998 این میزان به 1,6 میلیارد تن رسیده است. در حالی که امروزه تولید فولاد جهان نزدیک به 1300 میلیون در سال است. همان طور که در شکل 1 دیده می شود در ابتدای نیمـه دوم قرن بیستم مصرف سیمان به شدت رو به افزایش گذاشته است. ( شکرچی زاده ؛ م ((1385)
شکل : 1 تولید جهانی سیمان در قرن بیستم
البته این مقدار مصرفی به دلیل پایان جنگ جهانی دوم و برای بازسازی خرابه های ناشی از جنگ جهانی در کشورهای اروپائی و ژاپن طبیعی بوده است. در کشور ایران با توجه به میزان تولید و مصرف سیمان حدود 45 میلیون تن و با فرض مصرف متوسط 300 کیلوگرم سیمان در هر متر مکعب بتن، تولید بتن بالغ بر 150 میلیون متر مکعب در سال و مصرف سرانه بالغ بر 2 متر مکعب برآورد می شود که از متوسط مصرف سرانه در جهان بیشتر است. (CEMBUREAU)
مقایسه این تولید و مصرف سیمان نشان می دهد که ایران دارای حد بالائی از مصرف سیمان به نسبت درآمد و در مقایسه با سایر کشورهای جهان است. براساس شواهد تاریخی اولین کاربردهای بتن به عنوان مصالح ساختمانی برای ساخت پل های ابگذر و دیوارهای حائل در برابر آب، توسط رومی ها انجام گرفته است. امروزه استفاده از بتن در ساخت اسکلت های ساختمان، سدها و کانال های لوله انتقال آب و مخازن ذخیره سازی استفاده می شود.
دوام بتن در مقابل آب های خورنده و مهاجم در مقایسه با فلزات موجب کاربرد وسیع آن در برابر محیط های مهاجم و طبیعی گشته است. از دیگر مزایای بتن سهولت شکل دادن به آن برای ساخت اجزای مختلف سازه است که خیلی راحت در قالب های مختلف قرار گرفته و به شکل مورد نظر در می آید. ولی فلزات شکل پذیری محدودی دارند. از دیگر دلایل محبوبیت بتن در نزد مهندسان سهولت در دسترسی به آن و ارزانی این مصالح است که این ویژگی را فولاد ندارد و پروسه تولید و تهیه و انتقال آن دشوار است. طراحی ساختمان های پایدار باید از طریق رویکرد یکپارچه ساخت و ساز و طراحی سبز صورت گیرد که هدف از یک طراحی سبز رسیدن به عملکرد بالا و به حداقل رساندن تاثیرات زیست محیطی ساختمان ها در طول عمر آن هاست. به عنوان مثال برای رسیدن به این هدف مهندسان معمار با شناخت اقلیم و مصالح مناسب طراحی همساز با محیط را انجام دهد. و مهندسین سازه، سیستم های سازه ای را در فاز اولیه طراحی مورد بررسی قرار دهند با در نظر گرفتن اینکه هر یک از سازه های فولادی و بتنی تا چه حدی ازانرژی مورد نیاز جهت سرمایش و گرمایش را کاهش می دهد.همچنین توانائی ترکیب کردن مصالح محلی و بازیافت شده را به مصالح مورد مصرف در پروژه ساختمانی بدهد.نظر به اینکه در تولید سازه های فلزی و بتنی مواد مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد ؛ لذا به منظور دستیابی به اهداف توسعه پایدار و استفاده بهینه از منابع دراین تحقیق جنبه های زیست محیطی تولید سازه های فلزی و سازه های بتنی مورد بررسی قرار گرفته است تا مطلوبترین سازه از نظر زیست محیطی معرفی گردد .
مقایسه استفاده از بتن و فولاد از لحاظ جنبه های زیست محیطی
جهان امروز نیازمند مصالح ساختمانی است که مساعد و مناسب برای محیط زیست باشد. بتن در مقایسه با فولاد صرف نظر از مزایای فنی و اقتصادی با محیط زیست یارمند است و برای انجام وظیفه مشخص خود به انرژی کمتری نیاز دارد . یعنی به صورت مستقیم و غیر مستقیم سوخت کمتری می سوزاند و آلاینده های کمتری وارد محیط زیست می کند.همانطور که در شکل 2 مشاهده می گردد میزان انرژی مصرفی برای تولید بتن حدود 800 کیلوژول و برای تولید فولاد حدود 1800 کیلوژول می باشد.
شکل : 2 مقایسه میزان مصرف انرژی برای تولید بتن و فولاد و سایر مصالح
باید توجه داشت که در ذخیره انرژی در ساختمان ها باید مواردی چون اقلیم، منطقه قرارگیری ساختمان، هزینه انرژی مورد نیاز، نوع سازه و سیستم های ساختمانی و مصالح مصرفی مورد توجه قرار گیرد و تا حد امکان باید در بهینه سازی مصرف انرژی و عملکرد آن توجه نمود.در اینجا به بـرخی از محاسنات بتن نسبت به فلز از لحاظ زیست محیطی اشاره می شود.
الف) مواد مورد نیاز برای تولید سیمان و بتن عموماً در سراسر جهان وجود دارند و اصطلاحاً مصالح بوم آور هستند که حمل و نقل آن از نظر مصرف انرژی پارامتر مهم و اساسی را در مقایسه تولید دونوع سازه های بتنی وفلزی تشکیـل نمی دهد.
ب) سهولت در بازیافت ضایعات بتن در مقایسه با فولاد:
از آنجا که پس از اتمام بتن ریزی، از بتن باقی مانده که هنوز سخت نشده است می توان سنگ دانه ها را جدا کرد. بنابراین تولید ضایعات در مرحله اول یک مسئله مهم در رابطه با صنعت تولید بتن نیست. حتی پساب باقی مانده از احیاء سنگدانه ها را می توان با آب حاصل از شستشوی میکس تراک (mix track) اضافه نمود. این پساب خمیر سیمان را می توان آب زدائی و خشک کرد و پس از خرد کردن به عنوان بخشی از سنگ دانه های ریز مورد استفاده قرار داد.
