بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به گسترش روز افزون استفاده از بتن های هوشمند توانمند در دهه گذشته بدلیل رفتارهای مکانیکی و دوام مورد نیاز مطلوب در شرایط ویژه ، افق گستره ای را در برابر مهندسان و طراحان در عرصه ساخت گشوده است به گونه ای که دهه پیش رو را می توان دهه تحول در صنعت ساخت با استفاده از این تکنولوژی جدید نامید .
نیاز دنیای جدید به گسترش زیرساخت ها از یک سو و محدویت منابع و مواد اولیه مورد استفاده در صنعت ساخت از سویی دیگر و نیز اثرات زیست محیطی مخرب ناشی از تولید محصولات مرتبط با صنعت ساخت، اهمیت حاکم شدن تفکری بر پایه تامین کیفیت مطلوب در کنار کاهش اثرات زیست محیطی و نیز افزایش بهره وری اقتصادی محصولات این صنعت را نمایان می کند .
بتن های هوشمند توانمند به عنوان نسل جدید بتنهای مورد استفاده ، یکی از نمونه محصولاتی هستند که از بدو پیدایش ، مورد مطالعات چرخه های زیست محیطی و اقتصادی قرار گرفته اند . این مطالعه در راستای این افق ، به دنبال بررسی اثرات اقتصادی و زیست محیطی ناشی از ساخت یک سازه با استفاده از بتن های هوشمند توانمند در یک بازه یکصد ساله در مقایسه با استفاده از بتن های متداول ، بر پایه اصول و متدولوژی چرخه حیات پروژه می باشد .
محاسبات در محدوده مکانی ایران و شهر اهواز گرفته است . نتایج نشان می دهد که هزینه های بعمل آمده در یک دوره یکصد ساله این بتن ها کمتر از هزینه های صورت گرفته در بیشتر از نیمی از دوره معادل در بتن های متداول می باشد . و به همین ترتیب اثرات زیست محیطی این بتن های به خصوص در گرمایش جهانی در بدبینانه ترین حالت معادل دوره صد ساله بتن های متداول خواهد بود .
-1 مقدمه
بتن یکی از پر مصرف ترین محصولات دست سازی است که تاکنون بشر به آن دست یافته است . گسترش روز افزون مصرف بتن و گستردگی قابلیت های آن تا جایی است که به طور میانگین برای هر نفر در هر سال 1 تن بتن در جهان تولید می شود - 1 - . از سویی دیگر بتن به عنوان یکی از زیر مجموعه های اثرگذار در مجموعه مصالح ساختمانی به حساب می آید که به عنوان سومین گروه بزرگ تولید کننده CO2 در بین محصولات صنعتی در اروپا به شمار می آید. - - 2 مطالعات به عمل آمده نشان می دهد که سیمان به عنوان اصلی ترین ماده چسباننده بتن حدود 7 درصد میزان CO2 منتشر شده به محیط زیست را شامل می شود
اهمیت تولید سیمان به عنوان یک ماده پیوند دهنده در گسترش ساخت و ساز بخصوص در کشورهای در حال توسعه غیر قابل انکار است . همزمانی تولید سیمان پرتلند توسط جوزف آسپدین از طریق پخت سنگ آهک در سال - 5 - 1824 و رشد سریع افزایش تولید گاز CO2 در آغاز قرن - 6 - 19 نشان از اهمیت تاثیر این ماده در مقوله رهاسازی گاز CO2 در محیط زیست دارد. لذا لازم است راهکارهای مناسبی جهت استفاده همزمان و کنترل اثرات مخرب زیست محیطی از تولید و مصرف سیمان و محصولات وابسته به آن ارائه گردد .
استفاده و تقویت سیستم های مدیریت منابع طبیعی می تواند به عنوان یک عامل موثر در این امر قلمداد شود که در این راستا منجر به مصرف کمتر مواد خام طبیعی و نیز کاهش انتشار گاز CO2 به محیط زیست می گردد . پیشرفت های نوینی که در عرصه تکنولوژی بتن صورت گرفته کمک شایانی به متخصصان در زمینه مدیریت منابع طبیعی نموده است . دستاوردهای کسب شده پس از سال 1999 در بکارگیری بتن های هوشمند توانمند در بازسازی سازه ها 7 - و - 8 و در ادامه استفاده از بتن های ECO-هوشمند توانمند - 2 - نوید رسیدن و دسترسی به بتن های با قابلیت و توانمندی بالا و با میزان آلایندگی کم تر را می دهد .
پر واضح است که نتایج این دستاوردهای علمی در تولید محصولات بتنی جدید را در مقایسه با روش های مشابه و به کارگیری سایر روش های معمولی و سنتی و در یک افق طولانی مدت بهره برداری می توان آنالیز و تحلیل نمود .متدولوژی LCA بر پایه استاندارد - 9 - ISO 14040 جهت محاسبه اثرات زیست محیطی ، یکی از ابزای است که می تواند اثر بخشی این پیشرفت ها علمی را به خصوص در زمینه اثرات زیست محیطی به شکل واضح تری نمایان سازد .
هدف این مقاله بر آن است تا اثرات مالی و اقتصادی ساخت یک سازه بتنی با شیوه های متداول و سنتی در مقایسه با بتن هوشمند توانمند را در طول یک دوره بهره برداری 100 ساله مقایسه نماید و با ترکیب نتایج کسب شده با فاکتور اثرات زیست محیطی در طول این دوره بهره برداری ، به انتخاب روشی که پاسخگوی نیازهای جامعه و محیط زیست در طول چرخه عمر سازه باشد ، برسد .
اثرات مالی و اقتصادی محاسبه شده ترکیبی از هزینه اولیه ساخت ، هزینه های متداول تعمیر و نگهداری در طول دوره بهره برداری 100 ساله و هزینه های تخریب در پایان عمر کاربری عملکردی سازه می باشد که به صورت هزینه بر واحد متر مربع سطح عرشه ارائه می شود . اثرات زیست محیطی نیز با توجه به اهمیت عنوان شده ناشی از اثرات گاز CO2 در محیط زیست به صورت مجموع اثرات دوره ساخت ، تعمیر و نگهداری 100 ساله و تخریب نهایی در پایان عمر کاربری سازه و به صورت وزنی به صورت Kg CO2 عنوان شده است .
ارزیابی چرخه ی زندگی بتن که به اختصار از آن با LCA نام برده می شود در واقع گرد آوری و تحلیل داده ها و خروجی های سامانه ی یک محصول و تاثیرات بالقوه ی آن بر محیط در طول چرخه ی زندگی اش تعریف می شود. به عبارت دیگر، - LCA - 9 ابزاری است که تاثیرات یک محصول بر محیط اطراف را ،در چرخه ی زندگی اش، در تمامی سطوح تحلیل می کند.
بنا بر این تعریف تاثیرات یک محصول بر محیط از اولین لحظات تولید تا نابودی کامل آن مورد مطالعه قرار می گیرد. ازیابی چرخه حیات امکان تخمین اثرات زیست محیطی تجمعی ناشی از همه مراحل چرخه حیات محصول را فراهم می آورد و یک تکنیک برای ارزیابی جنبه های زیست محیطی و اثرات بالقوه همراه با محصول ، فرآیند یا خدمات می باشد و از روشهای مانند :
- گرد آوری یک فهرست موجودی از ورودی های انرژی و مواد و انتشار به محیط زیست
- ارزیابی اثرات بالقوه زیست محیطی همراه با ورودی های تعریف شده و انتشار به محیط زیست
- تفسیر نتایج برای کمک به تصمصم گیری
جهت دستیابی به هدف خود بهره مند می شود .
دو سازمان بین اللملی ISO وSETAC ارزیابی چرخه حیات را به عنوان یک ابزار مدیریت زیست محیطی توسعه داده اند . - 11 - ISO14044 تعریف LCA را چنین ارائه می دهد : " مجموعه ای از روش های سیستماتیک برای گرد آوری و ارزیابی مواد و انرژی ورودی و خروجی و اثرات زیست محیطی همراه یک سیستم محصول در طول چرخه حیات آن "و براساس نظر " - 12 - SATEC ارزیابی چرخه حیات یک فرآیند برای ارزیابی اثرات زیست محیطی همراه با یک محصول ، فرآیند یا فعالیت است که با شناسایی و کمی کردن انرژی و مواد مصرفی و زایدات منتشره به محیط زیست انجام می شود ، ارزیابی اثرات انرژی و مواد مصرفی و مواد منتشره به محیط زیست و شناسایی و ارزیابی فرصت ها برای بهبود وضعیت محیط زیست شامل کل چرخه حیات محصول ، فرآیند یا فعالیت ها ، از استخراج و فرآوری مواد خام ، ساخت ، حمل و نقل و توزیع ، استفاده ، استفاده مجدد ، نگهداری ، بازیافت و دفع نهایی می شود". هر چه که درک سازندگان و مصرف کنندگان یک محصول از مفهوم گهواره تا گور گسترش یابد دست یابی به یک رویکرد زیست محیطی پایدار ساده تر و عمیق تر خواهد بود .
بر این اساس مواد در چرخه ای از فرآیند ساخت ، بهره برداری ، تخریب و رسیدن مجدد به سطح دیگری از مواد خام اولیه برای ساخت محصول دیگری مورد استفاده قرار می گیرند . بتن نیز یکی از محصولاتی است که به دلیل استفاده بسیار زیاد از مواد خام اولیه طبیعی نیازمند به یک رویکرد پایدار در فرآیند تولید و ساخت و بهره بردای است. لازم به ذکر است که بتن یکی از موادی است که بدلیل قرارگیری در شرایط محیطی متفاوت بسیاری از متخصصان اطلاعات دقیق و مشخصی مربوط به دوره استفاده و پایان عمر آن را در اختیار ندارند
لذا تعریف یک راهبرد منطقی با در نظر گرفتن اثرات دوره ساخت و بهره بردای برای آن از اهمیت ویژه ای برخوردار خواهد بود .در این مقاله از رویکرد استاندارد -11 - ISO 14040-14044 - 9 به عنوان چهارچوب و متدولوژی جهت انجام مطالعات در چهار مرحله .1 تعریف هدف و گستره .2 تحلیل موجودی.3 تحلیل تاثیرات .4 تفسیر و اجرا ، جهت شناخت و تحلیل صحیح رفتار پایدار بتن استفاده شده است . شکل - 1 - بیانگر چهارچوب در نظر گرفته شده برای انجام مطالعات LCA براساس استاندارد تعیین شده می باشد
شکل شماره -1 چهارچوب مطالعات LCA
-2 معرفی و سابقه بتن های مورد مطالعه
بتن هوشمند توانمند را می توان آخرین دستاورد از محصولات بتنی با کارایی بالا دانست که در آن برای دستیابی به رفتاری همگن تر از مصرف سنگدانه های بزرگ در آن صرفنظر می گردد .چگالی این گونه از بتن های بدلیل استفاده از میکروسیلیس در کنار ماسه و سیمان افزایش یافته و این امر منجر به تامین رفتار تراکم پذیر بسیار مطلوب آن می شود . با این حال استفاده از مقادیر زیادی از مواد ریز دانه منجر به دستیابی به بتنی با شکنندگی بالا خواهد شد، لذا با افزودن الیاف های فولادی می توان به سطح مطلوبی از انعطاف پذیری در این بتن های دست یافت .
ویژگی انعطاف پذیری بالای این بتن ، امکان تحمل تنش های خمشی و کششی حتی پس از وقوع ترک در آن را نیز تامین می کند .به علاوه رفتار نفوذناپذیر ناشی از مواد متشکه آن منجر به دستیابی به پایداری بالا ناشی از افزایش دوام بتن می گردد.
نفوذناپذیری بالای این گونه بتن ها در کنار رفتارهای مکانیکی بسیار مطلوب آنها را به عنوان گزینه ای مناسب جهت استفاده در سازه های بتنی مسلح در شرایط محیطی خورنده معرفی کرده است - 14 - . در حال حاضر و با پیشرفت های وسیعی که در زمینه گسترش و تولید اینگونه بتن در جهان گردیده ، گونه های مختلفی با عناوین تجاری متعددی در بازار عرضه می شود که هر یک قابلیت های مکانیکی متخلفی از بتن هوشمند توانمند را نشان می دهند . در جدول شماره1 برخی از نمونه های متداول اینگونه بتن درج شده است .
جدول شماره -1 قابلیت های مکانیکی انواع مختلف بتن های هوشمند توانمند
