بتن سبک سازه‌ای پایدار با استفاده از ضایعات پلاستیک PET بازیافتی
مقدمه
پلاستیک به‌عنوان یکی از پرمصرف‌ترین مواد قرن بیست‌ویکم، به چالش بزرگ زیست‌محیطی تبدیل شده است. بر اساس گزارش‌های بین‌المللی، تنها حدود ۲۰ درصد ضایعات پلاستیکی در جهان بازیافت می‌شوند و باقی آن یا دفن می‌گردد یا وارد اکوسیستم‌های آبی و خاکی می‌شود. پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) که معمولاً در بطری‌های نوشیدنی، بسته‌بندی مواد غذایی و الیاف مصنوعی کاربرد دارد، سهم چشمگیری در این معضل دارد. از سوی دیگر، صنعت ساخت‌وساز به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان منابع طبیعی، نیازمند رویکردهای نوین برای کاهش فشار زیست‌محیطی است. یکی از راهکارهای نوآورانه، استفاده از ضایعات PET به‌عنوان سنگدانه در بتن سبک سازه‌ای است. این مقاله با تکیه بر پژوهش‌های اخیر (Resende et al., 2024) به بررسی خواص، مزایا، چالش‌ها و چشم‌اندازهای بتن سبک حاوی سنگدانه PET بازیافتی می‌پردازد.
پس‌زمینه و اهمیت موضوع
بحران ضایعات پلاستیکی
تولید جهانی پلاستیک در سال‌های اخیر از مرز ۴۰۰ میلیون تن در سال گذشته است. PET به دلیل ویژگی‌هایی مانند شفافیت، استحکام و مقاومت شیمیایی، سهم زیادی در این آمار دارد. عدم تجزیه‌پذیری این ماده در کوتاه‌مدت موجب انباشت آن در محیط و ایجاد مشکلات زیست‌محیطی همچون آلودگی آب‌های آزاد، تهدید حیات وحش و تولید میکروپلاستیک‌ها می‌شود.
بتن سبز و توسعه پایدار
در دهه اخیر، مفهوم «بتن سبز» (Green Concrete) با هدف کاهش ردپای کربنی و استفاده از مواد جایگزین مطرح شده است. بتن‌های حاوی مواد بازیافتی علاوه بر صرفه‌جویی در منابع طبیعی، نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای دارند. استفاده از PET در بتن سبک می‌تواند نمونه‌ای از هم‌گرایی صنعت بازیافت و مصالح ساختمانی پایدار باشد.
مواد و روش‌ها
معرفی سنگدانه PET
سنگدانه‌های PET از خردایش و دانه‌بندی ضایعات بطری‌ها و بسته‌بندی‌های پلاستیکی به‌دست می‌آیند. این ذرات دارای وزن مخصوص پایین و رسانایی حرارتی اندک هستند که آن‌ها را برای تولید بتن سبک مناسب می‌سازد.
آماده‌سازی و طرح اختلاط
در پژوهش Resende و همکاران (2024)، دو دسته مخلوط طراحی شد:
- بتن سبک با جایگزینی کامل سنگدانه‌های طبیعی با PET.
- بتن سبک با ترکیب PET و رس منبسط‌شده به‌عنوان سنگدانه سبک.
فرآیند تولید شامل اختلاط یکنواخت، کنترل رطوبت و عمل‌آوری استاندارد نمونه‌ها بود. معیارهای ارزیابی طبق آیین‌نامه‌های ACI و Eurocode انجام شد.
نتایج و بحث
خواص فیزیکی
بتن‌های تولیدشده دارای وزن واحدی در محدوده 1190 تا 1280 کیلوگرم بر مترمکعب بودند. این مقدار کمتر از حد بتن‌های معمولی است و در محدوده بتن سبک قرار می‌گیرد. بر اساس آیین‌نامه ACI، بتن با وزن واحد کمتر از 1850 کیلوگرم بر مترمکعب به‌عنوان بتن سبک طبقه‌بندی می‌شود.
مقاومت فشاری
حداکثر مقاومت فشاری بتن حاوی PET حدود 17.6 مگاپاسکال گزارش شد که در محدوده بتن سبک سازه‌ای قرار دارد. این مقدار گرچه کمتر از بتن‌های معمولی (با مقاومت بالای 25 مگاپاسکال) است، اما برای برخی کاربردهای سازه‌ای سبک کفایت می‌کند.
ریزساختار و چالش‌ها
بررسی میکروسکوپی نشان داد که سنگدانه‌های PET به‌دلیل خاصیت آب‌گریزی، چسبندگی ضعیفی با خمیر سیمان دارند. این مسئله منجر به افزایش تخلخل و در نتیجه کاهش مقاومت مکانیکی می‌شود. با این حال، افزودن رس منبسط‌شده باعث بهبود انسجام، کاهش تخلخل و افزایش دوام شد.
شاخص کارایی
یکی از معیارهای کلیدی، شاخص کارایی (Efficiency Factor) است که نسبت مقاومت فشاری به چگالی بتن را نشان می‌دهد. مقدار این شاخص در بتن حاوی PET حدود 12.3 MPa·cm³/g به‌دست آمد که با بتن‌های سبک مشابه در منابع علمی قابل مقایسه است.
کاربردهای عملی
بلوک‌های ساختمانی
به دلیل وزن کم و عایق حرارتی مناسب، بتن حاوی PET می‌تواند در تولید بلوک‌های دیواری سبک استفاده شود.
کف‌سازی و دیوارهای غیر باربر
کاربرد دیگر در اجرای کف‌ها و دیوارهای جداکننده است، جایی که مقاومت بالا چندان حیاتی نیست اما سبکی و عایق‌بودن اهمیت دارد.
سازه‌های سبک
در پروژه‌هایی که نیاز به کاهش بار مرده سازه وجود دارد، این بتن می‌تواند جایگزین مناسبی برای بتن سبک سنتی باشد.
چالش‌ها و محدودیت‌ها
- ضعف چسبندگی سنگدانه PET با خمیر سیمان که منجر به کاهش مقاومت می‌شود.
- افزایش تخلخل که می‌تواند دوام را تحت تأثیر قرار دهد.
- نیاز به اصلاح سطحی سنگدانه‌ها (مانند استفاده از پوشش‌های معدنی یا شیمیایی) برای بهبود عملکرد.
- هزینه‌های اقتصادی مربوط به جمع‌آوری، خردایش و آماده‌سازی PET.
چشم‌انداز آینده
ترکیب با سایر مواد بازیافتی
ترکیب PET با مواد دیگری مانند خاکستر بادی، سرباره کوره آهن، یا الیاف شیشه‌ای می‌تواند خواص مکانیکی بتن را بهبود دهد.
استفاده از فناوری‌های نوین
کاربرد نانومواد یا افزودنی‌های پلیمری می‌تواند ضعف چسبندگی PET را جبران کند.
نقش در توسعه پایدار
این رویکرد هم‌راستا با اهداف توسعه پایدار سازمان ملل (SDGs) است و می‌تواند به کاهش مصرف منابع طبیعی و کاهش آلودگی کمک کند.
نتیجه‌گیری
استفاده از سنگدانه‌های PET بازیافتی در بتن سبک سازه‌ای، نمونه‌ای از نوآوری‌های پایدار در صنعت ساخت‌وساز است. نتایج پژوهش‌ها نشان می‌دهد که این نوع بتن با داشتن وزن کم و مقاومت قابل‌قبول، قابلیت استفاده در بلوک‌های ساختمانی، دیوارهای غیر باربر و حتی برخی سازه‌های سبک را دارد. هرچند چالش‌هایی همچون ضعف چسبندگی و افزایش تخلخل وجود دارد، اما با بهره‌گیری از افزودنی‌ها و سنگدانه‌های مکمل مانند رس منبسط‌شده می‌توان بر این مشکلات فائق آمد. در مجموع، بتن حاوی PET می‌تواند به‌عنوان یک مصالح سبز و پایدار جایگاهی ویژه در آینده صنعت ساختمان داشته باشد.
منبع
Resende, D.M.; de Carvalho, J.M.F.; Paiva, B.O.; Gonçalves, G.R.; Costa, L.C.B.; Peixoto, R.A.F. Sustainable Structural Lightweight Concrete with Recycled Polyethylene Terephthalate Waste Aggregate. Buildings, MDPI, Vol. 14, No. 609, 2024. DOI: 10.3390/buildings14030609
برای دریافت مشاوره و اطلاعات بیشتر، همین حالا با ما تماس بگیرید.