افزودن پلی اتیلن سنگین و پلی اتیلن ترفتالات به آجرهای سفالی

بهینه سازی آجرهای سفالی با پلی اتیلن سنگین و پلی اتیلن ترفتالات

تلاش صنعت ساخت و ساز برای دستیابی به مواد پایدار تحقیقات را به سمت مواد افزودنی جدید باهدف افزایش عملکرد آجر سفالی پیش می برد. پلیمرهای پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) مواد امیدوارکننده ای هستند اما تاثیر آنها بر تخلخل و جذب آب در اندازه‌های مختلف همچنان ناشناخته مانده است. این صنعت HDPE و PET را در نسبت‌ها و اندازه‌های مختلف در آجرهای رسی پخته نشده ترکیب کرده و تغییر در تخلخل و جذب آب را ازطریق اندازه‌ گیری چگالی توده، میکروسکوپ و تحلیل ضریب جذب آب مویرگی مورد بررسی قرار می دهد. افزودنی های پلیمری، به ویژه PET تا 1 میلیمتر به طور قابل توجهی تخلخل را کاهش می دهد و عملکرد آجر را افزایش می دهد. ضریب جذب آب مویرگی ارتباط مستقیمی بین محتوای پلیمر و افزایش تخلخل ایجاد می کند. با افزایش نسبت پلیمر، تخلخل آجر نیز افزایش می یابد و درک دقیقی از رابطه آنها ارائه می دهد. تحلیل SEM علاوه بر نشان دادن بر پایداری ملات PET و ساختار پایین تخلخل، بر پتانسیل مصالح ساختمانی پایدار نیز تاکید می کند. این مطالعه نگرش مهمی برای پیشرفت های آینده در شیوه های ساخت و ساز سازگار با محیط زیست ارائه می دهد. به طور خلاصه، ادغام پلیمرهای HDPE و PET یک راه امیدوارکننده برای توسعه مصالح ساختمانی پایدار است و بین عملکرد افزایش یافته و ملاحظات زیست محیطی نیز تعادل برقرار می کند.

در دهه های اخیر، صنعت ساختمان شاهد یک تغییر پارادایم به سمت پایداری ناشی از نیاز فوری به کاهش اثرات زیست محیطی شهرنشینی و توسعه زیرساخت بوده است. یکی از این رویکردهای خلاقانه ترکیب افزودنی های ضایعات پلیمری به ویژه پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) به مصالح ساختمانی سنتی مانند آجر سفالی است. با افزایش استفاده از مواد پلاستیکی در امور روزمره، بسیاری از کشورها به ویژه اندونزی با چالش گسترده تجمع زباله های پلاستیکی و اثرات نامطلوب آنها بر محیط زیست مواجه هستند. براساس گزارش Ocean Conservancy، اندونزی به عنوان دومین عامل در آلودگی پلاستیکی دریایی شناخته شد که سالانه 1.29 میلیون متریک تن زباله پلاستیکی به اقیانوس می ریزد. بخش قابل توجهی از این ضایعات را HDPE و PET تشکیل می دهد که به طور سنتی بازیافت و دفع می شوند. سرعت رشد اقتصادی در اندونزی، شهرنشینی و تغییر عادات مصرف کننده به طور قابل توجهی به افزایش مصرف پلاستیک، به ویژه HDPE و PET کمک کرده است. از HDPE به دلیل دوام و تطبیق پذیری به طور گسترده در بسته بندی، ساخت بطری و لوازم خانگی استفاده می شود. همچنین PET نیز معمولا در تولید ظروف نوشیدنی های یکبار مصرف، بسته بندی مواد غذایی و الیاف نساجی کاربرد دارد. با این حال، نامناسب بودن زیرساخت های مدیریت پسماند، نرخ بازیافت پایین و پایین بودن آگاهی مردم از آلودگی پلاستیک منجر به تجمع بالای ضایعات HDPE و PET در اندونزی شده است. به گفته وزارت محیط زیست و جنگلداری، این کشور به تنهایی در سال 2020 بیش از 6.8 میلیون تن زباله پلاستیکی تولید کرده است. از این مقدار بخش اعظمی به HDPE و PET اختصاص داشته است. این انباشت زباله های پلاستیکی نه تنها اکوسیستم های آبی و زمین را تهدید می کند بلکه ازنظر دفع زباله و مدیریت منابع نیز مشکل ساز است.

افزودن ضایعات پلاستیکی پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی اتیلن سنگین (HDPE) به آجرهای سفالی راه حل امیدوارکننده ای برای دو نیاز ضروری است: نیاز به مصالح ساختمانی پایدار و نیاز فوری به مدیریت زباله های پلاستیکی. با ترکیب این مواد افزودنی ضایعات پلیمری به آجر سفالی، صنعت ساختمان به پتانسیل کاهش تقاضا برای مواد بکر دست می یابد درحالی که به طور همزمان مقادیر قابل توجهی از ضایعات پلاستیکی از محل های دفن زباله و اقیانوس ها کاسته می شود. این نوع استفاده از ضایعات پلاستیکی HDPE و PET تراکم بتن را تا 2.09 و 2.27 گرم بر سانتیمتر مکعب افزایش داد که این یافته ها با طبقه بندی ریلم به عنوان بتن سبک مطابقت دارد. در مطالعه دیگری با استفاده از افزودنی PET قابلیت بهبود استحکام و چسبندگی بایندر آسفالت در بتن بازیافتی، کاهش درصد سلب و حساسیت ناشی از رطوبت مشاهده شد. در یکی دیگر از مطالعات مخلوط PET با تحلیل SEM و تحلیل EDX مورد بررسی قرار گرفته و پراکندگی یکنواخت ذرات بدون آگلومره روی سطح مشاهده شد. مقاومت فشاری آجرهای پلاستیکی HDPE و PET 14.6 درصد بیشتر از آجرهای معمولی است. در تحقیقات قبلی اثبات شد که گرانول های HDPE و PET می توانند به عنوان افزودنی به منظور افزایش خواص فیزیکی-مکانیکی مصالح ساختمانی مانند آجر استفاده شوند. علاوه براین، افزودنی‌های ضایعات پلیمری به طور بالقوه برای ساخت آجرهای سبکتر با خواص حرارتی بهتر مناسب هستند. مانع اصلی استفاده از پلاستیک به عنوان یک افزودنی برای کاهش مقاومت فشاری آجرهای تولید شده است. دستیابی به چندین پارامتر ازجمله کاهش ضریب جذب آب مویرگی، چگالی بالای توده و مقاومت مکانیکی بالاتر با استفاده از افزودنی های پلاستیکی HDPE و PET امکان پذیر است. در شکل زیر میزان تراکم توده در هر دو نمونه نشان داده شده است.

شکل 1:

درواقع، با استفاده از افزودنی ضایعات پلاستیکی با ذرات کوچکتر، درمقایسه با ذرات بزرگتر، استحکام مکانیکی و ضریب جذب آب مویرگی به ترتیب 17 و 28 درصد افزایش یافت. به طور کلی، استفاده از پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) به عنوان افزودنی در تولید آجر سفالی از غلبه بر دو چالش حیاتی حمایت می کند: تشدید اثرات زیست محیطی ضایعات پلاستیکی و دستیابی به شیوه های پایدار در صنعت ساخت و ساز. هدف از این مطالعه بررسی و توسعه روش های نوآورانه جهت افزایش پایداری در صنعت ساختمان است. این تحقیق همچنین بر استفاده از پتانسیل استفاده مجدد از زباله های پلاستیکی، به ویژه پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) برای بهبود عملکرد و زیست سازگاری آجرهای سنتی سفالی تاکید دارد.

نتیجه گیری

این تحقیق با ارزیابی خواص آجرهای سفالی پخته نشده با درصدهای مختلف افزودنی (0، 5، 10، 15، 20 و 25 درصد) و 3 اندازه مختلف ذرات (کمتر از 1 میلیمتر، 3-1 میلیمتر، 6-3 میلیمتر) آغاز شد. از این درصد تخلخل در هر نمونه آجر نیز جهت ارزیابی کیفی و کمّی سطوح تخلخل استفاده شد. هر دو آزمایش افزایش تخلخل را همراه با افزایش درصد و اندازه افزودنی نشان دادند. افزودنی های PET به دلیل شاخص جریان ذوب بالا (MFR) تخلخل بیشتری از HDPE دارند که خواص مخلوط پلیمر و خاک رس را تحت تاثیر قرار می دهد. آزمایشات مقاومت فشاری نشان می دهد که با افزایش درصد افزودنی و اندازه ذرات، میزان قدرت کاهش می یابد. علاوه براین، نمونه های حاوی HDPE استحکام مکانیکی بیشتری نسبت به نمونه های حاوی PET دارند. در این مطالعه رسانش حرارتی و ظرفیت حرارتی نمونه ها اندازه گیری شده و ازنظر تئوری نیز بررسی شده اند. ضریب همبستگی پیرسون یک رابطه قوی بین خواص حرارتی نمونه ها و تخلخل آنها را نشان می دهد که صحت یافته های تجربی ما را تایید می کند. باتوجه به نتایج حاصل از این مطالعه، استفاده از مواد افزودنی ضایعات پلاستیکی با اندازه ذرات بزرگتر خواص حرارتی نمونه های آجر را افزایش می دهد. علاوه براین، نمونه های حاوی 15 درصد HDPE دارای استحکام و پایداری خوبی هستند.