عملکرد پلی استایرن منبسط شده بازیافتی در ملات سیمانی و بتنی
صنعت ساختمان شامل برخی مصالح است که بیشترین مصرف مواد خام و افزایش قابل توجهی از ضایعات را دارند. به گفته کمیسیون اروپا، به منابع زیادی برای تامین حدود 50 درصد از این مصالح نیاز است که بیش از 35 درصد از کل تولید زباله اتحادیه اروپا را تشکیل میدهند. تولید و استفاده از بتن و همچنین EPS (پلی استایرن منبسط شده) که عمدتا برای تامین انرژی ساختمانها مورد استفاده قرار می گیرد، شامل مقدار قابل ملاحظه ای از مواد خام و ضایعات استخراج شده است. این مطالعه به بررسی توسعه مصالح ساختمانی مانند ملات و بتن سبک با رسانش حرارتی بالا، جایگزین کردن EPS بازیافتی (R-EPS) به جای سنگدانههای ریز، می پردازد. مخلوط مواد با جایگزینی نسبی یا کامل سنگدانه ریز با R-EPS براساس حجم پایه طراحی شده اند. ملاتهای طراحی شده دارای مقاومت فشاری بیش از حداقل مقادیر مورد نیاز استانداردهای ایتالیایی هستند و بهبود عملکرد حرارتی آنها درمقایسه با ملات مرجع تا 89.49 درصد است. به طور مشابه، بتنهای حاصل شده مقدار مقاومت را مطابق با استانداردها و بهبود مشخصههای حرارتی، از 27.68 درصد برای مخلوط های سبک ساختاری تا 74.58 درصد برای مخلوطهای غیرساختاری نشان می دهند.
در سال های اخیر، مسائل مربوط به مدیریت پسماند به شدت در تقویت الگوی توسعه و مصرف که پایداری را در استفاده از منابع انرژی نوین در اولویت قرار می دهد، نقش داشته اند. صنعت ساختمان شامل برخی از مصالح میشود که بیشترین مصرف مواد خام و تولید بالای ضایعات را موجب می شوند. براساس گزارشات کمیسیون اروپا، محیط ساخته شده به مقادیر زیادی از منابع و حدود 50 درصد از کل مواد استخراج شده نیاز دارد. صنعت ساخت و ساز عامل بیش از 35 درصد از کل ضایعات تولید شده در اتحادیه اروپا است. انتظار میرود انتشار گازهای گلخانهای ناشی از استخراج مواد، نخالههای ساختمانی و نوسازی 5 تا 12 درصد از کل انتشار گازهای گلخانهای را تشکیل دهد. طبق دادههای انجمن جهانی سیمان و بتن، تولید جهانی بتن تقریبا 14 × 1013 مترمکعب در سال است. این استفاده گسترده منجر به استخراج سهم عظیمی از مواد خام برای تولید سیمان و بتن شده و آنها را به بیشترین منابع معدنی استخراج شده در سطح جهان تبدیل میکند. درنتیجه، کاهش استخراج منابع تجدید ناپذیر باهدف حفاظت از اکوسیستم های طبیعی برای نسلهای آینده یک امر ضروری است. به طور مشابه، پلی استایرن منبسط شده (EPS) که در 85 درصد از صنایع بسته بندی یا عایق حرارتی استفاده می شود، مقدار قابل توجهی زباله پلاستیکی تولید می کند. EPS در سطح جهانی، سالانه حدود 32.7 × 109 کیلوگرم تولید می شود. استفاده گسترده از پلاستیک، به ویژه EPS، در صنعت ساخت و ساز اتخاذ رویکردهای محیطی محیط جدید سازگار با محیط زیست را باهدف بهینه سازی فرایندهای تولید و کاهش محصولات جانبی ضروری میداند. برهمین اساس، بازیافت به عنوان یک راهکار حیاتی برای بهبود پایداری مواد عمل می کند که معمولا می تواند به عنوان یک منبع جدید با نام مواد خام ثانویه شناخته می شود. در این راستا، پلی استایرن منبسط شده به دلیل هزینه کم، تطبیق پذیری، ویژگی های عملکردی و قابلیت بازیافت کامل کاربرد گستردهای دارد. علاوه براین، صنعت ساخت و ساز در سالهای اخیر افزایش چشمگیری در مصرف انرژی داشته است به طوری که درحال حاضر حدود 40 درصد از کل مصرف انرژی اولیه در ایالات متحده و اتحادیه اروپا را شامل می شود. این روند بر اهمیت طراحی، ساخت و مدیریت کارآمد ساختمان ها به منظور دستیابی به تراز انرژی صفر خالص تاکید دارد. این هدف در راستای رسیدگی به بحران انرژی، کاهش انتشار گازهای گلخانهای در تغییر شرایط اقلیمی و کاهش تهدیدات زیست محیطی جدی یک امر ضروری است. این امر به ویژه باتوجه به تغییرات آب و هوایی که افزایش بلندمدت تقاضای جهانی انرژی را نیز شامل می شود، بایستی مورد بررسی قرار گیرد.
عملکرد ملاتها
شکل زیر نتایج حاصل از بررسی ملاتهای تازه و درصد پراکندگی آنها را نشان می دهد.
شکل 1:
باتوجه به مشاهدات تجربی، ملات سنتی M1 درمقایسه با دیگر ملات ها که رفتارشان اساسا سیال است، رفتار بسیار مشابهی با ملات پلاستیکی دارد. در اینجا همچنین مشاهده شد که اگرچه همه نمونه ها حاوی سنگدانه های درشت با اندازه بزرگ (4-6 میلی متر) بودند، فقط نمونه های M4، M5، M6، M7 و M8 حاوی سنگدانه های ریز (1-2 میلی متر) هستند. ازطرفی، کسر زیر 1 میلی متر در هیچ یک از این مخلوطها مشاهده نشد و کاهش تجمعات مخلوطهای پیشنهادی را توجیه میکند. با این حال، می توان چنین استنباط کرد که یک فرضیه بهبود یافته برای ترکیب طراحی شده می تواند شامل افزایش دوز سنگدانههای ریز (کمتر از 1 میلی متر) یا مقدار کلی سنگدانه ها در مخلوط ها شود.
تست های ترمو-هیگرومتری
نتایج آزمایشات ترمو-هیگرومتری که در جداول زیر ارائه شده است، ارتباط نزدیک آنها با تراکم نمونه ها را نشان میدهد.
جدول 1:
جدول 2:
با افزایش چگالی، باتوجه به کسر R-EPS جایگزین ماسه، رسانش (شکل 2) و انتشار حرارتی (شکل 3) افزایش مییابد، درحالی که نفوذپذیری بخار (شکل 4) کاهش مییابد.
شکل 2:
شکل 3:
شکل 4:
گرانولهای EPS به ایجاد حفرههای هوا در مواد ریزساختار کمک کرده و باعث افزایش عملکرد عایق در محصول نهایی می شود. مخلوطهای M1 و M6، بدون EPS، رسانش حرارتی بالاتری درمقایسه با دیگر مخلوط ها داشتند. این روند را می توان به عدم وجود R-EPS در مخلوط نسبت داد که موجب افزایش در چگالی می شود. با مقایسه مخلوطهای M2، M3 و M4 که در آنها کسر ریز به طور کامل با R-EPS جایگزین شده است، میتوان مشاهده کرد که نمونه M4 دارای کمترین رسانش حرارتی است.
نتیجه گیری
در این مطالعه امکان تولید ملات و بتن سبک دارای عملکرد حرارتی با افزودن R-EPS به عنوان جایگزینی برای بهبود سنگدانهها در نسبتها و رویکردهای مختلف به مخلوط مورد بررسی قرار گرفت. پس از آماده سازی مخلوطها، آنالیزها برای بررسی خواص سیالیت، چگالی، حرارتی و مکانیکی براساس اهداف این مطالعه تجربی، به طور خلاصه ارائه شده اند:
- همه ملاتهای طراحی شده مقاومت فشاری بالاتری از حداقل تعیین شده در استانداردها از خود نشان می دهند. بنابراین، همه ملات های طراحی شده، حتی آنهایی که حاوی ماسه نیستند، میتوانند به عنوان ملات بنایی استفاده شوند.
- تمام نمونه ملات ها از بهبود خواص حرارتی از 49.28 درصد (M6) برای مخلوطهایی برخوردار بودند که نه فقط جایگزین ماسه برای آنها وجود ندارد، بلکه فقط در محدوده گرانولومتری تا 89.49 درصد (M4) بهبودی حاصل می شود.
- تمامی بتنهای طراحی شده دارای مقاومت قابل درک و مطابق با استاندارد برخوردار هستند. بنابراین، همه آنها باتوجه به نسبت ویژگی های خاص خود، میتوانند به عنوان بتنهای ساختمانی، هم سازهای (S0، S6 و S7)، هم سازه سبک (S1, S5, S8, S9) و هم سازه غیرساختاری (S2, S3, S4, S10) استفاده شوند.
- تمام بتنها بهبود خواص حرارتی و کمیّت R-EPS معرفی شده را نشان می دهند.
- ازبین بتنهای سازهای، درمقایسه با مخلوط مرجع، بهبود رسانش می تواند تا 27.68 درصد (S8) مشاهده شود که در آن 40.2 درصد ماسه با R-EPS جایگزین میشود.
- ازبین بتنهای سبک غیرسازهای، درمقایسه با مخلوط مرجع، بهبود رسانش میتواند تا 74.58 درصد (S4) باشد که در آن 100 درصد ماسه با R-EPS جایگزین شده است.
این نتایج اثبات شد که بسیار جالب هستند زیرا آنها مروری جامع بر پتانسیل بتن ازنظر مقاومت مکانیکی و حرارتی عایق ارائه میدهند. بنابراین، باتوجه به عملکردهای به دست آمده، امکان انتخاب محصولی که به بهترین وجه با ویژگیهای مورد نیاز مطابقت داشته باشد، امکان پذیر خواهد بود.
