بتن سبز چیست؟
دنیای بدون بتن غیرقابل تصور است و دنیایی عاری از آلودگی‌های زیست محیطی یک آرزوست. تنها مشکل اساسی بتن که در محیط زیست تأثیر نامطلوب دارد، گازهای گلخانه‌ای حاصل از فرآیند تولید سیمان است؛ اما «بتن سبز» راهکاری نوین برای حل تمامی مشکلات این ماده غیرقابل جایگزین است. تولید سیمان را می‌توان به یک فرآیند تولید بدون آلودگی تغییر داد که در نهایت منجر به ساخت بتن سبز می‌شود. برای شناخت بیشتر بتن سبز و میزان اهمیت آن در صنعت با ما همراه باشید.
تعریف بتن سبز
استفاده از بتن در صنعت ساختمان با سرعت بیشتری در حال رشد است و با توسعه جامعه شهری، تقاضا برای مصالح ساختمانی مورد استفاده در بتن نیز افزایش یافته‌اند. سیمان و سنگدانه‌ها اجزای اصلی بتن هستند و استخراج مداوم منابع این عناصر باعث شده است تا کمتر در دسترس باشند. این سناریو مشکل کمبود مصالح ساختمانی را در دوران اخیر ایجاد کرده است.
برای رفع این کمبود، نیاز به پیدا کردن جایگزین اجتناب ناپذیر شده است. امروزه صنعت ساختمان به دنبال مصالحی جایگزین است و راه حل آن تنها در بتن سبز (Green Concrete) خلاصه می‌شود. بتن سبز یا بتن اکو همان بتن معمولی است اما از مواد زائد یا مواد سازگار با محیط زیست ساخته شده است. تولید بتن سبز بسیار ارزان است زیرا برای ساختن آن از مواد جایگزین سیمان و سنگدانه‌ها استفاده می‌شود.
بتن اکو در ابتدا در سال 1998 در دانمارک توسعه یافت. کلمه سبز به رنگ اشاره نمی‌کند بلکه گونه‌ای از بتن است که باعث کاهش رد کربن در محیط می‌شود. بتن سبز با استفاده از منابع پسماند سازگار با محیط زیست در بتن و کاهش مصرف انرژی در طول فرآیند تولید ساخته می‌شود.
همچنین، از کاربردهای بتن سبز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پل سازی
- ساختمان سازی
- راهسازی
- باند فرودگاه
چرا به بتن سبز نیاز است؟
مصالح مبتنی بر سیمان، فراوان‌ترین مواد ساخته شده در جهان هستند. امروزه ساخت ساختمان سبز در کشورها در حال گسترش است. مزیت زیست محیطی بالقوه برای جامعه از توانایی ساخت با بتن سبز، امروزه بسیار زیاد شده است.
بتن سبز همانطور که از نامش پیدا است، سازگار با محیط زیست است و با استفاده از ضایعات تولید شده در صنایع به اشکال مختلفی مانند خاکستر، میکروسیلیس و سایر مواد برای ساخت سازه‌هایی که به صرفه جویی در منابع کمک می‌کنند، باعث نجات محیط زیست می‌شود.
استفاده از بتن اکو در صرفه جویی در انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. بتن سبز اغلب بسیار ارزان است زیرا از ضایعات به طور مستقیم به عنوان جایگزین نسبی سیمان استفاده می‌کند، بنابراین در مصرف انرژی در تولید هر واحد سیمانی صرفه جویی می‌شود.
بتن سبز از مقاومت و دوام بیشتری نسبت به بتن معمولی برخوردار است. صنعت ساختمان به دلیل تقاضای بالای انرژی، تاثیرات زیست محیطی گسترده‌ای دارد. در نتیجه با آگاهی که طی چند سال گذشته در مورد اثر گلخانه‌ای و آسیب به طبیعت ایجاد شده است، مردم و کشورهای بیشتری نسبت به آینده خود آگاه شدند.
شن و ماسه طبیعی در بسیاری از مناطق دنیا به درستی طبقه بندی نشده اند و دارای لجن زیادی هستند. از طرف دیگر گرد و غبار سنگ معدن حاوی لجن یا ناخالصی‌های آلی نیست و می‌تواند مطابق نیاز به درجه و ظرافت مطلوبی برسد. در نتیجه، این مهم باعث افزایش مقاومت بتن می‌شود.
با استفاده از گرد و غبار سنگ معدن و پودر لجن سنگ مرمر به عنوان جایگزین صد درصدی ماسه طبیعی در بتن، می‌توان دوام و مقاومت بتن را افزایش داد. تمرکز اخیر بر تغییرات آب و هوا و تأثیر انتشار گازهای گلخانه‌ای بر محیط زیست باعث شده است که بتن سبز بیش از گذشته در محافل مهندسی مورد بحث قرار گیرد.
دلایل استفاده از بتن سبز
به چند علت ساده می‌توان دلایل استفاده از بتن اکو را درک کرد:
- دامنه قابل توجهی در استفاده از مواد زائد برای تولید بتن سبز وجود دارد.
- جایگزینی مواد بتنی معمولی با مواد زاید و محصولات جانبی، فرصتی را برای تولید بتن اقتصادی و سازگار با محیط زیست فراهم می‌کند.
- جایگزینی نسبی مصالح بتنی مانند سیمان و سنگدانه با مواد زائد و افزودنی‌ها، مقاومت فشاری و کششی بهتر، بهبود مقاومت سولفات، کاهش نفوذپذیری و بهبود کارآیی بتن را نشان می‌دهد.
- صنعت ساختمان نیاز به ساخت سریع‌تر و در دسترس بودن سریع مصالح دارد. در دسترس بودن مصالح بتنی سبز یک مزیت بالقوه است.
- بتن سبز با قابلیت توسعه پایدار با استفاده از ضایعات صنعتی برای کاهش مصرف منابع طبیعی و انرژی و آلودگی محیط زیستی شناخته می‌شود.
- پودر لجن مرمر می‌تواند به عنوان پرکننده استفاده شود و به کاهش کل محتوای خالی در بتن کمک می‌کند.
مزایای بتن سبز
فواید استفاده از بتن اکو به شرح زیر هستند:
- انتشار کم کربن: بتن سبز با استفاده از تکنیک‌های پیشرفتهای تولید می‌شود که میزان انتشار دی اکسید کربن را تا 80 درصد کاهش می‌دهد. بنابراین، آلودگی هوا به میزان قابل توجهی کمتر خواهد شد.
- کاهش تقاضا در منابع اصلی: همانطور که در بالا ذکر شد، رشد صنعت ساختمان در سال اخیر بسیار سریع بوده است و مصرف بتن نیز تا حد زیادی افزایش یافته است. پس منابع مواد اولیه مانند سیمان و سنگدانه محدود شده است. بنابراین برای کاهش تقاضا برای مصالح ساختمانی معمولی، بتن سبز جایگزین بهتری است.
- صرفه جویی در مصرف انرژی: کاهش انتشار کربن انرژی گرمایی مورد نیاز در فرآیند تولید را به حداقل می‌رساند. بنابراین می‌توان مصرف منابع تجدید ناپذیر را کاهش داد.
- استفاده از ضایعات صنعتی: به جای سیمان می‌توان از ضایعات صنعتی یا محصولات جانبی مانند خاکستر بادی، سرباره کوره بلند، سیلیس و آهن به عنوان مواد اولیه در تولید بتن سبز استفاده کرد. این کار باعث می‌شود زباله کمتری از سیمان در محیط زیست وجود داشته باشد.
- طول عمر بیشتر: در مقایسه با سیمان معمولی، سیمان سبز دارای مقاومت بالایی در برابر آتش و زمان گیرش عالی است. بنابراین، ساخت سازه‌های ساخته شده از سیمان سبز، طول عمر بیشتری دارد.
- بازیافت و استفاده مجدد از مواد: از آنجا که ساخت هر سازه مقدار زیادی زباله ساختمانی تولید می‌کند، این زباله هرگز برای کارهای دیگری استفاده نمی‌شود. بنابراین، بتن سبز ایده بازیافت و استفاده مجدد از این مواد زائد برای ساخت بتن را امکان پذیر می‌کند.
دیگر جوانب مثبت بتن اکو عبارتند از:
- نیازی به تغییر روند تولید بتن برای بتن سبز نیست.
- مقاومت حرارتی و اسیدی خوبی دارد.
- برای کارهای بتنی انبوه مناسب است زیرا حرارت کمتری از هیدراتاسیون را تولید می‌کند.
- مقاومت کششی و فشاری بتن سبز با برخی مواد در مقایسه با بتن معمولی بهتر است.
- به طور کلی مصرف سیمان را کاهش می‌دهد.
- در مقایسه با بتن معمولی مقرون به صرفه است.
- کارآیی بهتری نسبت به بتن معمولی ارائه می‌دهد.
جایگزین‌های سیمان در بتن سبز
بتن سبز زمانی تشکیل می‌شود که درصدی از سیمان پرتلند جایگزین مواد سیمانی سازگار با محیط زیست در مخلوط بتن شود. این مواد سیمانی به شرح زیر هستند:
- GGBS یا سرباره کوره آهنگدازی: این مورد سیمان سرباره نیز نامیده می‌شود و محصول جانبی صنعت فولاد است. معمولاً به عنوان جایگزین نسبی سیمان پرتلند تا 80 درصد در بتن استفاده می‌شود.
- FA یا خاکستر بادی: این محصول جانبی سوزاندن زغال سنگ در نیروگاه‌های تولید برق است. معمولاً به عنوان جایگزین نسبی 25 تا 55 درصد سیمان پرتلند در بتن استفاده می‌شود.
- SF یا بخار سیلیس: این محصول جانبی ناشی از کوره الکتریکی است که در تولید آلیاژ سیلیکون استفاده می‌شود. معمولاً به عنوان جایگزین نسبی سیمان پرتلند در حدود 5 تا 10 درصد استفاده می‌شود.
- FGL یا فایبر گلاس: این ماده‌ای است که از الیاف بسیار ریز شیشه‌ای تشکیل شده است. مقدار الیاف افزوده شده به بتن هنگام ترکیب از 0.1 تا 3 درصد متغیر است.
خواص بتن سبز
خصوصیات بتن اکو به شرح زیر هستند:
کارآیی (Workability)
کارآیی به عنوان سهولت فشرده سازی بتن بدون تفکیک تعریف می‌شود. همچنین می‌توان آن را به عنوان میزان کارپذیری مورد نیاز تعریف کرد. قابلیت کارکرد بستگی به مقدار آب، دانه بندی، شکل و درصد سنگدانه‌های موجود در بتن دارد.
اندازه گیری میزان کارایی بتن سبز طبق موارد زیر انجام می‌شود:
- اسلامپ از طریق تست اسلامپ تعیین می‌شود.
- ضریب تراکم از طریق دستگاه تست تراکم تعیین می‌شود.
- زمان لازم برای تغییر شکل بتن هنگام آزمایش در دستگاه آزمایش بتن وی بی VeBe تعیین می‌شود.
جداشدگی بتن (Segregation)
جداسازی ذرات درشت از بتن سبز تفکیک نامیده می‌شود. این مهم ممکن است به دلیل عدم وجود مقدار کافی ذرات ریز در بتن یا به دلیل پرتاب بتن از ارتفاع بیشتر در زمان بتن ریزی رخ دهد.
به دلیل تفکیک، انسجام بتن از بین می‌رود و کرمو یا شن نما شدن بتن را نتیجه می‌دهد. در نهایت، این مشکل باعث از بین رفتن مقاومت بتن سخت شده می‌شود. بنابراین باید نهایت دقت را به کار گرفت تا از تفکیک جلوگیری شود.
آب انداختگی (Bleeding)
این مهم به ظاهر شدن آب همراه با ذرات سیمان در سطح بتن اشاره دارد. این اتفاق زمانی میفتد که مقدار زیادی آب در مخلوط وجود داشته یا به دلیل تراکم بیش از حد رخ داده است. آب انداختگی باعث تشکیل منافذ و ضعیف شدن بتن می‌شود. با کنترل مناسب مقدار آب موجود در بتن و استفاده از مواد ریزتر (ماسه) می‌توان از آب انداختگی جلوگیری کرد.
زمختی (Harshness)
زمختی مقاومتی است که بتن در برابر سطح خود ارائه می‌دهد. سختی به دلیل وجود مقدار کمتر سنگدانه‌های ریز، ملات سیمانی کمتر و به دلیل استفاده از درجه ضعیف در بتن است. این مشکل ممکن است به دلیل کمبود آب نیز ایجاد شود. بتن زمخت سطح صافی ندارد و متخلخل است.
انواع سیمان سبز
براساس چندین تلاش تکنولوژیکی پیشرفته، انواع مختلفی از سیمان سبز تولید شدند. پیشرفتهای تکنولوژیکی شامل سیمان منفی کربن، روش‌های کاهش تولید کربن، ژئوپلیمرها، محصولات بتنی مدرن هستند. سیمان سبز مصرف در بتن کاهش می‌دهد و از ضایعات صنعتی مانند خاکستر بادی و سرباره کوره بلند به عنوان مواد اولیه استفاده می‌کند.
پنج نوع اصلی سیمان سبز وجود دارند که به شرح زیر هستند:
1- سیمان ژئوپلیمر
این سیمان از آلومینوسیلیکات ساخته شده است که می‌تواند از خاکستر بادی به دست آید. از این رو سیمان فعال شده با قلیایی نیز نامیده می‌شود. 95 درصد دی اکسید کربن نسبت به سیمان پرتلند معمولی منتشر می‌کند. از نظر هزینه و عملکرد، سیمان ژئوپلیمر مشابه سیمان پرتلند معمولی است.
2- سیمان سولفو آلومینات کلسیم
سیمان سولفو آلومینات کلسیم مصرف انرژی را کاهش می‌دهد زیرا در مقایسه با سیمان معمولی به دمای کمتری نیاز دارد. این مهم منجر به کاهش 25 درصد از مصرف انرژی می‌شود که به کاهش 20 درصد انتشار کم کربن نیز کمک می‌کند. این سیمان زمان گیرش سریعی دارد و می‌تواند در 28 ساعت به مقاومت 28 روزه بتن معمولی برسد. بنابراین، این نوع سیمان می‌تواند به وفور برای عرشه پل و ساخت باند فرودگاه استفاده شود.
3- سیمان اکسی کلرید منیزیم
این سیمان از محصولات جانبی استخراج منیزیم یعنی پودر اکسید منیزیم (MgO) و محلول غلیظ کلرید منیزیم (MgCl2) تولید می‌شود. این نوع سیمان سازگار با محیط زیست است و زمان گیرش سریعی دارد. با استفاده از افزودنی‌هایی مانند خاکستر بادی تا حدودی می‌توان مقاومت این سیمان را مدیریت کرد؛ اما اکسی کلرید منیزیم برای بتن مسلح توصیه نمی‌شود زیرا منجر به خوردگی فولاد خواهد شد.
4- سیمان کربن جدا شده
این سیمان با استفاده از آب دریا و آب نمک ترکیب شده با دی اکسید کربن تولید می‌شود. در فرآیند تولید، گازهایی که از دی اکسید کربن تشکیل شده‌اند را می‌توان از طریق آب دریا فیلتر کرد. این سیمان می‌تواند جایگزینی برای سیمان پرتلند باشد.
6- فروسیمان
این سیمان توسط دانشمندان دانشگاه آریزونا اختراع شده است. این محصول توسط محصولات جانبی صنعت فولاد و شیشه تولید می‌شود. سیلیس و آهن سپس مخلوط این مواد در حضور دی اکسید کربن (CO2) عمل آوری می‌شوند و در نتیجه، یک ماده سیمان منفی کربنی تشکیل خواهد شد.
کلام آخر
با تشویق شرکت‌های ساختمانی برای استفاده از بتن سبز به جای بتن استاندارد می‌توان آینده این نوع بتن را مثبت قلمداد کرد. مفهوم سبز به همه جنبه‌های مربوط به تولید مواد اولیه اشاره دارد، یعنی طرح اختلاط، طراحی سازه، عمر مفید و همچنین ساخت و ساز سبز! با استفاده از بتن سبز می‌توان تولید زباله را کاهش داد و به محیط زیست جهت پاکسازی خود کمک شایانی کرد.
منابع:
https://madhavuniversity.edu.in/green-concrete.html
https://builders9.com/green-cement-types-and-benefits-of-green-cement/
https://www.civilengineeringx.com/concrete-category/properties-of-green-concrete/
https://www.conceptconcretewa.com.au/history-of-green-concrete