بتن شیشه ای چیست؟
امروزه به طور گسترده از مواد بازیافتی مانند شیشه در تولید بتن استفاده می‌شود. اما استفاده از شیشه بازیافتی هنوز هم به طور گسترده در تکنولوژی بتن به کار گرفته نمی‌شود. با اینکه بررسی‌هایی در این مورد انجام شده است اما دلیل این موضوع را می‌توان تحقیقات کم و عدم امکان بازیافت شیشه در بسیاری از کشورها دانست. آیا بتن شیشه ای می‌تواند جایگزین خوبی برای بتن معمولی باشد؟ ما در این مقاله به این پرسش پاسخ می‌دهیم.
وضعیت بازیافت شیشه چگونه است؟
بر اساس گزارش آژانس حفاظت از محیط زیست، مقدار کل مواد زائد از 88 میلیون تن در سال 1960 به 262 میلیون تن در سال 2015 افزایش یافته است. در سال 2015، 26 درصد از مواد زائد بازیافت و 9 درصد کمپوست شده‌اند. علاوه بر این، 13 درصد با بازیافت انرژی احتراق شد و 52 درصد در محل‌های دفن زباله دفع شدند. در میان تمام مواد زائد بازیافت شده، باتری‌ها و فولاد بیشترین مواد را تشکیل می‌دادند. اگرچه شیشه ماده‌ای است که می‌توان آن را بازیافت کرد اما تنها 34 درصد از ضایعات شیشه قابل بازیافت است.
دلیل اصلی آن عدم بازیافت شیشه‌های ضایعاتی رنگ آمیزی شده به دلیل وجود ترکیب شیمیایی خاص است. به طور معمول، ظروف شیشه ای از ماسه، خاکستر سودا، سنگ آهک و گلدان تشکیل شده‌اند. ماسه جزء اصلی شیشه و منبع سیلیس آن است. برخی از بازیافت‌ها خاکستر سودا را به مخلوط اضافه می‌کنند تا دمای ذوب را کاهش دهند. ترکیبات شیمیایی رنگ‌های مختلف شیشه کمی متفاوت است که بر دمای ذوب آنها تأثیر می‌گذارد. بنابراین، نمی‌توان ظروف شیشه ای را به درستی بازیافت کرد، مگر اینکه آنها را بر اساس رنگشان دسته بندی نمود.
دلیل دیگری که چرا ظروف شیشه ای را نمی‌توان به طور موثر بازیافت کرد، منبع ضایعات شیشه است. معمولاً افراد در طول فرآیند جمع آوری، شیشه‌های زباله مانند بطری‌ها یا ظروف را با هم مخلوط می‌کنند. برای بازیافت شیشه، اپراتورها باید شیشه‌ها را بر اساس رنگ‌ها و نوع دسته بندی کنند. این یک فرآیند بسیار وقت گیر و ناکارآمد است. آلودگی یکی دیگر از دلایل بازیافت نشدن برخی ظروف شیشه ای است. آنها باید قبل از فرآیند بازیافت، عاری از هر گونه باقیمانده شیمیایی، دارو یا هر ماده خطرناک دیگری باشند.
استفاده از شیشه به عنوان پوزولان
این امکان وجود دارد که مواد سیمانی مانند پوزولان‌ها را به مخلوط‌های بتن اضافه کرد تا خواص مکانیکی و دوام آنها را افزایش داد. هنگامی که شیشه به پودر تبدیل می‌شود، خواص تازه و سخت شده بتن را بهبود می‌بخشد. در حالی که بتن در فاز پلاستیکی خود قرار دارد، پودر شیشه کارایی آن را افزایش می‌دهد. بنابراین به انرژی، هزینه و زمان کمتری برای بتن ریزی و یکپارچه سازی بتن نیاز است.
در حالی که بتن در فاز سخت شده خود قرار دارد، پودر شیشه استحکام بتن را افزایش می‌دهد و مقاومت در برابر یخ زدگی و مقاومت در برابر سولفات‌ها بهبود می‌بخشد. این امکان وجود دارد که از پودر شیشه برای جایگزینی سیمان پرتلند در سطح جایگزینی 10 تا 30 درصد وزنی استفاده کرد. تولید سیمان پرتلند یکی از منابع اصلی انتشار گاز دی اکسید کربن است.
استفاده از ضایعات شیشه در بتن به عنوان جایگزین سیمان پرتلند با کاهش میزان انتشار دی اکسید کربن بیشتر از کمک به محیط زیست است. همچنین میزان زباله‌های شیشه ای که در محل‌های دفن زباله ریخته می‌شود را نیز می‌توان با این روش کاهش داد. اندازه ذرات شیشه، نقش مهمی در عملکرد پوزولانی پودر شیشه ایفا می‌کند. بتن حاوی ذرات شیشه، عملکرد مکانیکی و دوام بهتری را نسبت به بتن ساخته شده از سنگدانه‌ها نشان می‌دهد.
تاثیر شیشه به جای سنگدانه‌ها در بتن شیشه ای
علاوه بر پودر، می‌توان از شیشه‌های بازیافتی به عنوان سنگدانه در بتن به صورت سنگدانه‌های ریز یا درشت نیز استفاده کرد. از آنجایی که سنگدانه‌ها تقریباً 70 درصد بتن را اشغال می‌کنند، استفاده از گلوله‌های شیشه ای به عنوان سنگدانه در بتن، بیشتر از ترکیب شیشه‌های ضایعات بیشتری در بتن هستند. همچنین این انرژی و زمان لازم برای آسیاب کردن ذرات شیشه به پودر را کاهش می‌دهد.
با این حال، زمانی که مخلوط بتن حاوی سنگدانه‌های شیشه‌ای است، باید یک روش کاهش را برای سرکوب واکنش قلیایی سیلیکا (ASR) در نظر گرفت. واکنش قلیایی سیلیکا یک واکنش شیمیایی بین مواد قلیایی از سیمان پرتلند و سنگدانه‌های راکتیو درون بتن بوده که منجر به ایجاد ژل سیلیکا می‌شود. با وجود رطوبت، ژل سیلیکا منبسط شده و باعث خراب شدن بتن می‌شود. متخصصان سنگدانه‌های شیشه‌ای را به دلیل محتوای قلیایی و سیلیسی که در ریزساختار آنها وجود دارد، بسیار واکنش پذیر می‌دانند (شیشه تقریباً 70 درصد سیلیس و 15 درصد سدیم دارد).
از بین بردن واکنش قلیایی سیلیکا
راه‌های مختلفی برای از بین بردن احتمال واکنش مضر واکنش قلیایی سیلیکا در بتن حاوی سنگدانه‌های شیشه ای زباله وجود دارد. استفاده از سیمان پرتلند کم قلیایی یا ترکیب مواد سیمانی تکمیلی (SCMs) مانند دوده سیلیس، خاکستر بادی، سرباره و متاکائولین، می‌تواند مشکل واکنش قلیایی سیلیکا را در بتن حاوی ضایعات شیشه ای کاهش دهد. در میان مواد سیمانی تکمیلی، دوده سیلیس و متاکائولین، موثرترین آنها هستند.
مطالعات اخیر نشان دادند که استفاده 10 درصد از دوده سیلیس یا متاکائولین، می‌تواند تا حدود 90 درصد از واکنش قلیایی سیلیکا بتن حاوی 100 درصد سنگدانه‌های شیشه ای بکاهد. همچنین می‌توان از پودر شیشه به عنوان یک ماده سیمانی تکمیل در بتن (یعنی جایگزینی برای سیمان پرتلند) برای کاهش مشکل واکنش قلیایی سیلیکا استفاده کرد. با این حال، این کار به اندازه استفاده از مواد سیمانی تکمیلی موثر نیست. به عنوان مثال، می‌توان 30 درصد سیمان پرتلند و 100 درصد سنگدانه‌ها را به ترتیب با پودر شیشه و سنگدانه شیشه جایگزین کرد. در انجام این کار، با مشکل واکنش قلیایی سیلیکا مواجه نمی‌شویم.
مقاومت بتن حاوی پودر شیشه به عنوان ماده جایگزین سیمان، تقریباً برابر با بتن حاوی سیمان پرتلند است. با این حال، دوام آن بهتر از بتن معمولی است. مقاومت بتن حاوی سنگدانه‌های شیشه ای 10 تا 20 درصد کمتر از بتن حاوی سنگدانه‌های معدنی (شن و ماسه) است. این کاهش خواص مکانیکی به دلیل استحکام کمتر سنگدانه‌ها و همچنین پیوند کمتر بین سنگدانه‌های شیشه و خمیر در مقایسه با سنگدانه‌های معدنی است.
کاربردهای بتن شیشه ای
با این اوصاف، می‌توان از بتن حاوی شیشه ضایعاتی برای کاربردهای داخلی (جایی که انتظار ندارید در معرض مواد تهاجمی و رطوبت قرار بگیرید)، استفاده کرد. همچنین می‌توان از آن برای پیاده روها و حاشیه‌هایی که به استحکام کمتری نیاز دارند، بهره برد. استفاده از این نوع بتن در مصارف داخلی، وجود آب و در نتیجه واکنش قلیایی سیلیکا را از بین می‌برد.
توجه داشته باشید که استفاده از سنگدانه‌های شیشه، ضایعات کارایی مخلوط بتن را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. شکل‌های زاویه‌ای کولت‌های شیشه ای، بر کارایی مخلوط بتن تأثیر منفی می‌گذارند. پس از آن، شما باید از یک فوق روان کننده برای سهولت در قرارگیری و استحکام بتن استفاده کنید.
تحقیقات نشان داده‌اند که بتن حاوی سنگدانه‌های ضایعاتی شیشه، مقاومت سایشی بهتری نسبت به بتن معمولی حاوی سنگدانه‌های معدنی دارد. حتی اگر تمام سنگدانه‌های معدنی را با سنگدانه‌های شیشه ای جایگزین نکنید، ذرات شیشه به دلیل چگالی کمتر در مقایسه با سنگدانه‌های معدنی و خمیر، به سطح بتن می‌روند.
کلام آخر
معرفی شیشه به مخلوط بتن، منجر به یک واکنش شیمیایی به نام واکنش قلیایی سیلیس می‌شود. این واکنش باعث می‌شود که شیشه در طول زمان در ماتریس بتن جابجا شده یا شل شود. شما می‌توانید این واکنش را با جایگزین کردن بخشی از سیمان پرتلند با خاکستر بادی (معروف به متاکائولین) کاهش دهید. برخی از متراکم کننده‌های شیمیایی نیز واکنش قلیایی سیلیکا را حذف می‌کنند، به این معنی که استفاده از شیشه در بتن قابل انجام خواهد بود. فقط نیاز است که در تولید بتن شیشه ای تحقیقات بیشتری انجام شود.
منابع:
https://www.concretedecor.net//