لاستیک
لاستیک ضایعاتی یکی از مواد زائد جامدی است که به دلیل آلودگیهای ناشی از دفن زباله، آزادسازی آلایندههای مضر و گازهای سمی میتواند آسیبهای زیستمحیطی قابل توجهی ایجاد کند. هر ساله میلیونها تایر در سراسر جهان دور ریخته میشوند که خطرات زیادی برای محیط زیست به همراه دارند. طبق گزارش انجمن تولیدکنندگان لاستیک، ایالات متحده در سال 2011 حدود 8/265 میلیون تایر ضایعاتی تولید کرده است که بیش از 80 میلیون تایر از این تعداد هنوز در انبارها ذخیره میشوند. در بریتانیا، حدود 37 میلیون تایر خودرو و کامیون هر ساله دور ریخته میشود و انتظار میرود که این تعداد تا سال 2021 به دلیل افزایش ترافیک جادهای 63 درصد افزایش یابد. همچنین، در سال 2010 بیش از 2/3 میلیون تن تایر استفادهشده در اروپا و آمریکا تولید شد که معادل حدود 220 میلیون تایر است. تولید جهانی تایرها حدود 4/1 میلیارد تایر است که منجر به تولید سالانه حدود 17 میلیون تن تایر ضایعاتی میشود و تایرهای ضایعاتی 2 درصد از کل زبالههای جامد سالانه جهان را تشکیل میدهند.
علاوه بر این، در سال 2018، تولید جهانی لاستیک طبیعی به نزدیک 9/13 میلیون تن رسید که 91 درصد از این تولید متعلق به منطقه آسیا و اقیانوسیه بود. در مقابل، اروپا، خاورمیانه و آفریقا در مجموع 5/6 درصد از لاستیک طبیعی جهان را تولید کردند تایرهای ضایعاتی ممکن است برای تولید انرژی سوزانده شوند و به عنوان سوخت برای کورههای سیمان و کاربردهای دیگر استفاده شوند.
شکل زیر در مورد دفع لاستیکهای ضایعاتی در ایالات متحده در سال 2017 ارائه شده است. طبق این نمودار، تنها 16٪ از لاستیکهای دور انداخته شده در محلهای دفن زباله دفع میشوند، در حالی که مابقی به روشهای دیگری بازیافت میشوند. به طور کلی، استفاده مجدد از لاستیکها برای بازیابی انرژی و بهکارگیری آنها در مواد مهندسی مدنی یکی از راهکارهای مؤثر برای کاهش ضایعات لاستیک محسوب میشود.
شکل زیر به بازیابی مواد از لاستیکهای ضایعاتی در اتحادیه اروپا در سال 2019 میپردازد. طبق دادههای این شکل، استفاده مجدد از لاستیکهای ضایعاتی در اتحادیه اروپا شامل بازیافت آنها برای کاربردهای مختلف صنعتی و ساختوساز است. حدود 6٪ تا 8٪ از لاستیکهای دور ریخته شده بهعنوان مواد مهندسی مدنی مورد استفاده مجدد قرار میگیرند. این روش بازیابی نه تنها به حفاظت از محیط زیست کمک میکند، بلکه اثرات اقتصادی مثبتی نیز دارد.
مشکل اصلی دفن زباله این است که مقدار زیادی از زمین را اشغال میکند، آبهای زیرزمینی و خاک را آلوده میکند و باعث شستشوی فلزات از تایرها میشود. همچنین مکانهای پرورش پشهها را فراهم میکند. از طرف دیگر، روش پیرولیز به دلیل تولید پودر کربن سیاه، آلودگی هوا را به همراه دارد. به همین دلیل، محققان به این نتیجه رسیدهاند که بهترین روش دفع ضایعات، بازیافت است، زیرا علاوه بر پایداری اقتصادی، به حفظ محیط زیست نیز کمک میکند.
جایگزینی سنگدانههای ریز تا سقف 25 درصد با لاستیک ضایعاتی همچنان استحکام و ویژگیهای شکلپذیری مناسبی در مقایسه با بتن معمولی ارائه میدهد. علاوه بر این، هنگامی که سنگدانههای ریز لاستیک بازیافتی 25 درصد از سنگدانههای طبیعی را جایگزین میکنند، تخلخل بتن نسبت به بتن خودمتراکم تا 30 درصد افزایش مییابد که علت آن افزایش محتوای هوا است. چگالی سنگدانههای طبیعی معمولاً بیشتر از سنگدانههای لاستیکی است. بنابراین، جایگزینی سنگدانههای ریز طبیعی با سنگدانههای ریز لاستیکی، به کاهش چگالی کلی بتن منجر میشود. از آنجا که لاستیک ضایعاتی به عنوان حفره در ماتریس کلی بتن عمل میکند، تخلخل بتن را افزایش داده و باعث کاهش وزن اولیه میشود.
استفاده از لاستیکهای ضایعاتی در صنعت ساختوساز
استفاده از لاستیکهای ضایعاتی در صنعت ساختوساز یک راهکار فنی جذاب برای کاهش ضایعات است. از لاستیکهای ضایعاتی میتوان در ساخت اعضای سازهای با چگالی کم، مقاومت متوسط و استحکام بالا، عایقهای حرارتی و صوتی، سازههای هیدرولیکی مانند تخلیهگاه سدها و تونلها و پارکینگها استفاده کرد. این کاربردها باعث دفع ایمن لاستیکهای مصرفشده و کاهش تقاضا برای سنگدانههای طبیعی میشود.
ویژگیهای بتن لاستیکی و تاثیرات استفاده از لاستیک خرد شده
با افزایش اندازه و مقدار سنگدانههای لاستیکی، کارایی بتن لاستیکی کاهش مییابد. با این حال، مطالعات گذشته نشان دادهاند که با استفاده از افزودنیهایی مانند دوده سیلیسی و فوقروانکنندهها میتوان کارایی را بهبود بخشید. به دلیل کاهش وزن مخصوص سنگدانههای لاستیکی، تراکم بتن لاستیکی با افزایش محتوا کاهش مییابد. این خاصیت باعث میشود بتن لاستیکی برای سازههای سبکوزن مناسب باشد، البته به شرطی که مقاومت فشاری قابلقبول باشد.
افزودن لاستیک به بتن معمولا منجر به کاهش ویژگیهای مکانیکی میشود و با افزایش محتوا و اندازه لاستیک، این کاهش بیشتر میشود. دلیل اصلی این امر، اتصال ضعیف بین ماتریس سیمان و سنگدانههای خرد شده و وجود حفرههاست.
برای حفظ مقاومت فشاری، توصیه میشود که مقدار سنگدانههای لاستیکی به کمتر از 20٪ محدود شود. کاهش در مقاومت خمشی، کششی و مدول الاستیسیته کمتر از کاهش مقاومت فشاری است. همچنین، استفاده از سطوح پایین جایگزینی میتواند اثرات مثبتی بر مقاومت کششی داشته باشد، زیرا انعطافپذیری لاستیک باعث کاهش شکستهای شکننده تحت بار کششی میشود. افزودنیهایی مانند دوده سیلیسی و پیشپردازشهایی مانند محلول NaOH باعث افزایش مقاومت میشوند.
منابع:
Imbabi, M.S., Carrigan, C. and McKenna, S., 2012. Trends and developments in green cement and concrete technology. International Journal of Sustainable Built Environment, 1(2), pp.194-216.
Sabbrojjaman, M., Liu, Y. and Tafsirojjaman, T., 2024. A comparative review on the utilisation of recycled waste glass, ceramic and rubber as fine aggregate on high performance concrete: Mechanical and durability properties. Developments in the Built Environment, p.100371.
Qaidi, S.M., Dinkha, Y.Z., Haido, J.H., Ali, M.H. and Tayeh, B.A., 2021. Engineering properties of sustainable green concrete incorporating eco-friendly aggregate of crumb rubber: A review. Journal of Cleaner Production, 324, p.129251.