مطالعه نشان میدهد که تقریباً ۳۰٪ از زبالههای پسماندهای ساخت و تخریب دفن میشود، ۵۰٪ بازیافت میگردد و ۲۰٪ به عنوان ماده پرکننده مورد استفاده قرار میگیرد. این موضوع بیانگر پتانسیل افزایش نرخ بازیافت از طریق بهبود تکنیکهای پردازش و شیوههای مدیریت است. بررسیها نشان میدهد که بیشتر پژوهشها در اروپا، آسیا، ایالات متحده و چین انجام شدهاند. منابع اصلی و ثانویه برای موجودی چرخه عمر (LCI) بسته به منطقه و محل مطالعه متفاوت هستند.
صنعت ساختوساز یکی از بخشهای مهم اقتصادی است که سهم قابلتوجهی در تولید ناخالص داخلی (GDP) در اتحادیه اروپا و ایالات متحده دارد و از طریق ایجاد فرصتهای شغلی به پایداری اقتصادی کمک میکند. با این حال، ساخت، تخریب و نوسازی ساختمانها و زیرساختها باعث تولید حجم بالایی از زبالههای ساختوساز و تخریب میشود. این زبالهها شامل مجموعهای از مواد مختلف مانند چوب، فلزات، فولاد، شن، خاک رس و بتن هستند که هر کدام نقش خاصی در پروژههای ساختوساز ایفا میکنند. این مواد که از مواد سنتی تا چندمنظوره را شامل میشوند، اجزای اساسی ساختوساز هستند و به دوام و استحکام سازهها کمک میکنند.
این زبالههای ریز میتوانند به عنوان جایگزین شن طبیعی یا سنگدانههای سنتی در بتن، مواد زیرسازی و پایه جادهها، تولید آجر و کاشی، و به عنوان ماده خام در تولید سیمان و پرکننده در مخلوطهای آسفالت مورد استفاده قرار گیرند. دستهبندی سیستماتیک این زبالهها از جمله بتن، ملات، آجر، کاشی، شیشه، سرامیک، فلزات، پلاستیک و مواد آلی، امکان استفاده کارآمد از این منابع را فراهم کرده و به کارایی منابع و کاهش تأثیرات زیستمحیطی برای شیوههای ساختوساز سبزتر کمک میکند.
در اتحادیه اروپا، مقرراتی برای مدیریت زبالههای ساختمانی تصویب شده است که نقش مستقیمی در کاهش منابع، افزایش گازهای گلخانهای و مصرف انرژی دارد. این اتحادیه یک رویکرد اقتصاد چرخشی را برای مدیریت زبالههای ساختمانی اتخاذ کرده است؛ این رویکرد بر کاهش، استفاده مجدد و بازیافت مواد به منظور کاهش اثرات زیستمحیطی و بهینهسازی شیوههای مدیریت زباله تأکید دارد. این مقررات با هدف ترویج پایداری در بخش ساختوساز و هماهنگی با طرح اقدام اقتصاد چرخشی و بازبینی مقررات محصولات ساختمانی تصویب شدهاند.
با این حال، به دلیل پیچیدگی جریان زبالههای ساختمانی و تفاوتهای موجود در شیوههای ساختوساز در کشورهای عضو اتحادیه اروپا، ارائه راهحلهای نوآورانه در سطح جهانی ضروری است. این مشاهدات، نیاز حیاتی به شیوههای پایدار و مواد جایگزین برای کاهش تأثیرات زیستمحیطی ناشی از مصرف منابع در صنعت ساختوساز و تولید زباله را نشان میدهند. استفاده از زبالههای ساختوساز برای تولید بتن به عنوان یک راهحل پایدار برای تولید بتن سبزتر در نظر گرفته میشود.
- وضعیت فعلی استفاده از پسماندهای ساخت و تخریب
- در حال حاضر حدود ۳۰٪ از زبالههای پسماندهای ساخت و تخریب دفن میشوند، ۵۰٪ بازیافت میگردند و ۲۰٪ به عنوان ماده پرکننده مورد استفاده قرار میگیرند.
- موادی که بیشتر از پسماندهای ساخت و تخریب در تولید بتن استفاده میشوند، شامل سنگدانههای بازیافتی بتن، آجر، گچ، سرامیک، کاشی، مواد معدنی و شیشههای زباله هستند. استفاده از این مواد باعث کاهش نیاز به منابع طبیعی و کم شدن میزان دفن زبالههای پسماندهای ساخت و تخریب میشود، که از این طریق تأثیرات زیستمحیطی کاهش مییابد.
2. مزایای زیستمحیطی و اقتصادی بازیافت پسماندهای ساخت و تخریب
- تحقیقات نشان میدهند که بازیافت پسماندهای ساخت و تخریب و استفاده از آن در تولید محصولات مختلف از جمله بتن میتواند منجر به مزایای زیستمحیطی قابل توجهی مانند صرفهجویی در انرژی و کاهش انتشار CO₂ شود.
- برای مثال، استفاده از بتنهای تولیدشده با سنگدانههای بازیافتی، انتشار CO₂ کمتری نسبت به بتنهای با سنگدانههای طبیعی دارند و میتوانند در پایان عمر خود نیز تا ۸۵٪ بازیافت شوند.
- علاوه بر این، استفاده کامل از اجزای پسماندهای ساخت و تخریب در ترکیب بتن، عملکرد زیستمحیطی بهتری را در مقایسه با سایر ترکیبات فراهم میکند.
3. خواص مکانیکی و زیستمحیطی بتن تولیدشده با پسماندهای ساخت و تخریب
- استفاده از موادی مانند شیشه بازیافتی در بتن میتواند واکنشهای پوزولانی را افزایش داده و به کاهش انتشار کربن و افزایش پایداری حرارتی کمک کند. همچنین، افزودن نانو-SiO₂ و الیاف بازالت به بتنهای بازیافتی باعث بهبود ساختار و افزایش مقاومت بتن در برابر عوامل مختلف میشود.
4. ترکیب مواد پسماندهای ساخت و تخریب در بتن
- بتن مبتنی بر پسماندهای ساخت و تخریب میتواند ترکیبی از مواد مختلف مانند چوب، پلاستیک، فولاد، خاک رس، آجر و سایر بقایای ساختمانی باشد که به عنوان جایگزین سنگدانههای معمولی، مواد چسباننده و پرکنندهها در بتن مورد استفاده قرار میگیرند.
- این ترکیبات بهطور پایدار در تولید بتن به کار گرفته میشوند و بهطور کلی خطرات زیستمحیطی تولید بتن را کاهش میدهند.
5. نقش بازیافت در ترویج اقتصاد چرخشی
- استفاده مجدد از پسماندهای ساخت و تخریب در پروژههای ساختمانی به شکل قابل توجهی به ترویج الگوی اقتصاد چرخشی کمک میکند. با دور کردن پسماندهای ساخت و تخریب از محلهای دفن زباله و بهرهگیری از آن در پروژههای جدید، صنعت ساختوساز به دستیابی به یک سیستم بسته نزدیک میشود که در آن مواد به طور مداوم بازیافت و بازسازی میشوند.
مواد بازیافتی پسماندهای ساخت و تخریب برای کاربردهای مختلف
- پسماند آجرهای رسی، پسماند بتن و پسماند شیشه: این مواد به عنوان مواد فعالشده قلیایی برای تولید مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرند. در این مورد، 70 درصد مواد تشکیلدهنده از مواد پسماندهای ساخت و تخریب هستند که به عنوان جایگزین سیمان استفاده میشوند.
- کاشیهای سقفی، آجرهای توخالی، پسماند شیشه و آجرهای رسی: این مواد به عنوان پیشساز و سنگدانهها برای تولید ملات به کار میروند و به صورت 100 درصد از مواد پسماندهای ساخت و تخریب تشکیل شدهاند.
- شیشه، آجر، بتن و کاشی سقفی: از این مواد به عنوان پیشساز در تولید بتنهای ژئوپلیمر استفاده میشود و به طور کامل از مواد پسماندهای ساخت و تخریب هستند.
- مواد بازیافتی بدون انتخاب خاص از پسماندهای ساخت و تخریب این مواد برای لایههای آسفالت و تثبیت پایهها و زیرپایههای جاده به کار میروند و درصد مواد بازیافتی در آنها بین 2/85 تا 8/93 درصد است.
- اجزای ریز پسماندهای ساخت و تخریب سرامیک، شیشه، گچ، فلزات، چوب، پلاستیک، ذرات شناور، آسفالت، ملات و بتن این مواد برای لایههای زیرسازی جاده مورد استفاده قرار میگیرند و حدود 95 درصد از ترکیب آنها از مواد پسماندهای ساخت و تخریب است.
در ادامه به بررسی استفاده از این ضایعات بتن ریزدانه بهعنوان مصالح سنگدانه در ساختوساز از طریق فرآیندهای مختلف گرانولهسازی میپردازیم. سنگدانههای مختلف تولید شده برای عملکرد مورد نظرشان در بتن ارزیابی شدند و سپس بتن سبک (LWC) ساخته شد. همچنین از یک سنگدانه سبک تجاری به نام LECA برای ارزیابی و تولید بتن بهصورت جداگانه و در ترکیب با سنگدانههای تولید شده استفاده میکنیم[22].
نتایج نشان داد که سنگدانههای تولید شده از طریق فرآیند گرانولهسازی برای بتن سبک (LWC) مناسب هستند و با LECA تجاری قابل مقایسه میباشند. اگرچه سنگدانههای تولید شده از LECA سنگینتر بودند، اما ترکیب ۵۰٪ از سنگدانههای تولید شده و LECA پیشنهاد میشود. همچنین، ارزیابی تأثیرات زیستمحیطی بهینهترین گزینه گرانولهسازی را برای استفاده از ضایعات ریزدانه پسماندهای ساخت و تخریب در بتن جدید تضمین میکند. محاسبه حفظ زمین از طریق استفاده از ضایعات پسماندهای ساخت و تخریب در ساختوساز، فواید اضافی در راستای دستیابی به پایداری را نشان میدهد.
مواد سنگدانه حدود ۷۵٪ حجم بتن را اشغال میکنند. مطالعات زیادی بر روی استفاده موثر از ضایعات پسماندهای ساخت و تخریب به عنوان مصالح سنگدانه در بتن تازه انجام شده است. سنگدانهای که از خرد کردن بتن قدیمی تولید میشود به عنوان سنگدانه بازیافتی (درشت و ریز) شناخته میشود. با این حال، توصیهها برای استفاده از سنگدانههای درشت بازیافتی معمولاً به ۲۰ تا ۳۰ درصد محدود است. در مقابل، تمرکز کمتری بر سنگدانههای ریز بازیافتی شده است، اگرچه تولید سنگدانههای ریز از ضایعات پسماندهای ساخت و تخریب حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد است. یکی از استفادههای متداول از سنگدانههای ریز بازیافتی بهعنوان ماده پایه در جادهسازی است، اما این روش پایدارترین گزینه نیست؛ چرا که ممکن است به آلودگی خاک و آب منجر شود.
در صنایع مختلف تولید بتن نیز یک محصول جانبی به نام پودر ریز بتن بازیافتی تولید میشود. این ماده در فرآیندهای مختلفی مانند خرد کردن و ساخت سنگدانه از ضایعات پسماندهای ساخت و تخریب ، برش قطعات پیشساخته بتن، و پردازش ضایعات در کارخانههای بتن آماده به وجود میآید. پودر ضایعات ریز بتن به آلودگی خاک و آبهای اطراف حساستر است و میتواند آلودگی هوا ایجاد کند؛ بنابراین، یک راهحل پایدار برای مدیریت پودر ضایعات بتن مورد نیاز است. تحقیقات اخیر نشان دادهاند که میتوان این پودر را از طریق فرآیندهای گرانولهسازی به سنگدانه تبدیل کرد. ضایعات بتن ریزدانه همراه با محصولات جانبی صنعتی دیگر، گرانوله شده تا سنگدانههای سبک تولید شود.
در این مطالعه، MA1، MA2، و MA3 به سه نوع مختلف از سنگدانههای تولید شده از ضایعات ریز بتن اشاره دارند که از منابع و ترکیبات مختلف تولید شدهاند. جزئیات این سنگدانهها به شرح زیر است:
- MA1 این سنگدانه از ضایعات ریز بتن آماده تولید شده است. برای تولید MA1، ۷۰٪ از ضایعات ریز بتن و ۳۰٪ مواد اتصالدهنده استفاده شده است. در فرآیند گرانولهسازی، این پودر بتن ریز با سرباره و آب ترکیب و در اتاق کنترل رطوبت برای پخت قرار داده میشود.
- MA2 این سنگدانه از ضایعات ریز بتن از صنعت قطعات پیشساخته تهیه شده است. این ترکیب شامل ۵۰٪ ضایعات ریز بتن و ۵۰٪ مواد اتصالدهنده است که از ۳۰٪ خاکستر بادی و ۷۰٪ سرباره کوره بلند به عنوان ماده هماتصالی ساخته شده و برای پیوند از مایع NaOH استفاده میشود. این سنگدانه در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد و به مدت ۲۴ ساعت در فر قرار داده میشود.
- MA3 این سنگدانه از ضایعات ملات ژئوپلیمری بازیافتی تولید شده است. ترکیب MA3 شامل ۷۰٪ پودر ژئوپلیمر ریز و ۳۰٪ سرباره کوره بلند به عنوان ماده اتصالدهنده است و از ۳٪ سیلیکات سدیم به عنوان هماتصالی استفاده میشود. پخت این سنگدانه در شرایط محیطی (بدون نیاز به فر) انجام میشود.
این سه نوع سنگدانه تولید شده با روشهای مختلف گرانولهسازی تولید شدهاند و در این مطالعه برای ارزیابی عملکرد و تأثیرات زیستمحیطی در تولید بتن سبک مورد استفاده قرار گرفتهاند.
سنگدانههای تولید شده MA1، MA2، MA3 هر کدام دارای ترکیبات و فرآیندهای متفاوتی هستند که تأثیرات زیستمحیطی مختلفی ایجاد میکنند:
- MA1 تأثیرات زیستمحیطی نسبی بیشتری در شاخصهای GWP و ADP دارد.
- MA2 با کاهش جزئی در تأثیرات زیستمحیطی، گزینهای پایدارتر به شمار میآید.
- MA3 کمترین تأثیر را در شاخصهای تقاضای انرژی تجمعی (CED) و کاهش منابع تجدیدناپذیر (ADP) دارد.
از میان سنگدانههای تولید شده، MA3 کمترین تأثیرات زیستمحیطی را دارد و میتواند گزینه بهتری برای بتن سازگار با محیط زیست باشد.
منابع:
van de Wouw, P.M.F., Florea, M.V.A. and Brouwers, H.J.H., 2016, June. Material distribution in treated MSWI bottom ash fractions. In 4th International Conference on Sustainable Solid Waste Management, 23-25 June 2016, Lymasol, Cyprus(pp. 1-6).
Munir, Q., Lahtela, V., Kärki, T. and Koivula, A., 2024. Assessing life cycle sustainability: A comprehensive review of concrete produced from construction waste fine fractions. Journal of Environmental Management, 366, p.121734.
Zhu, P., Wang, H., Yan, X., Yang, L., Zhu, L. and Liu, H., 2024. Recycled coarse aggregate from parent concrete with supplementary cementitious materials under freeze-thaw environment: Recyclability, environment and economic evaluation. Journal of Building Engineering, 84, p.108699.
Fode, T.A., Jande, Y.A.C. and Kivevele, T., 2024. Physical, mechanical, and durability properties of concrete containing different waste synthetic fibers for green Environment-A critical review. Heliyon.
Kursula, K., Mistri, A., Illikainen, M. and Perumal, P., 2024. Utilization of fine concrete waste as a lightweight aggregate via granulation: Technical and environmental assessment. Journal of Cleaner Production, 434, p.139938.