The recent progress of recycled steel fiber-reinforced concrete

مقدمه: دلایل استفاده از الیاف فولادی بازیافتی

بتن به دلیل ماهیت شکننده و ترک‌پذیر خود، به تقویت‌ کننده‌هایی نیاز دارد که مقاومت مکانیکی و دوام آن را افزایش دهند. تولید الیاف فولادی صنعتی، با مصرف انرژی زیاد و تولید گازهای گلخانه‌ای، اثرات زیست‌محیطی منفی به همراه دارد. الیاف فولادی بازیافتی (RSF) از لاستیک‌های فرسوده و ضایعات صنعتی استخراج شده و به ‌عنوان جایگزین پایدار با خواص مکانیکی مناسب پیشنهاد می‌شود.

منابع و فرآیندهای بازیافت الیاف فولادی

1. منابع اصلی:

1. • لاستیک‌های فرسوده که سالانه بیش از 17 میلیون تن تولید می‌شوند.
   • ضایعات صنعتی شامل سیم‌های فولادی استفاده ‌شده در ساخت‌وساز و قالب‌بندی‌ها.

2. روش‌های بازیافت:

• خردایش مکانیکی: تولید الیاف با طول‌ها و اشکال متنوع، مناسب برای کاربردهای عمومی.
• پیرولیز: تجزیه حرارتی در غیاب هوا که علاوه بر بازیافت الیاف، محصولاتی نظیر کربن سیاه و روغن نیز تولید می‌کند.
• برش دستی: کنترل ابعاد الیاف برای تولید قطعات یکنواخت و استاندارد.

3. ویژگی‌های الیاف بازیافتی:

1. • طول‌ها: 9 تا 60 میلی‌متر.
   • قطرها: 0/15 تا 0/26 میلی‌متر. بسته به روش بازیافت و نوع منبع، مشخصات فیزیکی الیاف تغییر می‌کند.

اثرات الیاف بر خواص بتن تازه

1. روانی:

1. • افزودن الیاف بازیافتی روانی بتن را کاهش می‌دهد.
   • استفاده از فوق‌روان‌کننده‌ها و میکسرهای سیاره‌ای باعث پراکندگی بهتر الیاف می‌شود.

2. تخلخل و چگالی:

1. • مواد اضافی مانند لاستیک چسبیده به الیاف، ممکن است پیوند با ماتریس سیمانی را ضعیف کرده و تخلخل را افزایش دهد.
   • افزودن نانو سیلیکا به‌ عنوان پرکننده، تخلخل را کاهش داده و یکنواختی را بهبود می‌بخشد.

3. پایداری حجمی:

1. • الیاف بازیافتی می‌توانند انقباض ناشی از خشک‌شدگی را کاهش داده و ترک‌های سطحی را مهار کنند.
   • این ویژگی در شرایط محیطی متغیر اهمیت ویژه‌ای دارد.

خواص مکانیکی بتن سخت‌شده

1. مقاومت فشاری:

1. • استفاده از 0/5 درصد الیاف بازیافتی حجمی، مقاومت فشاری را تا 59 درصد افزایش می‌دهد.
   • مخلوط‌های هیبریدی از الیاف صنعتی و بازیافتی، به دلیل ترکیب خواص هر دو، عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند.

2. مقاومت کششی و خمشی:

1. • افزودن الیاف بازیافتی مقاومت کششی و خمشی را تا 50 درصد افزایش داده و جذب انرژی را بهبود می‌بخشد.
   • این الیاف با مهار ترک‌ها، دوام و ظرفیت باربری بتن را ارتقا می‌دهند.

3. سختی و شکل‌پذیری:

1. • الیاف بازیافتی باعث افزایش سختی پس از ترک‌خوردگی و بهبود رفتار غیرخطی بتن می‌شوند.
   • استفاده از نانو سیلیکا پیوند بین الیاف و ماتریس سیمانی را تقویت کرده و خواص مکانیکی را بهینه می‌کند.

دوام بتن و مقاومت در برابر شرایط محیطی

1. ضربه‌پذیری:

1. • بتن مسلح با الیاف بازیافتی مقاومت بالایی در برابر ضربه و بارگذاری دینامیکی دارد و برای کاربردهای حساس مناسب است.

2. مقاومت در برابر شرایط سخت:

1. • کاهش تخریب حرارتی و جلوگیری از اسپالینگ در دماهای بالا.
   • خوردگی الیاف در محیط‌های کلریدی چالشی مهم است، اما می‌توان با پوشش‌دهی یا اصلاح سطحی الیاف، این مشکل را کاهش داد.

مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی

1. زیست‌محیطی:

1. • کاهش انتشار CO₂ به میزان 1/52 تن در سال با استفاده از تایرهای فرسوده.
   • کاهش آلودگی منابع آب و جلوگیری از شیوع بیماری‌ها با حذف لاستیک‌های فرسوده از محیط.

2. اقتصادی:

1. • کاهش هزینه تولید بتن با جایگزینی الیاف صنعتی گران‌ قیمت.
   • استفاده از تایرهای بازیافتی به ‌عنوان سوخت در کارخانه‌های سیمان، علاوه بر کاهش هزینه‌های انرژی، باعث کاهش انتشار CO₂  تا 17 درصد می‌شود.

چالش‌ها و پیشنهادات برای آینده

1. چالش‌ها:

1. • کیفیت غیر یکسان الیاف بازیافتی به دلیل تفاوت در منابع و روش‌های بازیافت.
   • اثر لاستیک باقی ‌مانده روی الیاف بر مقاومت مکانیکی بتن.
   • نیاز به استانداردسازی فرآیندهای بازیافت و مشخصات فنی الیاف.

2. پیشنهادات:

1. • تحقیقات بلند مدت برای بررسی دوام و رفتار بتن در طول عمر مفید سازه.
   • توسعه فناوری‌های هیبریدی برای ترکیب بهینه الیاف صنعتی و بازیافتی.
   • ارتقای روش‌های بازیافت برای تولید الیاف با کیفیت بالاتر و اثرات زیست‌محیطی کمتر.

نتیجه‌گیری

الیاف فولادی بازیافتی به ‌عنوان جایگزینی پایدار برای الیاف صنعتی، تأثیرات مثبتی بر محیط زیست و صنعت ساخت‌وساز دارند. این مواد علاوه بر بهبود خواص مکانیکی بتن، می‌توانند هزینه‌ها را کاهش داده و نقش مهمی در توسعه پایدار ایفا کنند. با این حال، تحقیقات بیشتری برای رفع چالش‌ها و استانداردسازی این فناوری مورد نیاز است.