The recent progress of recycled steel fiber-reinforced concrete
- دکتر سجاد میرزامحمدی
- مقاله
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
- منابع اصلی:
-
- لاستیکهای فرسوده که سالانه بیش از 17 میلیون تن تولید میشوند.
- ضایعات صنعتی شامل سیمهای فولادی استفاده شده در ساختوساز و قالببندیها.
- 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.
- ویژگیهای الیاف بازیافتی:
-
- 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
- روانی:
-
- افزودن الیاف بازیافتی روانی بتن را کاهش میدهد.
- استفاده از فوقروانکنندهها و میکسرهای سیارهای باعث پراکندگی بهتر الیاف میشود.
- تخلخل و چگالی:
-
- 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.
- پایداری حجمی:
-
- 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
- مقاومت فشاری:
-
- 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.
- مقاومت کششی و خمشی:
-
- 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.
- سختی و شکلپذیری:
-
- 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
- ضربهپذیری:
-
- بتن مسلح با الیاف بازیافتی مقاومت بالایی در برابر ضربه و بارگذاری دینامیکی دارد و برای کاربردهای حساس مناسب است.
- مقاومت در برابر شرایط سخت:
-
- 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
- زیستمحیطی:
-
- 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.
- اقتصادی:
-
- 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
- چالشها:
-
- 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.
- پیشنهادات:
-
- 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.