تقویت 30 درصدی بتن با تفاله قهوه

تقویت 30 درصدی بتن با تفاله قهوه: نوآوری در صنعت ساختمان

روان کننده بتن

تخمین زده می شود سالانه 60 میلیون تن قهوه آسیاب شده (SCG) در سراسر جهان تولید می شود. به طور سنتی، بیشتر این تفاله‌های قهوه به محل‌های دفن زباله ختم می‌شوند.
اکنون محققان دانشگاه RMIT با مخلوط کردن آن در بتن، کاربرد عملی و منحصر به فردی را برای این نوع زباله خاص پیدا کرده اند.
راجیو رویچاند، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: کار ما با الهام از یافتن راهی جدید برای استفاده از مقادیر زیادی از ضایعات قهوه در پروژه‌های ساختمانی به جای رفتن به محل دفن زباله برای دادن زندگی جدید به قهوه بود.

تفاله های قهوه به دلیل اندازه ذرات کوچک آن به عنوان یک ماده مفید در ساخت و ساز پیشنهاد شده است، بنابراین محققان تصمیم گرفتند این مشکل را آزمایش کنند. ابتدا SCG را از کافی شاپ های مختلف در ملبورن استرالیا جمع آوری کردند و برای از بین بردن رطوبت آن را خشک کردند. سپس ماده آلی خشک شده با استفاده از یک فرآیند کم انرژی و بدون اکسیژن به نام بیوچار (زغال چوب ساخته شده از زیست توده گیاهی و ضایعات کشاورزی) تا دو دمای مختلف منفی 350 درجه سانتیگراد یا 500 درجه سانتیگراد گرم می شود.
سپس از اثر 12 مخلوط با نسبت های مختلف برای مقایسه اثر SCG بر رفتار مکانیکی و ریزساختار بتن استفاده شد. SCG های مختلف در سیمان معمولی با حجم های 0، 5، 10، 15 و 20 درصد به عنوان جایگزین سنگدانه های ریز (ماسه طبیعی) استفاده شد.
این بتن تازه را در قالب ریخته و تکان می دهند تا فضای خالی هوا از بین برود. سپس به مدت 24 ساعت در دمای اتاق باقی می‌ماند، قالب‌گیری می‌شود و در حمام آب قرار می‌گیرد تا از نظر مقاومت فشاری یا مقاومت فشاری توسط پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) آزمایش شود. لازم به ذکر است که مقاومت فشاری حداکثر تنش فشاری است که یک ماده جامد می تواند بدون شکستگی تحمل کند.
محققان دریافتند که در تمام مواد آزمایش شده با 15 درصد شن و ماسه که با قهوه جایگزین شده و در دمای 350 درجه سانتیگراد پخته شده است، منجر به بهبود قابل توجهی در محتوا شد که منجر به افزایش 29.3 درصدی شد. 

مزایای استفاده از تفاله قهوه در بتن:

افزایش مقاومت: همانطور که ذکر شد، افزودن تفاله قهوه به بتن، مقاومت آن را تا 30 درصد افزایش می‌دهد. این امر به معنای افزایش استحکام و طول عمر سازه‌های بتنی است.
کاهش مصرف شن و ماسه: با جایگزینی بخشی از شن و ماسه با تفاله قهوه، می‌توان از مصرف این منابع طبیعی کاست. این امر به حفظ محیط زیست و منابع طبیعی کمک می‌کند.
کاهش ضایعات: تفاله قهوه، ضایعاتی است که به وفور در صنایع مختلف، به خصوص صنعت قهوه تولید می‌شود. استفاده از این ضایعات در تولید بتن، راه حلی خلاقانه برای دفع آنها و تبدیل آنها به ماده‌ای مفید است.
خواص عایق حرارتی: تحقیقات نشان داده است که بتن حاوی تفاله قهوه، عایق حرارتی بهتری نسبت به بتن معمولی است. این امر می‌تواند به کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها کمک کند.
کاهش هزینه‌ها: در برخی موارد، استفاده از تفاله قهوه در بتن، می‌تواند هزینه‌های تولید را نیز کاهش دهد.

نحوه عملکرداستفاده از تفاله قهوه در بتن:

تفاله قهوه، دارای ذرات ریز و متخلخلی است که می‌توانند به عنوان جایگزینی برای بخشی از شن و ماسه در بتن استفاده شوند.
این ذرات، به طور مکانیکی با سیمان و سایر اجزای بتن پیوند می‌خورند و باعث افزایش استحکام و مقاومت آن می‌شوند.
همچنین، ذرات تفاله قهوه، می‌توانند حفره‌های کوچکی را در بتن ایجاد کنند که به جذب گرما و صدا کمک می‌کند.

کاربردها استفاده از تفاله قهوه در بتن:

بتن حاوی تفاله قهوه، می‌تواند در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از جمله ساخت و ساز، جاده‌سازی و تولید بلوک‌های بتنی مورد استفاده قرار گیرد.
با توجه به مزایای متعدد این نوع بتن، انتظار می‌رود که در آینده شاهد استفاده روزافزون از آن در صنعت ساختمان باشیم.

معایب استفاده از تفاله قهوه در بتن:

در اینجا به برخی از معایب احتمالی استفاده از تفاله قهوه در بتن اشاره می‌کنیم:

1. عدم قطعیت در کیفیت و پایداری:

کیفیت و پایداری بتن حاوی تفاله قهوه به عوامل مختلفی مانند نوع و فرآوری تفاله قهوه، نسبت اختلاط با سایر اجزای بتن و شرایط عمل‌آوری بستگی دارد.
در حال حاضر، اطلاعات کافی در مورد رفتار درازمدت این نوع بتن در دسترس نیست و تحقیقات بیشتری در این زمینه لازم است.
عدم ثبات کیفیت می‌تواند منجر به ناهمگونی در خواص بتن و در نهایت، کاهش عملکرد و اطمینان آن شود.

2.  تأثیر بر دوام:

برخی مطالعات نشان داده‌اند که تفاله قهوه ممکن است بر دوام بتن در برابر عوامل مخرب محیطی مانند یخ‌زدگی، ذوب شدن و حمله سولفات‌ها تأثیر منفی بگذارد.
ذرات تفاله قهوه ممکن است رطوبت را جذب کنند و منجر به یخ‌زدگی و ترک خوردن بتن در شرایط سرد شوند.
همچنین، اسیدهای موجود در تفاله قهوه می‌توانند باعث خوردگی فولاد میلگرد در بتن شوند.

3.  تأثیر بر کارایی:

افزودن تفاله قهوه به بتن می‌تواند زمان گیرش و سخت شدن آن را افزایش دهد.
این امر می‌تواند بر سرعت ساخت و ساز و برنامه‌ریزی پروژه‌ها تأثیر بگذارد.
همچنین، ممکن است کارایی قالب‌بندی و بتن‌ریزی را به دلیل افزایش اصطکاک و کاهش جریان‌پذیری مخلوط بتن کاهش یابد.

4.  ملاحظات زیست محیطی:

اگرچه استفاده از تفاله قهوه به عنوان جایگزین شن و ماسه، مزایای زیست محیطی دارد، اما فرآوری و حمل و نقل آن نیز می‌تواند با تولید آلاینده‌ها و مصرف انرژی همراه باشد.
لازم است که ارزیابی‌های دقیق چرخه عمر برای مقایسه اثرات زیست محیطی بتن حاوی تفاله قهوه با بتن معمولی انجام شود.

5.  هزینه‌ها:

در حال حاضر، هزینه تولید بتن حاوی تفاله قهوه ممکن است از بتن معمولی بیشتر باشد.
این امر به دلیل هزینه‌های فرآوری تفاله قهوه و همچنین نیاز به تحقیقات بیشتر و کنترل کیفیت برای اطمینان از کیفیت و پایداری بتن است.
با افزایش تقاضا و توسعه فناوری، انتظار می‌رود هزینه‌ها در آینده کاهش یابد.

6.  ملاحظات زیبایی:

تفاله قهوه ممکن است به بتن رنگ قهوه‌ای یا تیره بدهد که ممکن است از نظر زیبایی برای همه مطلوب نباشد.
این امر می‌تواند کاربرد این نوع بتن را در نماهای ساختمان و سایر مواردی که ظاهر مهم است، محدود کند.
علاوه بر این معایب، لازم به ذکر است که این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه
و آزمایش است.  به تحقیقات و مطالعات بیشتری برای درک کامل مزایا و معایب
استفاده از تفاله قهوه در بتن و تعیین کاربردهای مناسب برای آن نیاز است.

با وجود این چالش‌ها، استفاده از تفاله قهوه در بتن، نوآوری
امیدوارکننده‌ای است که می‌تواند مزایای قابل توجهی برای صنعت ساختمان و
محیط زیست به ارمغان بیاورد.  با انجام تحقیقات بیشتر، توسعه
فناوری و  ایجاد استانداردهای لازم، می‌توان از این روش به طور
ایمن و کارآمد برای تولید بتن با کیفیت بالا و پایدار استفاده کرد

✍پیشنهاد ویژه برای مطالعه خبر :

بتنی که شارژ کامیون‌های برقی را تامین می‌کند

آغاز بتن‌ریزی ساختمان راکتور واحدسوم نیروگاه اتمی