افزایش استحکام بتن با تفاله قهوه!

محققان دریافته‌اند که بتن را می‌توان با جایگزینی درصدی از شن و ماسه با تفاله‌های قهوه مصرف‌شده، 30 درصد قوی‌تر کرد.

به گزارش تکناک، تفاله‌های قهوه مواد زائد آلی هستند که در مقادیر زیاد تولید می‌شود و معمولاً به محل دفن زباله می رود. این روش همچنین استفاده از منابع طبیعی مانند شن و ماسه را کاهش می دهد و دستیابی به یک رویکرد سبزتر در صنعت ساخت و ساز را تسهیل می کند.

تخمین زده می شود که در سرتاسر جهان، مقدار کل تفاله قهوه (SCG) تولید شده 60 میلیون تن در سال است و به طور سنتی، بیشتر این تفاله‌ها در محل دفن زباله دور ریخته میشود.

اکنون، محققان دانشگاه RMIT استرالیا یک کاربرد عملی و منحصر به فرد را برای این نوع خاص از زباله پیدا کرده‌اند: ترکیب آن در بتن.

راجیو رویچاند، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: الهام بخش کار ما یافتن روشی نوآورانه برای استفاده از مقادیر زیادی ضایعات قهوه در پروژه‌های ساختمانی به جای رفتن به محل‌های دفن زباله بود تا به قهوه یک کاربرد مضاعف بدهد.

به دلیل اندازه ذرات ریز، SCG به عنوان یک جزء مفید در کاربردهای عمرانی و ساختمانی پیشنهاد شده است. بنابراین، محققان تصمیم گرفتند این موضوع را مورد آزمایش قرار دهند. آنها ابتدا SCG را از کافه های مختلف در اطراف ملبورن استرالیا جمع آوری کردند و برای از بین بردن رطوبت آنها را خشک کردند.

سپس مواد آلی خشک شده در دو دمای مختلف 350 درجه سانتیگراد یا 500 درجه سانتیگراد با استفاده از یک فرآیند کم انرژی و بدون اکسیژن به نام پیرولیز برای ایجاد بیوچار (زغال زیستی) گرم شدند.

دوازده طرح مخلوط برای مقایسه اثرات SCG به شکل SCG تیمار نشده، SCG با حرارت 350 درجه و SCG گرم شده 500 درجه، بر رفتار مکانیکی و ریزساختاری بتن مورد استفاده قرار گرفت. SCG های مختلف در سیمان پرتلند معمولی با حجم 0، 5، 10، 15 و 20 درصد به عنوان جایگزینی برای سنگدانه های ریز وارد شدند. در اینجا، سنگدانه ریز مورد استفاده ماسه طبیعی بود.

بتن تازه در قالب ها ریخته شد و برای حذف حفره های هوا ویبره شد. سپس در دمای اتاق به مدت 24 ساعت عمل آوری و قالب گیری شد. در ادامه استحکام فشاری آن آزمایش شد و با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) آنالیز شد. مقاومت فشاری حداکثر تنش فشاری است که یک ماده جامد می تواند بدون شکستگی تحمل کند.

محققان دریافتند که از بین تمام کامپوزیت های بتن مورد آزمایش، موردی که 15 درصد شن و ماسه را با SCG پیرولیز شده در دمای 350 درجه سانتیگراد جایگزین کرده بود، منجر به بهبود قابل توجهی در خواص بتن شد. این بهبود منجر به افزایش 29.3 درصدی در استحکام فشاری شد.

در حالی که تحقیقات هنوز در مراحل اولیه است، محققان می گویند که نتایج امیدوارکننده است و با توجه به فراگیر بودن تفاله قهوه، به طور بالقوه می تواند در ساخت و ساز در سراسر جهان استفاده شود.

شانون کیلمارتین-لینچ، یکی از نویسندگان این مقاله گفت: صنعت بتن پتانسیل قابل توجهی در افزایش بازیافت زباله های آلی مانند قهوه مصرف شده را دارد. تحقیق ما در مراحل اولیه است، اما این یافته‌های هیجان‌انگیز روشی نوآورانه برای کاهش مقدار زیادی زباله‌های آلی که به محل دفن زباله می‌روند، ارائه می‌دهد.

تکنیک تولید بتن علاوه بر صرفه جویی در فضا در محل های دفن زباله، به موضوع زیست محیطی دیگری نیز می پردازد: حفظ منابع طبیعی محدود. ما سالانه تقریباً 40 تا 50 میلیارد تن شن و ماسه را برای استفاده در ساخت و ساز استخراج می کنیم.

جی لی، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: استخراج مداوم شن و ماسه طبیعی در سراسر جهان که معمولاً از بستر و سواحل رودخانه‌ها گرفته می‌شود برای برآورده کردن نیازهای رو به رشد صنعت ساختمان، تأثیر زیادی بر محیط‌زیست دارد. با رویکرد اقتصاد چرخشی، می‌توانیم زباله‌های ارگانیک را از محل دفن زباله دور نگه داریم و همچنین منابع طبیعی خود مانند شن و ماسه را بهتر حفظ کنیم.

محققان قصد دارند آزمایش‌های مکانیکی و دوام طولانی‌مدت را روی بیوچار قهوه با حرارت ۳۵۰ درجه برای کاربردهای بالقوه آن در صنعت ساخت‌وساز انجام دهند و تأثیر استفاده از دماهای مختلف عملیات پیرولیز را بر عملکرد این ماده بیشتر بررسی کنند.