تعیین درصد بهینه اختلاط پسماند مقواسازی در تهیه بتن سبک غیر‌باربر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیارگروه مهندسی عمران-محیط زیست، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل (مسوول مکاتبات).

2 کارشناس ارشد مهندسی عمران-محیط زیست، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.

3 استادیارگروه مهندسی عمران-سازه، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.

چکیده

مقدمه و هدف: بیشتر صنایع کاغذ و مقواسازی برای دفع پسماندهای تولیدی خود، صرف نظر از هزینه­های گزاف، از دو روش متداول سوزاندن و دفن در خاکچال استفاده می­کنند. ترکیبات خطرناک موجود در این نوع پسماندها، سبب آلودگی­های محیط زیست و به­خطر افتادن سلامت بشر می­شود. بسیاری از مطالعات سال­های اخیر نشان می­دهد که بعضی از ضایعات حاصل از صنایع کاغذ و مقوا می­تواند به عنوان مواد اولیه در صنعت ساختمان به کار رود. این تحقیق با هدف تعیین درصد بهینه اختلاط پسماند مقواسازی در تهیه بتن سبک غیر باربر انجام شد.
روش بررسی: در این تحقیق از دو نوع پسماند کارخانه مقواسازی (پسماند نوع1 حاوی مقوا و ماسه و پسماند نوع2 حاوی نایلون، یونولیت و مقوا)  که بیشترین حجم پسماندها را تشکیل می­دهند استفاده شد. مشخصات فیزیکی و میکروبی پسماندها مطابق ASTM اندازه گیری شد. همچنین ترکیب­های مختلف شیمیایی پسماندها شامل عناصر مختلف با استفـاده از میکــروسکـوپ الکترونی اندازه گیری شد. پس از آماده سازی نمونه­ها، آزمایش­های مورد نظر برای تعیین درصد بهینه اختلاط پسماند در بتن در سنین 7، 14 و 28 روز انجام شد.
یافته­ها: از آنجاییکه pH نمونه بتن­های تازه حاوی پسماند بزرگتر از 12 می­باشد، می­توان مطمئن شد که هیچ گونه مشکل میکروبی وجود نخواهد داشت. به­طورکلی استفاده از پسماند در تولید بتن سبب کاهش مقاومت فشاری نمونه­ها می­شود. مقایسه مقاومت­ فشاری بتن­های حاوی پسماند نوع1 و نمونه بتن­های حاوی هر دو نوع پسماند، نشان می­دهد با کاهش میزان پسماند نوع 2 نسبت به پسماند نوع1 مقاومت­ فشاری بتن بهبود می­یابد. نتایج حاصل از آزمایش چگالی خشک، نشان دهنده کاهش چگالی نمونه­های بتنی حاوی پسماند با افزایش درصد جایگزینی پسماند در بخش ماسه می­باشد. همچنین استفاده از پسماند نوع2 باعث سبک­تر شدن نمونه­های بتنی نسبت به نوع1 می­شود. مقادیر بهینه درصدهای جایگزینی پسماند بجای بخش ماسه بتن برای نمونه­های حاوی پسماند نوع 1 و نوع 2، به ترتیب 70 و 75 و همچنین برای نمونه­های حاوی هر دو نوع پسماند، 49 درصد پسماند نوع 1 و 21 درصد پسماند نوع 2 می­باشد.
بحث و نتیجه­گیری: با توجه به نتایج به­دست آمده، استفاده از پسماند نوع1 در تولید بتن به لحاظ اقتصادی و زیست محیطی به­سبب استفاده از سیمان کمتر رضایت­بخش­تر می­باشد. استفاده از پسماندهای کارخانه­­های مقواسازی در تولید بتن سبب صرفه­های زیست محیطی و اقتصادی (سودآوری و تولید اشتغال، کاهش هزینه­های انتقال پسماندها به محل دفن، کاهش وزن سازه، استفاده از پسماند به جای خرید ماسه و کاهش آلودگی­های زیست محیطی ناشی از سوزاندن و دفن پسماندهـا در خاکچال) می­شود.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دورههفدهم، شماره سه، پاییز 94

 

تعیین درصد بهینه اختلاط پسماند مقواسازی در تهیه بتن سبک غیر­باربر

 

داریوشیوسفیکبریا [1] *

dy.kebria@nit.ac.ir

 سیدهفاطمهسیدعلیپور[2]

مهدیدهستانی[3]

 

تاریخ دریافت:9/9/92

تاریخ پذیرش:12/11/92

 

چکیده

مقدمه و هدف: بیشتر صنایع کاغذ و مقواسازی برای دفع پسماندهای تولیدی خود، صرف نظر از هزینه­های گزاف، از دو روش متداول سوزاندن و دفن در خاکچال استفاده می­کنند. ترکیبات خطرناک موجود در این نوع پسماندها، سبب آلودگی­های محیط زیست و به­خطر افتادن سلامت بشر می­شود. بسیاری از مطالعات سال­های اخیر نشان می­دهد که بعضی از ضایعات حاصل از صنایع کاغذ و مقوا می­تواند به عنوان مواد اولیه در صنعت ساختمان به کار رود. این تحقیق با هدف تعیین درصد بهینه اختلاط پسماند مقواسازی در تهیه بتن سبک غیر باربر انجام شد.

روش بررسی: در این تحقیق از دو نوع پسماند کارخانه مقواسازی (پسماند نوع1 حاوی مقوا و ماسه و پسماند نوع2 حاوی نایلون، یونولیت و مقوا)  که بیشترین حجم پسماندها را تشکیل می­دهند استفاده شد. مشخصات فیزیکی و میکروبی پسماندها مطابق ASTM اندازه گیری شد. همچنین ترکیب­های مختلف شیمیایی پسماندها شامل عناصر مختلف با استفـاده از میکــروسکـوپ الکترونی اندازه گیری شد. پس از آماده سازی نمونه­ها، آزمایش­های مورد نظر برای تعیین درصد بهینه اختلاط پسماند در بتن در سنین 7، 14 و 28 روز انجام شد.

یافته­ها: از آنجاییکه pH نمونه بتن­های تازه حاوی پسماند بزرگتر از 12 می­باشد، می­توان مطمئن شد که هیچ گونه مشکل میکروبی وجود نخواهد داشت. به­طورکلی استفاده از پسماند در تولید بتن سبب کاهش مقاومت فشاری نمونه­ها می­شود. مقایسه مقاومت­ فشاری بتن­های حاوی پسماند نوع1 و نمونه بتن­های حاوی هر دو نوع پسماند، نشان می­دهد با کاهش میزان پسماند نوع 2 نسبت به پسماند نوع1 مقاومت­ فشاری بتن بهبود می­یابد. نتایج حاصل از آزمایش چگالی خشک، نشان دهنده کاهش چگالی نمونه­های بتنی حاوی پسماند با افزایش درصد جایگزینی پسماند در بخش ماسه می­باشد. همچنین استفاده از پسماند نوع2 باعث سبک­تر شدن نمونه­های بتنی نسبت به نوع1 می­شود. مقادیر بهینه درصدهای جایگزینی پسماند بجای بخش ماسه بتن برای نمونه­های حاوی پسماند نوع 1 و نوع 2، به ترتیب 70 و 75 و همچنین برای نمونه­های حاوی هر دو نوع پسماند، 49 درصد پسماند نوع 1 و 21 درصد پسماند نوع 2 می­باشد.

بحث و نتیجه­گیری: با توجه به نتایج به­دست آمده، استفاده از پسماند نوع1 در تولید بتن به لحاظ اقتصادی و زیست محیطی به­سبب استفاده از سیمان کمتر رضایت­بخش­تر می­باشد. استفاده از پسماندهای کارخانه­­های مقواسازی در تولید بتن سبب صرفه­های زیست محیطی و اقتصادی (سودآوری و تولید اشتغال، کاهش هزینه­های انتقال پسماندها به محل دفن، کاهش وزن سازه، استفاده از پسماند به جای خرید ماسه و کاهش آلودگی­های زیست محیطی ناشی از سوزاندن و دفن پسماندهـا در خاکچال) می­شود.

واژه های کلیدی: پسماندهای صنعتی، کارخانه بازیافتی مقواسازی، بتن سبک غیر باربر، مقاومت فشاری.

 

 

مقدمه


گسترش و توسعه شهرها و ایجاد مراکز جمعیتی در کشورهای مختلف و افزایش سطح کیفیت زندگی مردم که مصرف هر چه بیشتر انواع فرآورده های تولیدی را در پی داشته، تولید حجم انبوهی از زباله­ها را در این شهرها نیز به دنبال داشته است. تولید و مصرف انبوه مواد که حاصل انقلاب صنعتی و تکنولوژی جدید می باشد الگو و شیوه زندگی انسان­ها را دگرگون کرده و علاوه بر افزایش تولید زباله، ترکیب و نوع زباله­های تولیدی را نیز تغییر داده است و بر حجم انواع پسماندها نیز افزوده است (1). حجم عظیمی از پسماندهای سلولزی در سراسر جهان از منابع مختلفی از قبیل کشاورزی، ساختمان­ها، صنایع چوب، مبلمان و کاغذ و مقوا تولید می­شود (2). بخشی از این ضایعات برای استفاده مجدد به کارخانه­های بازیافتی انتقال داده شده و سایر آن­ها سوزانده شده یا در خاکچال­ها دفن می­گردند. فقدان عمومی کنترل­های مهندسی در اکثر مراکز انتقال و دفن زباله موجود و این واقعیت که بسیاری از مراکز انتقال و دفن زباله در کشور از گذشته به صورت غیر مهندسی راهبری شده و هنوز هم مواد زاید خطرناک و صنعتی نیز در آن­ها دفن می­گردد، پتانسیل انتشار مواد سمی را افزایش می­دهد. این انتشار از سه طریق رخ می دهد: 1- حرکت شیرابه به سمت آب­های زیر زمینی، 2-  نفوذ شیرابه به رواناب و آب­های سطحی و 3- انتشار گازهای فرار به اتمسفر. در نتیجه غلظت­های بالای بسیاری از ترکیبات سمی مراکز انتقال ودفن، به واسطه پتانسیل آن­ها در آلوده نمودن آب می­تواند تهدیدی برای سلامتی انسان باشد(3).

فرآیند بازیافت زباله­های سلولزی جهت تولید کاغذ و مقوا، همه ساله در حال افزایش می­باشد و آمارهای مربوطه نیزحاکی از آن است که طی سال های 1987 تا 1992 به بیش از دو برابر رسیده است. اگر چه میزان مصرف الیاف بازیافتی در حال افزایش است اما میزان مصرف در تولید محصولات کاغذی دارای محدودیت است و استفاده از صد درصد الیاف بازیافتی برای تولید کاغذ بسیار مشکل خواهد بود(4). تولید کاغذ و مقوا از مواد بازیافتی نیز ضایعاتی را به همراه دارد که استفاده از آن­ها جهت تولید مجدد کاغذ و مقوا به دلیل پایین بودن کیفیت محصول، جالب توجه نیست. بنابراین به ناچار ضایعات حاصل از کارخانه­های بازیافتی کاغذ و مقوا سوزانده یا به محل­های دفن زباله انتقال داده می­شوند. اما با توجه به ترکیبات خطرناکی که در این نوع پسماندها وجود دارد، خطر آلودگی آب­های سطحی- زیرزمینی، خاک و هوا را به دنبال خواهد داشت و این مسئله سبب نگرانی­های زیست محیطی شده است. در چنین موقعیتی امکان استفاده از منابع بازیافتی برای تولید محصولات غیر کاغذی فراهم خواهد شد و گذشته ازآن­ها مصرف ضایعات کشاورزی که از آنها در تولید کاغذ نمی توان استفاده کرد یا باعث افت کیفیت کاغذ تولیدی می شود نیز می تواند برای مصارف تولیدی غیر کاغذ مورد استفاده قرار گیرد (4).

از اوایل1940، محققین و موسسین شرکت­ها به دنبال شناسایی روش­های مناسب برای مدیریت مواد زائد جامد صنعت کاغذ هستند. این تلاش­ها در حجم قابــل توجهی از تحقیـق و تجربه­های واقعی به طیف گسترده­ای از تکنیک­های مدیریت مواد زائد جامد منجر شده است. محصـول برخی از این تکنیک­ها، گونه­های مدیریت مواد زائد جامد بادوام و سازگار با محیط زیست می­باشد (5).

      طبق آمار ارائه شده توسط [4]CEPI در سال 2004، موارد استفاده از پسماند کاغذ و خمیر کاغذ در سال­های 1990 تا 2002 مطابق نمودار 2 می­باشد(6).

 

 

 

شکل1-  کاربرد پسماند کاغذ و خمیر کاغذ

 

 

       مطالعات اخیر نشان می­دهد که بعضی از ضایعات حاصل از صنایع کاغذ و مقوا می­تواند به عنوان مواد اولیه در صنعت ساختمان به کار رود (7). برای مثال کارمن مارتینز[5] و همکارانش (8) به بررسی تولید آجر با استفاده از دو نوع  ضایعات حاصل از صنایع کاغذسازی شامل لجن حاصل از تصفیه فاضلاب و پسماند حاصل از تمیز کردن خمیر کاغذ پرداختند، با توجه به نتایج به­دست آمـده افزایش تخلخل نمونه­ها سبب کاهش مقاومت فشاری (مطابق قوانین) گردید. موکاهیت سوتکو[6] و همکارش(9) به بررسی تولید سرامیک متخلخل از مخلوط پسماند فرایند کاغذ سازی و سه خاک رس مختلف پرداختند و نتایج تناسب سه نوع مختلف رس؛ آلومینیوم سیلیکات، رس با مواد قلیایی و رس نسوز در ساخت آجرهای نسوز عایق حرارتی با وزن سبک بر پایه آنورتایت را نشان داد. محمد اسماعیل[7] و همکارانش (10) به بررسی ساخت آجر از لجن کاغذ و خاکستر سوخت روغن خرما  پرداختند. اگرچه مقاومت نمونه آجر تهیه شده کمی بیشتر از کمترین مقدار لازم طبق آیین نامه BS 6073 Part 2: 2008 (11) بدست آمد، اما چگالی نمونه آجر تهیه شده از لجن کاغذ و خاکستر سوخت روغن خرما[8] حدود 1/26 درصد کاهش را نسبت به آجرهای معمول نشان داد که مسئله­ی مهم و قابل توجهی است.

با توجه به اهمیت موضوع و هدف استفاده حداکثر از پسماندها، در این تحقیق درصدهای مختلف استفاده از پسماند حاصل از چرخه بازیافت کارخانه مقواسازی در تولید بتن سبک جهت استفاده در پوشش­های غیر باربر مورد بررسی قرار گرفت.

 

2- مواد و روش­ها

2-1- مواد

2-1-1- سیمان

سیمان مورد استفاده در این تحقیق، سیمان پرتلند تیپ II (مقاوم به ترکیبات سولفاتی) می­باشد که از کارخانه سیمان مازندران (نکا) تهیه گردید. دانسیتة سیمان مذکور برابر با 15/3 بوده و سایر مشخصات فیزیکی و شیمیایی آن به ترتیب در جدول­های 1 و2 نشان داده شده است.

 

جدول 1- خواص فیزیکی سیمان نکا تیپ 2

مشخصات فیزیکی سیمان مازندران (نکا)

مقدار مشخصه فیزیکی

زمان گیرش اولیه

100 دقیقه

زمان گیرش نهایی

180 دقیقه

مقاومت 3 روزه

kg/cm2220

مقاومت 7 روزه

kg/cm2390

مقاومت 28 روزه

kg/cm2520

 

جدول 2- مشخصات شیمیایی سیمان پرتلند تیپ 2 نکا

اجزای سیمان پرتلند تیپ 2

مقدار (درصد)

مقدار استاندارد ملی ایران 389 (درصد)

CaO

07/64

---

SiO2

25/21

>20

Al2O3

95/4

<6

Fe2O3

19/3

<6

MgO

2/1

<5

SO3

04/2

<3

K2O

63/0

---

Na2O

38/0

---

L.O.I

---

<3

 

 


2-1-2- آب

 

در این تحقیق از آب شرب شهرستان بابل به­عنوان آب اختلاط برای ساخت بتن سبک غیر باربر استفاده گردید.

 

2-1-3- سنگدانه (شن و ماسه)

مصالح سنگی استفاده شده در بتن شامل مصالح سنگی درشت دانه (شن) و مصالح سنگی ریزدانه (ماسه) است. شن به عنوان درشت دانه نقش بسیار مهمی در تحمل بارهای وارده بر بتن دارد. همچنین ماسه به عنوان ریزدانه جهت پر نمودن فضای خالی بین درشت‌دانه‌ها بکار گرفته می‌شود. آزمایش دانه بندی جهت تعیین نحوه توزیع اندازه دانه های سنگی بکار گرفته می­شود که از طریق جدایش به کمک الک براساس ACI[9] 211 و استاندارد ASTM[10] C33  صورت می­گیرد (12). شن مورد استفاده در ساخت بتن غیرباربر از نوع شکسته با حداکثر اندازه 5/12 میلی متر و چگالی ویژه 68/2 و همچنین ماسة شسته با مدول نرمی 1/3، چگالی ویژه 64/2 و وزن مخصوص توده­ای kg/m3 1400 از معدن رایج واقع در منطقه گنج افروز تهیه گردید. منحنی دانه بندی شن و ماسه مورد استفاده در این تحقیق مطابق شکل 2 می­باشد.

 

 

اندازه الک (میلیمتر)

 

 

 

شکل 2- منحنی دانه بندی شن و ماسه مورد استفاده

2-1-4- پسماند

 

در این تحقیق از دو نوع پسماند (پسماند نوع1 حاوی مقوا و ماسه و پسماند نوع2 حاوی نایلون، یونولیت و مقوا)  کارخانه مقواسازی پویا آیش مازند واقع در شهرک صنعتی بندپی شرقی شهرستان بابل که بیشترین حجم پسماندها را تشکیل می­دهند استفاده گردید. پسماندها قبل از استفاده در ترکیب بتن، ابتدا خشک و سپس به­وسیله دستگاه خردکن، مطابق شکل 3 خرد گردید.

 

 

 

 

شکل3- پسماندهای تولیدی کارخانه پویا آیش مازند: (الف) پسماند نوع1 و (ب) پسماند نوع2


مشخصات فیزیکی پسماندها شاملpH، میزان رطوبت اشباع و وزن مخصوص بر اساس روش ASTM اندازه گیری شد و نتایج حاصل در جدول­ 3 نشان داده شده است.

 

جدول 3- مشخصات فیزیکی پسماندها

مشخصات پسماند

پسماند نوع 1

پسماند نوع 2

استاندارد

pH

14/7

5/7

ASTM D 4980-89

رطوبت اشباع (%)

75

80

ASTM C 128-01

وزن مخصوص (gr/m3)

74/0

33/0

ASTM C 128-01


 

 

همچنین ترکیب­های مختلف شیمیایی پسماندها شامل عناصر مختلف با استفـاده از میکــروسکـوپ الکترونی  (SEM[11]) اندازه گیری شد و  در جدول­های 4 و 5 نشان داده شد (13).

 

 

جدول 4- ترکیب شیمیایی پسماند نوع1

عنصر

درصد وزنی

عنصر

درصد وزنی

عنصر

درصد وزنی

C

42/74

Fe

27/1

S

51/0

Al

34/1

O

37/11

Cu

37/0

Ca

01/1

P

62/0

Mg

43/1

N

07/4

Ni

11/0

Cl

47/0

Si

41/1

Na

25/1

Zn

35/0

 

جدول 5- ترکیب شیمیایی پسماند نوع2

عنصر

درصد وزنی

عنصر

درصد وزنی

عنصر

درصد وزنی

C

82/28

Fe

09/0

S

39/0

Al

43/12

O

49/46

Cu

01/0

Ca

57/1

P

30/0

Mg

31/0

N

07/7

Ni

01/0

Cl

15/0

Si

63/1

Na

41/0

Zn

33/0

 


مشخصات میکروبی پسماندها نیز به­وسیله آزمایش­های Coli، F.Coli، E.Coli، Salmonella و شمـارش باکتری([12]MTC) مطابق ASTM تعیین گردید و نتایج در جدول 6 نشان داده شده است.

 

جدول 6- مشخصات میکروبی پسماندها

نمونه

 Coli

F.Coli

E.Coli

Salmonella

شمارش باکتری(MTC)

پسماند نوع1

0

منفی

منفی

منفی

107×4

پسماند نوع2

3

منفی

منفی

منفی

108×5

 

2-2- روش­ها


2-2-1- تعیین pH

این آزمایش به­منظور اطمینان از عدم وجود میکروب بیماریزا در بتن­های حاوی پسماند مطابق ASTM D 4980-89 انجام گردید (14).

 

2-2-2- آزمایش مقاومت فشاری

جهت اندازه­ گیری مقاومت فشاری بتن سخت شده از نمونه­های مکعبی با ابعاد 10×10×10 سانتی متر                   (B.S. 1881: Part 116) استفاده گردید( 15). نحوه انجام این آزمایش بدین گونه بود که پس از سخت شدن 7، 14 و 28 روزه، نمونه­های بتنی را در زیر جک فشاری مخصوصی جهت انجام آزمایش قرار داده، سپس نیروی قائمی از سوی جک فشاری با سرعت ثابت به نمونه مکعبی شکل اعمال شده تا نمونه در اثر بار فشاری وارد بر آن گسیخته شود. نیروی لازم جهت گسیخته شدن نمونه توسط دستگاه ثبت شده و مقدار تنش فشاری مکعبی حاصل با تقسیم این نیرو بر سطح مقطع نمونه بدست آمد.

 

2-2-3- آزمایش تعیین چگالی

چگالی خشک تمامی نمونه­ها طبق روش ASTM C642  در سن 28 روز بر روی 3 نمونه مکعبی از هر طرح انجام شد (16).

 

2-3- طرح اختلاط

پس از انجام چندین طرح اختلاط اولیـه و انجام آزمایش­های مختلف برای رسیدن به مشخصات قابل قبول و استاندارد بتن سبک غیرباربر، طرح اختلاط مورد نظر با دارا بودن مقاومت و چگالی مطلوب مطابق استاندارد ASTM C129  بدست آمد(17).

در این مرحله، برای بررسی امکان استفاده از پسماندهای مورد نظر در ساخت بتن سبک غیر باربر، برای هر یک از دو نوع پسماند (سری A؛ پسماند نوع 1 و سری B؛ پسماند نوع 2)، چهار طرح اختلاط که فقط در میزان جایگزینی پسماند با بخش ماسه بتن تفاوت داشتند استفاده گردید و همچنین پس از بررسی 8 طرح فوق برای تهیه نمونه­های ترکیب هر دو نوع پسماند (سری C)،  طرح اختلاط شماره 3 در نظر گرفته شد. در مجموع 11 طرح اختلاط شامل هر یک از پسماندها و ترکیب آن­ها مورد استفاده قرار گرفت.


 


 

 

 

 

 

جدول 7- طرح اختلاط­های نمونه­های بتنی مورد استفاده در این تحقیق

شماره طرح

سری

مقدار جایگزینی پسماند در ماسه (%)

سیمان

شن

ماسه

پسماند نوع 1

پسماند نوع 2

آب

( کیلوگرم در هر متر مکعب)

1

A

0

495

493

1150

0

-

223

2

60

495

493

454

178

-

223

3

70

495

493

331

206

-

223

4

80

495

493

236

238

-

223

5

B

0

600

543

845

-

0

288

6

55

600

543

381

-

58

288

7

75

600

543

210

-

89

288

8

95

600

543

30

-

102

288

9

C

28-42

495

493

331

127

36

223

10

21-49

495

493

331

143

28

223

11

14-56

495

493

331

163

19

223

 

 

 

2-4- بتن ریزی و عمل آوری

 

برای ساخت هر یک از نمونه­های بتنی، ابتدا مصالح مورد استفاده طبق طرح توزین و در مخلوط کننده­ 300 کیلوگرمی به خوبی مخلوط گردید. در ابتدا مصالح درشت (شن) و سپس مصالح ریز (ماسه) در داخل میکسر قرارداده شد و به مدت 1 الی 5/1 دقیقه با هم مخلوط شدند، بعد از این مرحله سیمان و سپس پسماند به داخل میکسر اضافه گردید و پس از 1 دقیقه مخلوط یکنواخت تهیه گردید. در ادامه آب اختلاط کم کم به مخلوط اضافه شد و عمل مخلوط کردن در مجموع بین 10 الی 15 دقیقه به­طول انجامید. قبل از بتن ریزی، سطوح داخلی قالب­ها با قشر نازکی از روغن پوشانده شد تا از چسبندگی بین قالب و بتن جلوگیری به­عمل آید. بعد از اتمام اختلاط، نمونه­های آماده شده در داخل قالب قرار داده و بر روی میز لرزاننده  فشرده سازی انجام شد. نمونه های بتنی به مدت 24 ساعت در قالب­ها در شرایط آزمایشگاهی نگهداری و پس از باز کردن قالب­ها در حوضچه­های آب در دمای بین 25-22 درجه سانتی­گراد تا سن مورد نظر برای هر آزمایش نگه­داری شدند. به این ترتیب آزمایش­های مورد نظر بر روی کلیه نمونه­ها در سنین 7، 14 و 28 روز انجام گردید.

 

3- نتایج و بحث

3-1- بررسی تغییرات pH بتن تازه

نتایج اندازه­گیری pH در نمونه­های بتن تازه در جدول 8 نشان داده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده نشـان می­دهد که pH در کلیه نمونه­های بتنی همانند نمونه­های شاهد در محدوده  بالای 12 قرار داشته و می­توان مطمئن شد که مشکل میکروبی در زمان کارکردن با این گونه بتن­ها ایجاد نخواهد شد (18).

 

 


 

 

جدول 8- مقدار pH نمونه بتن­های تازه

شماره طرح

سری

مقدار جایگزینی پسماند در ماسه (%)

pH

1

A

0

41/12

2

60

15/12

3

70

18/12

4

80

22/12

5

B

0

49/12

6

55

24/12

7

75

32/12

8

95

35/12

9

C

28-42

32/12

10

21-49

30/12

11

14-56

26/12

 

3-2- نتایج آزمایش مقاومت فشاری

 

آزمایش مقاومت فشاری با استفاده از نمونه­های مکعبی 10×10×10 سانتی­متری در سنین 7، 14 و 28 روز انجام گردید و به منظور دستیابی به نتایج مستدل آماری و لزوم مقایسه دقیق نتایج بدست آمده، برای هر گروه از آزمایش‌‌ها 3 سری نمونه تهیه گردید (آزمایش ها بصورت 3 بار تکرار انجام گردید)، که نتایج میانگین در جدول 9 ارائه و روند تغییرات آن در شکل­های 4 الی 6 نشان داده شده است.

 

 

جدول 9- نتایج آزمایش مقاومت فشاری نمونه­های بتنی

شماره طرح

سری

مقدار جایگزینی پسماند در ماسه (%)

متوسط مقاومت فشاری (MPa)

7روزه

14روزه

28روزه

1

A

0 (شاهد)

40/35

30/42

10/45

2

60

15/5

50/6

30/7

3

70

90/4

90/5

90/6

4

80

15/3

55/3

80/3

5

B

0 (شاهد)

65/43

20/46

05/49

6

55

95/6

00/8

95/8

7

75

50/5

65/6

10/7

8

95

45/3

50/4

90/4

9

C

پسماند نوع 1: %42

پسماند نوع 2: %28

40/3

05/4

00/5

10

پسماند نوع 1: %49

پسماند نوع 2: %21

50/3

35/4

40/5

11

پسماند نوع 1: %56

پسماند نوع 2: %14

75/3

05/5

05/6

 

 

شکل4- نمودار مقاومت فشاری متوسط نمونه­های بتنی شامل درصدهای مختلف پسماند نوع1

 

 

شکل 5- نمودار مقاومت فشاری متوسط نمونه­های بتنی شامل درصدهای مختلف پسماند نوع2

 

 

شکل 6- نمودار مقاومت فشاری متوسط نمونه­های بتنی شامل درصدهای مختلف هر دو نوع پسماند

 

 

با توجه به جدول 9 و شکل 4، نتایج بدست آمده برای نمونه­های بتنی حاوی پسماند نوع1 نشان می دهد که با افزایش درصد جایگزینی پسماند با بخش ماسه،  مقاومت فشاری بتن نسبت به بتن شاهد (فاقد پسماند) کاهش می­یابد (به ترتیب 83، 85 و 91 درصد کاهش مقاومت برای درصدهای جایگزینی 60، 70 و 80). این کاهش شدید مقاومت نسبت به نمونه بتن فاقد پسماند می­تواند به­علت بالا بودن سطح مخصوص پسماند که بخش اعظم آن را مقوا تشکیل می­دهد و در نتیجه جذب آب زیاد آن­ها ­باشد. یعنی این مواد در هنگام اختلاط مقدار زیادی آب جذب می­کنند و زمانی که در بتن فشرده می­شوند مقدار زیادی آب پس می­دهند و باعث افزایش نسبت آب به سیمان در ترکیب بتن می­گردند (19و 20). بنابراین مقدار زیادی کریستال کلسیم هیدروکسید در اثر واکنش سیمان و آب تولید می­شود (21، 22 و 23). کریستال Ca(OH)2 کریستالی 6 گوشه است و در میان ناحیه انتقالی بین سنگدانه­ها و ماتریس خمیر سیمان قرار می­گیرد و این امر برای مقاومت­های بتن مضر است (24). اما باتوجه به الزامات استاندارد ASTM C 129 برای بتن­های غیر باربر که حداقل مقاومت فشاری را برای میانگین سه نمونه استوانه­ای 15/4 مگاپاسکال (19/5 مگاپاسکال برای نمونه­های مکعبی) در نظر می­گیرد، لذا برای نمونه­های بتنی حاوی پسماند نوع 1جایگزینی پسماند به­عنوان 60 و70 درصد حجمی بخش ماسه از نظر مقاومت فشاری و میزان جایگزینی پسماند مناسب می­باشد، اما نمونه بتن شامل جایگزینی 80 درصد حجمی پسماند و بخش ماسه الزامات مقاومتی را برآورده نمی­سازد.

با توجه به نتایج ارائه شده در جدول 9 و شکل 5، برای نمونه­های بتنی حاوی پسماند نوع2، با افزایش درصد جایگزینی پسماند با بخش ماسه مقاومت فشاری نسبت به بتن فاقد پسماند شاهد کاهش می­یابد (به ترتیب 82، 85 و 90 درصد کاهش مقاومت برای درصدهای جایگزینی 55، 75 و 95). برای این نمونه­های بتنی، جایگزینی پسماند به­عنوان 55 و 75 درصد حجمی بخش ماسه از نظر مقاومت فشاری و میزان جایگزینی پسماند مناسب می­باشد. اما نمونه بتن شامل جایگزینی 95 درصد حجمی پسماند و بخش ماسه الزامات مقاومتی را برآورده نمی­سازد.

علاوه بر این برای نمونه­های بتنی شامل هر یک از پسماندها می­توان گفت در اثر افزایش بیش از حد پسماند در بتن تحت تاثیر یک واکنش فیزیکی، پسماندها به­هم چسبیده و تشکیل کلوخه­های ناپایدار می­دهند.

در مورد نتایج مقاومت فشاری نمونه­های بتنی حاوی هر دو نوع پسماند (باتوجه به جدول 9 و شکل 6)، با کاهش پسماند نوع2 نسبت به پسماند نوع1 مقاومت فشاری افزایش می­یابد ولی نسبت به طرح اختلاط 3 مقدار کاهش 28، 22 و 12درصدی مقاومت به ترتیب برای نمونه­های بتنی حاوی هر دو نوع پسماند برای درصدهای جایگزینی 28-42، 21-49 و 14-56 درصد مشاهده می­گردد)، که دلیل آن­را می­توان ایجاد چسبندگی بیشتر در ترکیب بتن حاوی پسماند نوع1 نسبت به پسماند نوع2 که حاوی نایلون و یونولیت می­باشد و سبب اختلال در به­هم پیوستگی و ایجاد ترکیب ناپایدار می­گردند، دانست. باتوجه به الزامات  استاندارد ASTM C 129 ، برای نمونه­های بتنی حاوی هر دو نوع پسماند جایگزینی پسماند به­عنوان 70 درصد حجمی بخش ماسه به­گونه­ای که 56 درصد آن پسماند نوع 1 و 14 درصد آن پسماند نوع 2 و یا 49 درصد آن پسماند نوع 1 و 21 درصد آن پسماند نوع 2 باشد، از نظر مقاومت فشاری مناسب است.

از آنجایی­که تنها تفاوت در طرح اختلاط­های شماره 3، 9، 10 و 11، مقدار پسماند می­باشد و همچنین میزان مقاومت فشاری طرح اختلاط شماره 3 در میان طرح­های فوق بیشترین مقدار را دارد و با افزایش میزان پسماند نوع 2 روند کاهشی برای مقاومت فشاری مشاهده می­گردد، بنابراین استفاده از پسماند نوع 1 نتایج بهتری را نشان می­دهد.

به طور­کلی روند کاهش مقاومت فشاری در نمونه­های بتن سبک غیر باربر با درصد بالای جایگزینی پسماند به­عنوان بخشی از ماسه را می­توان به­علت پدیده گلوله شدن[13] پسماندها (میل پسماندها به متمرکز شدن در یک نقطه) دانست (پسماندها به دلیل سطح ویژه بسیار بالای خود در یک واکنش فیزیکی به ­هم چسبیده و کلوخه­های ناپایدار را ایجاد می­کنند) . که به دلیل بالا بودن میزان پسماند در ترکیب بتن، پسماندها بصورت غیر یکنواخت توزیع و به دنبال آن درگیری نامناسب آن­ها با سیمان ایجاد می­گردد. میزان مقاومت فشاری کسب شده در سنین مختلف، مطابق شکل­های 7 الی 9 می­باشد.

 


 

شکل 7- نسبت مقاومت فشاری کسب شده در سنین مختلف برای نمونه­های حاوی پسماند نوع1

 

 

شکل 8- نسبت مقاومت فشاری کسب شده در سنین مختلف برای نمونه­های حاوی پسماند نوع2

 

 

شکل 9- نسبت مقاومت فشاری کسب شده در سنین مختلف برای نمونه­های شامل هر دو نوع پسماند

 


همان طور که در شکل های 7  الی9 مشاهده می­شود، نمونه­های بتنی شامل پسماند در سنین پایین درصد کسب مقاومت فشاری پایین­تری نسبت به نمونه­های فاقد پسماند دارا می­باشند. این امر به­دلیل حضور موادی مثل مقوا، نایلون و یونولیت در پسماندها می­باشد که باعث مزاحمت در فعالیت پوزولانی سیمان می­گردند و از به­هم پیوستگی خوب سیمان با سایر مواد جلوگیری می­کنند.

با توجه به نتایج این بخش، مقاومت فشاری بالاتری برای نمونه­های ساخته شده در این پژوهش با استفاده از درصدهای بالای پسماند، در مقایسه با نمونه­های ساخته شده توسط رهیان فدیلا[14] و همکارانش (25) ( با افزودن 5، 10، 15 و 20 درصد فیبرکاغذی برای ساخت بتن به­ترتیب به مقاومت­های 6/0، 2/1، 7/0 و 8/1 مگاپاسکال دست یافت) حاصل گردید. همچنین نمونه­های ساخته شده توسط محمد اسماعیل[15] (10) نیز با 5 طرح اختلاط­ به ترتیب با درصدهای مختلف سیمان- خاکستر سوخت روغن خرما- لجن کاغذ 90-5-5، 80-10-10، 70-15-15، 60-20-20 و 50-25-25 به مقاومت­های فشاری 26، 17، 13،9/8 و 6 مگاپاسکال رسید. سامیت بالویک و همکارانش (26) نیز در تحقیق خود با افزایش میزان جایگزینی خمیر کاغذ و سیمان، شاهد کاهش مقاومت نسبت به نمونه­های فاقد پسماند بودند.

 

3-3- نتایج آزمایش چگالی

باتوجه به اینکه یکی از اهداف مهم این تحقیق دستیابی به بتن با وزن سبک می­باشد بنابراین نتایج آزمایش تعیین چگالی در شکل­های 10 الی 12 به ترتیب برای نمونه های حاوی پسماند نوع 1، 2 و ترکیبی نشان داده شده است.

 

طرح اختاط (شماره)

 

 

 

شکل 10- چگالی خشک متوسط بتن شامل پسماند نوع1

 

طرح اختاط (شماره)

 

 

 

شکل11- چگالی خشک متوسط بتن شامل پسماند نوع2

 

طرح اختاط (شماره)

 

 

 

شکل 12- چگالی خشک متوسط بتن شامل هر دو نوع پسماند

 

با توجه به نتایج نشان داده شده در  جدول 9 و شکل­های 10 و 11 با افزایش درصد پسماند کاهش چگالی نمونه­های بتنی مشاهده می­شود (به­ترتیب 25/29، 33/33 و 68/39درصد کاهش برای نمونه­های حاوی پسماند نوع1 با شماره طرح­های 2، 3 و4 نسبت به نمونه فاقد پسماند و 52/27، 34/32 و 30/38 درصد کاهش برای نمونه­های حاوی پسماند نوع2 با شماره طرح­های 6، 7 و 8 نسبت به نمونه فاقد پسماند). همچنین با توجه به شکل 12، کاهش 74/3، 72/2 و 36/1درصدی چگالی به ترتیب برای نمونه­های بتنی حاوی هر دو نوع پسماند برای درصدهای جایگزینی 28-42، 21-49 و 14-56 نسبت به طرح اختلاط شماره 3 (70درصد) نمونه­های بتنی فقط حاوی پسماند نوع1 مشاهده می­شود، یعنی با افزایش درصد پسماند نوع2 و کاهش درصد پسماند نوع1، چگالی کاهش می­یابد. این امر نیز به­دلیل کمتر بودن وزن مخصوص پسماند نوع2 (33/0گرم در هر سانتی­متر مکعب) نسبت به پسماند نوع1 (74/0گرم در هر سانتی­متر مکعب)، بدیهی است. بنابراین استفاده از پسماند نوع2 باعث سبک­تر شدن نمونه­های بتنی نسبت به پسماند نوع1 می­شود.

لازم به ذکر است که چگالی خشک تمامی نمونه­های بتنی تهیه شده کمتر از 1680 کیلـوگرم در هر متـر مکعب می­باشد و طبق ASTM C129 در رده سبک قرار می­گیرند.

با توجه به نتایج این بخش، چگالی پایین­تـری برای نمونه­های ساخته شده در این پژوهش با استفاده از درصدهای بالای پسماند، در مقایسه با نمونه­های ساخته شده توسط محمد اسماعیل و همکارانش (10) حاصل گردید.

 

3-4- رابطه بین مقاومت فشاری و چگالی

رابطه بین مقاومت فشاری و چگالی خشک بتن­های حاوی پسماند مطابق شکل­های 13، 14 و 15 می­باشد.

 

 

شکل 13- نمودار ارتباط بین مقاومت فشاری و چگالی خشک برای نمونه­های بتنی حاوی پسماند نوع1

 

شکل 14- نمودار ارتباط بین مقاومت فشاری و چگالی خشک برای نمونه­های بتنی شامل پسماند نوع2

 

شکل 15- نمودار ارتباط بین مقاومت فشاری و چگالی خشک برای نمونه­های بتنی شامل هر دو نوع پسماند

 

 

با توجه به نتایج بدست آمـده از شکل­های 13 تا 15 می­توان اظهار داشت که پسماندها باعث کاهش چگالی متناسب با روند کسب مقاومت فشاری شدند (با توجه به ضریب همبستگی­های بدست آمده ارتباط بسیار نزدیکی بین چگالی و مقاومت فشاری بتن­های حاوی پسماند وجود دارد.). از آن جائی که چگالی بتن تحت تاثیر چگالی اجزای تشکیل دهنده آن قرار دارد، بنابراین کاهش چگالی با افزایش میزان پسماند که با افزایش تخلخل و کاهش مقاومت فشاری همراه است، بدیهی می­باشد.

 

نتیجه گیری

v      از آنجاییکه pH نمونه بتن­های تازه حاوی پسماند بزرگتر از 12 می­باشد، می­توان مطمئن شد که هیچ گونه مشکل میکروبی وجود نخواهد داشت.  

v      با مقایسه مقاومت­ فشاری بتن­های حاوی پسماند نوع1 و نمونه بتن­های حاوی هر دو نوع پسماند، با کاهش میزان پسماند نوع 2 نسبت به پسماند نوع1 مقاومت­ فشاری بتن بهبود می­یابد.

v      نتایج حاصل از آزمایش تعیین چگالی خشک، نشان دهنده کاهش چگالی نمونه­های بتنی حاوی پسماند با افزایش درصد جایگزینی پسماند در بخش ماسه می­باشد. اما با توجه به نتایج به­دست آمده از نمونه­های حاوی هر دو نوع پسماند، با افزایش درصد پسماند نوع2 و کاهش درصد پسماند نوع1، چگالی کاهش می­یابد. بنابراین استفاده از پسماند نوع2 باعث سبک­تر شدن نمونه­های بتنی نسبت به پسماند نوع1 می­شود. این امر نیز به­دلیل کمتر بودن وزن مخصوص پسماند نوع2 (33/0گرم در هر سانتی­متر مکعب) نسبت به پسماند نوع1 (74/0گرم در هر سانتی­متر مکعب)، بدیهی است.

v      در نمونه­های ترکیبی هر دو نوع پسماند، با کاهش درصد پسماند نوع1 و افزایش درصد پسماند نوع2 ، چگالی کاهش می­یابد. بنابراین استفاده از پسماند نوع2 باعث سبک­تر شدن نمونه­های بتنی نسبت به پسماند نوع1 می­شود.

v      با توجه به نتایج به­دست آمده ارتباط بسیار زیادی بین مقاومت فشاری و چگالی خشک نمونه­های شامل پسماند مشاهده گردید.

v      مقادیر بهینه درصدهای جایگزینی پسماند بجای بخش ماسه بتن برای نمونه­های حاوی پسماند نوع 1 و نوع 2، به ترتیب 70 و 75 و همچنین برای نمونه­های حاوی هر دو نوع پسماند، 49 درصد پسماند نوع 1 و 21 درصد پسماند نوع 2 می­باشد.

v      لازم به ذکر است که تمامی نمونه­ها مطابق ASTM C129 به­دلیل اینکه چگالی آن­ها کمتر از 1680 کیلوگرم در هر سانتی­متر مکعب می­باشد، در رده سبک قرار می­گیرند.

v      با توجه به نتایج به­دست آمده، استفاده از پسماند نوع1 در تولید بتن به لحاظ اقتصادی و زیست محیطی به­سبب استفاده از سیمان کمتر رضایت بخش­تر می­باشد.

v      به­طور کلی استفاده از پسماندهای کارخانه­­های مقواسازی در تولید بتن سبک غیر باربر سبب صرفه­های زیست محیطی و اقتصادی (سودآوری و تولید اشتغال، کاهش هزینه­های انتقال پسماندها به محل دفن، کاهش وزن سازه، استفاده از پسماند به جای خرید ماسه و کاهش آلودگی­های زیست محیطی ناشی از سوزاندن و دفن پسماندهـا در خاکچال) می­شود و می­توان "بتن سبز" سازگار با محیط زیست تولید کرد.

 

منابع

  1. Ayomoh M.K.O., Oke S.A., Adedeji W.O., Charles-Owaba O.E., (2008). "An approach to tackling the environmental and health impacts of municipal solid waste disposal in developing countries". Journal of Environmental Management, Volume 88, Issue 1: 108-114.
  2. برزگر شیری، مصطفی، (1390). معرفی امکان ساخت فراورده ی چند سازه چوب- سیمان با استفاده از ضایعات لیگنوسلولزی:  drmb75.blogfa.com/post-67.aspx:http://iranwood.fay.ir.
  3. عمرانی، قاسمعلی و همکاران، "بررسی معیارهای مکان­یابی ایستگاه انتقال زباله منطقه 22 کلان شهر تهران از نظر ملاحظات زیست محیطی هوا و شیرابه"، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، تابستان1391، دوره 14، شماره 2.
  4. علیٌ، محمد، "تولید آجر فوق سبک سلولوزی با استفاده از بازیافت زباله­های سلولزی خشک"، (1388)، پارک علم و فناوری استان آذربایجان شرقی، تبریز.  
    1. S. Wiegand Paul, P. Unwin Jay, (1994). "Alternative management of pulp and paper industry solid wastes", Tappi Journal, Vol. 77: 91-97.
    2. Monte MC, Fuente E., Blanco A., Negro C., (2009). "Waste management from pulp and paper production in the European Union", waste management, Vol. 29, No. 1: 293-308.
    3. SeyyedAlipour Fatemeh, Yousefi Kebria Daryosh, Dehestani Mehdi. "Application of paper making industry wastes in construction materials". 7th National Congress on Civil Engineering: 7-8 May 2013 University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran. http://www.civilica.com/Paper-NCCE07-NCCE07_1388.html.
    4. Martinez Carmen, Cotes Teresa, A. Corpas Francisco, (2012). "Recovering wastes from the paper industry: Development of ceramic materials", Fuel Processing Technology, No. 103: 117-124.
    5. Sutcu Mucahit, Akkurt Sedat, (2010). "Utilization of recycled paper processing residues and clay of different sources for the production of porous anorthite ceramics", Journal of the European Ceramic Society, Vol.30, No. 8: 1785–1793.
    6. Ismail Mohammad, Ismail ME, Lau SK, Muhammad Bala, Majid Zaiton, (2010). "Fabrication of bricks from paper sludge and palm oil fuel ash", Concrete Research Letters, 1(2): 60-66.
    7. British Standards Institution. BS 6073 Part2. Precast concrete masonry units guide for specifying precast concrete masonry units. (2008).
    8. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. C33-01 Standard Specification for concrete aggregates, Annual Book of Astm Standards. (2004).
    9. Min Li, Jun Xiang, Song Hu, Lu-Shi Sun, Sheng Su, Pei-Sheng Li, Xue-Xin Sun, (2004).  "Characterization of solid residues from municipal solid waste incinerator", Fuel, 83(10): 1397-1405.
    10. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. D4980-89 Standard Test Methods for Screening of pH in Waste, Annual Book of Astm Standards. (2003). 
    11. British Standards Institution. BS 1881 Part116. Metod for determination of compressive strength of concrete cubes. London. (1983). 
    12. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. C 642-97 Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, Annual Book of Astm Standards. (2004). 
    13. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. C 129-11 Standard Specification for Nonloadbearing Concrete Masonry Units, Annual Book of Astm Standards. (2004).
    14. Bitton, Gabriel. Wastewater Microbiology. 3rd edition, A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION, (2005).
    15. SeyyedAlipour Fatemeh, Yousefi Kebria Daryosh, Ranjbar Malidarreh Nima, Norouznejad Ghasem, (2014). "Study of Utilization of Pulp and Paper Industry Wastes in Production of Concrete", International Journal of Engineering Research and Applications, 4(1): 115-122.
    16. H. Yun, H. Jung, C. Choi, (2007). "Mechanical Properties of Papercrete Containing Waste Paper", 18th International Conference on Composite Materials.
    17. Li H., Xiao H.G., Yuan J., Ou J., (2005). "Microstructure of cement mortar with nano-particles", Composites: Part B, 35: 185-189.
    18. Ji T., (2005). "Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO2", Cement and Concrete Research, 35, 1943-1947.
    19. Ye Q., (2001). "Study and Development of Nano – Composite Cement-Based Material", Gypsum and Cement for Building, 11: 4-6.
    20. لطفی عمران، امید.”بررسی خصوصیات مکانیکی بتن خود تراکم الیافی حاوی ذرات نانوسیلیس“، پایان‌نامه کارشناسی ارشد عمران-سازه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل،دانشکده مهندسی عمران، 1390. 
      1. Rahyan Fadila, Mohd Zailan Suleiman, Norizal Md. Noordin, (2008). "Paper Fiber Reinforced Foam Concrete Wall Paneling System", 2nd International Conference On Built Environment In Developing Countries (ICBEDC).
      2. A Balwaik Sumit, Raut, S P, (2012). "Utilization of Waste Paper Pulp by Partial Replacement of Cement in Concrete", International Journal of Engineering Research and Applications, 1 (2): 300-309.

 

 

 

 

 

 

 

Determination of optimal percent mixing of cardboard waste in production of non-load bearing concrete

 

Daryoush Yousefi Kebria[16]*(corresponding author)

Dy.kebria@nit.ac.ir

 Seyyedeh Fatemeh Seyyedalipour[17]

Mehdi Dehestani[18]

 

Abstract

Introductionand aims:

Most of paper and cardboard industries regardless of the exorbitant costs use incineration and disposal methods for their waste production. Hazardous substances contained in these wastes can contaminate the environment and cause a risk for the human health. Many recent studies show that some of the paper and cardboard industry wastes can be used as raw material in the construction industry. The aim of this study was to determine the optimal percent mixing of cardboard waste in production of non-load bearing concrete.

Materials and method:

In this study, two kinds of recycled paperboard mill wastes (type 1: waste contains cardboard and sand and type 2: waste containing nylon, cardboard and Yonolit) that have the most volume of the wastes were used. Physical and microbial characteristic of wastes were measured according to ASTM. As well as the chemical composition of the waste consists of various elements were measured by using an electron microscope. After preparation of the samples, the required tests were carried out to determine the optimal mixture of waste in concrete at the ages of 7, 14 and 28 days respectively.

Results:

Since the pH of fresh concrete containing waste is greater than 12, can be sure that there will not be any microbiological problem. In general, the use of waste in concrete production reduces the compressive strength of the samples. Comparing the compressive strength of concrete containing waste type 1 and concrete samples containing both waste types shows that reducing the amount of waste type 2 in compare with waste type 1 improves concrete strength. The results of dry density test show the density decrease of concrete samples containing waste by increasing the percentage of waste replacing in the sand. Also using of waste type 2 causes lighter concrete samples in compare with using waste type 1. Optimal amounts of waste replacement  instead of sand for samples containing waste type 1 and type 2, 70% and 75% ,respectively, as well as for samples containing both waste types, 49% of waste type 1 and 21% waste type 2.

Conclusion:

According to the results, in terms of economic and environmental benefits, the use of waste type 1 in the production of concrete for the lower use of cement is more satisfactory. The use of paperboard mill wastes in the production of concrete due to environmental and economical efficiency (profitability and employment, reducing the cost of transferring waste to landfills, reducing structural weight, using waste instead of buying sand and reduce the environmental pollution caused by incineration and landfilling) is noticable.

 

Key words: Industrial Wastes, Recycled Paperboard Mill, Non-load Bearing Lightweight Concrete, Compressive Strength.

 

 



1- استادیارگروه مهندسی عمران-محیط زیست، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل (مسوول مکاتبات).

2- کارشناس ارشد مهندسی عمران-محیط زیست، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.

3- استادیارگروه مهندسی عمران-سازه، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.

1- Confederation of European Paper Industry

[5]  -Carmen Martinez

[6]  -Mucahit Sutcu

[7]- Mohammad Ismail

[8]- Paper Sludge-POFA Brick

[9]- American Concrete Institute

[10]- American Society for Testing and Materials

1- Scanning Electron Microscope

[12]- Microbial Total Count

1- Balling

[14]- Rahyan Fadila

[15]- Mohammad Ismail

1-Assistant professor of civil & environmental engineering department of babol noshirvani university of       technology

2- MSc of civil&environmental engineering - babol noshirvani university of technology

3- Assistant professor of civil&structural engineering department of babol noshirvani university of technology

  1. Ayomoh M.K.O., Oke S.A., Adedeji W.O., Charles-Owaba O.E., (2008). "An approach to tackling the environmental and health impacts of municipal solid waste disposal in developing countries". Journal of Environmental Management, Volume 88, Issue 1: 108-114.
  2. برزگر شیری، مصطفی، (1390). معرفی امکان ساخت فراورده ی چند سازه چوب- سیمان با استفاده از ضایعات لیگنوسلولزی:  drmb75.blogfa.com/post-67.aspx:http://iranwood.fay.ir.
  3. عمرانی، قاسمعلی و همکاران، "بررسی معیارهای مکان­یابی ایستگاه انتقال زباله منطقه 22 کلان شهر تهران از نظر ملاحظات زیست محیطی هوا و شیرابه"، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، تابستان1391، دوره 14، شماره 2.
  4. علیٌ، محمد، "تولید آجر فوق سبک سلولوزی با استفاده از بازیافت زباله­های سلولزی خشک"، (1388)، پارک علم و فناوری استان آذربایجان شرقی، تبریز.  
    1. S. Wiegand Paul, P. Unwin Jay, (1994). "Alternative management of pulp and paper industry solid wastes", Tappi Journal, Vol. 77: 91-97.
    2. Monte MC, Fuente E., Blanco A., Negro C., (2009). "Waste management from pulp and paper production in the European Union", waste management, Vol. 29, No. 1: 293-308.
    3. SeyyedAlipour Fatemeh, Yousefi Kebria Daryosh, Dehestani Mehdi. "Application of paper making industry wastes in construction materials". 7th National Congress on Civil Engineering: 7-8 May 2013 University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran. http://www.civilica.com/Paper-NCCE07-NCCE07_1388.html.
    4. Martinez Carmen, Cotes Teresa, A. Corpas Francisco, (2012). "Recovering wastes from the paper industry: Development of ceramic materials", Fuel Processing Technology, No. 103: 117-124.
    5. Sutcu Mucahit, Akkurt Sedat, (2010). "Utilization of recycled paper processing residues and clay of different sources for the production of porous anorthite ceramics", Journal of the European Ceramic Society, Vol.30, No. 8: 1785–1793.
    6. Ismail Mohammad, Ismail ME, Lau SK, Muhammad Bala, Majid Zaiton, (2010). "Fabrication of bricks from paper sludge and palm oil fuel ash", Concrete Research Letters, 1(2): 60-66.
    7. British Standards Institution. BS 6073 Part2. Precast concrete masonry units guide for specifying precast concrete masonry units. (2008).
    8. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. C33-01 Standard Specification for concrete aggregates, Annual Book of Astm Standards. (2004).
    9. Min Li, Jun Xiang, Song Hu, Lu-Shi Sun, Sheng Su, Pei-Sheng Li, Xue-Xin Sun, (2004).  "Characterization of solid residues from municipal solid waste incinerator", Fuel, 83(10): 1397-1405.
    10. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. D4980-89 Standard Test Methods for Screening of pH in Waste, Annual Book of Astm Standards. (2003). 
    11. British Standards Institution. BS 1881 Part116. Metod for determination of compressive strength of concrete cubes. London. (1983). 
    12. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. C 642-97 Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, Annual Book of Astm Standards. (2004). 
    13. Philadelphia PA: American Society for Testing and Materials. C 129-11 Standard Specification for Nonloadbearing Concrete Masonry Units, Annual Book of Astm Standards. (2004).
    14. Bitton, Gabriel. Wastewater Microbiology. 3rd edition, A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION, (2005).
    15. SeyyedAlipour Fatemeh, Yousefi Kebria Daryosh, Ranjbar Malidarreh Nima, Norouznejad Ghasem, (2014). "Study of Utilization of Pulp and Paper Industry Wastes in Production of Concrete", International Journal of Engineering Research and Applications, 4(1): 115-122.
    16. H. Yun, H. Jung, C. Choi, (2007). "Mechanical Properties of Papercrete Containing Waste Paper", 18th International Conference on Composite Materials.
    17. Li H., Xiao H.G., Yuan J., Ou J., (2005). "Microstructure of cement mortar with nano-particles", Composites: Part B, 35: 185-189.
    18. Ji T., (2005). "Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO2", Cement and Concrete Research, 35, 1943-1947.
    19. Ye Q., (2001). "Study and Development of Nano – Composite Cement-Based Material", Gypsum and Cement for Building, 11: 4-6.
    20. لطفی عمران، امید.”بررسی خصوصیات مکانیکی بتن خود تراکم الیافی حاوی ذرات نانوسیلیس“، پایان‌نامه کارشناسی ارشد عمران-سازه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل،دانشکده مهندسی عمران، 1390. 
      1. Rahyan Fadila, Mohd Zailan Suleiman, Norizal Md. Noordin, (2008). "Paper Fiber Reinforced Foam Concrete Wall Paneling System", 2nd International Conference On Built Environment In Developing Countries (ICBEDC).
      2. A Balwaik Sumit, Raut, S P, (2012). "Utilization of Waste Paper Pulp by Partial Replacement of Cement in Concrete", International Journal of Engineering Research and Applications, 1 (2): 300-309.