گزارش‌ها نشان می‌دهد که در آمریکای شمالی، ژاپن و اروپا، چیزی در حدود دو سومِ زباله‌های ساختمانی از بتن قدیمیمخروب و ضایعات سنگ‌تراشی تشکیل شده است. اگر از این ضایعات و مواد اضافی، به جای سنگدانه در بتن استفاده کنیم، بهره‌وری ناشی از تولید بتن افزایش چشمگیری پیدا می‌کند و زیان بتن برای طبیعت تا حد مطلوبی کاهش می‌یابد.
در کنار این‌ها، ضایعات مربوط به گودبرداری و معدن‌کاری، نیز می‌تواند با اعمال اصلاحات، جای سنگدانه‌ها را در بتنبگیرد. با وجود این که اعمال اصلاحات بر روی این نوع مواد، نیازمند صرف هزینه است؛ اما با توجه به این که در بسیاری از کشورها دفع زباله هزینه‌ی به مراتب بیشتری دارد، می‌توان گفت که این روش حتی اقتصادی و به صرفه نیز هست.
تاثیر بازیافت و استفاده‌ی مجدد از ضایعات آن‌قدر بالاست که در بسیاری از مناطق، مشکلاتت کمبود منابع را حل می‌کند و از هزینه‌های اضافی برای جابه‌جایی سنگدانه‌های تازه جلوگیری می‌نماید. تحقیقات نشان داده که سالانه حدود 1 میلیارد تن ضایعات ساختمانی و سنگ‌تراشی تولید می‌شود و مقدار بسیار ناچیزی از آن بازیافت می‌شود.
هزینه‌ی بالای دفع ضایعات و حفاظت از محیط زیست، بسیاری از کشورهای اروپایی را بر آن داشته تا با مشخص کردن اهدافی کوتاه‌مدت، به سمتی بروند که بین 50 تا 90 درصد ضایعات ساختمانی بازیافت شود.
به این نکته نیز بایستی اشاره کرد که سنگدانه‌ها و مواد بازیافتی، تخلخل بسیار بیشتری نسبت به سنگدانه‌ها طبیعیدارند و برای رسیدن به کارایی مشابه، بایستی آب بیشتری مصرف شود. برای مقابله با این مشکل، از روش‌های مختلفی هم چون ترکیب سنگدانه‌ی طبیعی و بازیافتی، استفاده از خاکستر سرباره و افزودنی‌های کاهنده‌ی آباستفاده می‌شود.
جایگزینی آب برای کاهش زیان بتندر طبیعت
بر طبق آمار سازمانها و موسسات تحقیقاتی، تنها حدود 3 درصد از آب کل کره‌ی زمین شیرین است و بیشتر مقدار این 3 درصد، یا به صورت یخ زده است و یا در اعماق زمین جای دارد.
با پیشرفت صنعت، کشاورزی و نیاز بیشتر به آب آشامیدنی (به خاطر افزایش جمعیت) و از طرف دیگر افزایش آلودگی منابع آبی، آب شیرین در دسترس ما روز به روز، رو به کاهش است. منطقی‌ترین و تنها راه حل پیش روی ما، استفاده‌ی منطقی و بهره‌وری حداکثری از منابع موجود می‌باشد.
برای تولید بتن، آب زیادی مصرف می‌شود. تخمین زده می‌شود که برای تولید هر متر مکعب بتن، 100 لیتر آب مصرف می‌شود. (مجموع آب مخلوط، عمل‌آوری و غیره). سالیانه حدود 1 تریلیون لیتر آب برای تولید بتن استفاده می‌شود که این مقدار می‌تواند با صرفه‌جویی و بهره‌وری بیشتر به نصف کاهش پیدا کند. استفاده از سنگدانه با دانه‌بندی مناسب و استفاده از افزودنی‌های روان‌کننده می‌تواند نیاز به مصرف آب را تا حد بالایی کاهش دهد.
یکی دیگر از راه‌ها، جایگزین کردن استفاده از آب شیرین با پساب صنعتی یا آب شور تصفیه شده می‌باشد. همچنین استفاده از مواد کندگیرکننده به جای آب، مصرف این ماده‌ی حیاتی را نیز کاهش می‌دهد. استفاده از روش‌های مخصوص مانند کشیدن روکش بر روی بتن در هنگام عمل‌آوری (برای جلوگیری از تبخیر) نیز از راه‌های کاهش مصرف آب می‌باشد.
بتن ماده‌ای است که تولید آن تاثیر قابل توجه و چشمگیری بر روی محیط زیست می‌گذارد. به طور مثال، گزارش شده است که سالانه 1٫6 میلیارد تن بتن تولید می‌شود که این مقدار تولید، باعث به وجود آمدن 7 درصد از دی‌اکسید کربن تولید شده به صورت سالانه می‌گردد. در کنار این، تولید بتن منابع طبیعی را تخلیه می‌کند و زباله‌هایی تولید می‌کند که به زیان محیط زیست است.
بتن از سه ماده‌ی اصلی یعنی آب، سیمان و سنگدانه تشکیل شده است. تولید بتن نیاز به انرژی زیادی دارد و این موضوع باعث تخلیه‌ی مقدار زیادی گازهای گلخانه‌ای در جو می‌شود. به علاوه برخی افزودنی‌هایی که از آنها در بتناستفاده می‌شود، در بلند مدت اثرات زیان‌باری برای محیط زیست ما دارند.
ایجاد تغییرات در سنگدانه و آب مورد استفاده می‌تواند منجر به کاهش استفاده از منابع طبیعی و کاهش آلودگی منابع آبی بشود.
یکی دیگر از اشکالات بتن دوام نسبتاً پایین آن است. در حال حاضر سازه‌ها برای عمری حدود 50 سال طراحی می‌شوند. اگر دوام بتن‌ها بالاتر برود، تاثیر آن بر محیط زیست کاهش خواهد یافت. راه‌های زیاد دیگری نیز وجود دارد که می‌توان با استفاده از آنها، زیان استفاده از بتن برای طبیعت را به حداقل رساند. در این نوشتار به بررسی این راه‌ها پرداخته‌ایم.
نمای زیبای طبیعت به علت برداشت بیش از حد مواد معدنی به این صورت درآمده است.
روش‌های زیادی برای کاهش زیان تولید بتن در طبیعت وجود دارد که به طور کلی می‌توان آنها را به چهار دسته‌ی زیر تقسیم کرد :
جایگزینی سیمان
جایگزینی سنگدانه‌ها
جایگزینی آب
افزایش دوام بتن
جایگزینی سیمان برای کاهش زیان بتن در طبیعت
جایگزین سیمان اولین و مهم‌ترین قدم در کاهش مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه‌ای در پروسه‌ی تولید بتنمی‌باشد. استفاده از سیمان‌های پرتلندِ حاوی مواد پوزولانی مانند خاکستر سرباره و دوده‌ی سیلیس از بهترین جایگزین‌هاست که در حال حاضر با شتاب بسیاری در حال گسترش است. با این حال، از این نوع مواد به صورت جایگزین کامل سیمان، فقط در برخی پروژه‌های محدود مثل پروژه‌های جاده‌ای و دفع زباله استفاده می‌شود.
استفاده از مواد پوزولانی و مواد سیمانیِ جایگزین، باعث کاهش استفاده از سیمان پرتلند می‌شود و در نهایت منجر به کاهش نیاز به تولید این نوع سیمان می‌گردد. بررسی‌ها نشان داده که استفاده از خاکستر سرباره به جای سیمان در بتن، دوام آن را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد. در مقابل، استفاده از مواد جایگزین سیمان، باعث کاهش سرعت گیرش و سخت شدن بتن می‌شود که با استفاده از فوق روان‌کننده‌ها قابل حل است. در آینده بایستی محدودیت‌ها و اجبارها برای زود به پایان رساندن پروژه‌ها برداشته شود. زیرا استفاده از این نوع مواد جایگزین باعث می‌شود تا پروژه نسبت به حالت عادی دیرتر به پایان برسد و بایستی به پیمانکاران فرصت داده شود تا زمان کافی برای استفاده از این نوع مواد را داشته باشند. این موضوع در بلند مدت باعث خواهد شد تا زیان وارده به طبیعت توسط تولید بتن کاهش یابد و گازهای گلخانه‌ایِ کمتری وارد جو زمین شوند.
آزمایش‌های زیادی برای تشخیص کیفیت آب مورد استفاده در بتن در پروژه‌های ساختمانی وجود دارد. در این نوشتار به آزمایش‌های اصلی پرداخته‌ایم.
در پروژه‌های عمرانی، حجم زیادی از مواد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند که ضروری است پیش از استفاده، کیفیت آنها بررسی شود و مطابق با استانداردهای موجود باشد. بدین شکل کیفیت و دوام نهایی پروژه تضمین می‌شود. کیفیت آب مورد استفاده در آزمایشگاه مورد بررسی قرار می‌گیرد. آزمایش‌هایی که روی آب انجام می‌گیرد به شرح زیر است:
آزمایش مقدار pH
آزمایش حدود اسیدی بودن آب
آزمایش حدود قلیایی بودن آب
آزمایش تخمین درصد جامدات
i. کلریدها
ii. مواد معلق
iii. سولفات‌ها
iv. مواد معدنی
v. مواد آلی
آب مورد استفاده در پروژه‌های عمرانی، از هر منبعی که باشد بایستی پیش از استفاده از آن مورد آزمایش قرار بگیرد. در طول پروژه و هر سه ماه یک بار آزمایش‌ها بایستی تکرار شوند. آب مورد استفاده از لوله‌کشی شهری، بایستی هر 6 ماه یکبار آزمایش شود. نمونه‌گیری از هر منبع بایستی سه مورد باشد تا نتایج دقیق به دست بیاید.
حدود توصیه شده:
آب مورد استفاده در مخلوط و عمل‌آوری بتن بایستی پاک و فاقد مقدار زیادی از هر گونه مواد زیان‌آور مانند قلیایی‌ها، اسیدها، روغن‌ها، نمک‌ها، قند، مواد معدنی، جلبک و دیگر میکروارگانیزم‌ها و هر گونه مواد اضافی دیگر باشد. آب آشامیدنی (آب لوله‌کشی) اغلب برای استفاده در مخلوط بتن مناسب است.
میزان اسیدی بودن آب: با استفاده از فنول‌فتالین به عنوان تشخیص‌دهنده، نبایستی بیشتر از 5 میلی‌لیتر NaOH برای خنثی ساختن 100 میلی‌لیتر آب مورد نیاز باشد.
میزان قلیایی بودن آب: نبایستی بیشتر از 25 میلی‌لیتر H2SO4 برای خنثی سازی 100 میلی‌لیتر آب مورد نیاز باشد.
میزان مواد جامد: حدود مجاز مواد جامد در آب در جدول زیر آمده است:
نوع ماده جامد
حد مجاز
جامدات آلی
200 میلی‌گرم بر لیتر
جامدات معدنی
3000 میلی‌گرم بر لیتر
سولفات‌ها
400 میلی‌گرم بر لیتر
کلریدها
2000 میلی‌گرم بر لیتر (اگر بتن میلگرد نداشته باشد)
500 میلی‌گرم بر لیتر (برای بتنی که میلگرد دارد)
جامدات معلق
2000 میلی‌گرم بر لیتر
ویژگی‌های فیزیکی و شیمایی آب‌های زیرزمینی موجود در محل پروژه نیز بایستی در کنار خاک آن مورد بررسی قرار بگیرد و اگر شرایطی مطابق با استانداردهای موجود نداشت، پیمانکار موظف است تا آب مناسب و با کیفیت برای پروژه را تامین کند.
آبی که در آزمایش‌ها با کیفیت و مناسب برای مخلوط بتن تشخیص داده شود، برای عمل‌آوری بتن نیز مناسب است. با این حال آبی که برای عمل‌آوری استفاده می‌شود، نباید رنگ سطح بتن را تغییر دهد و یا باعث ایجاد لکه بر روی آن شود. استفاده از آب دریا برای مخلوط بتن و هم چنین عمل‌آوری بتن ممنوع است. آب از هر منبعی که باشد بایستی پیش از شروع استفاده مورد آزمایش قرار گیرد و آزمایش هر سه ماه یک بار تا پایان پروژه تکرار شود. اگر از آب زیرزمینی استفاده می‌شود، از تمامی نقاط و جریان‌های موجود زیرزمینی بایستی نمونه‌گیری انجام شود و آزمایش بر رویشان صورت گیرد. اگر آب جاری در فصل تابستان مورد آزمایش قرار گرفت، بعد از پایان این فصل و شروع بارش نیز بایستی آزمایش مجددا تکرار شود.
وجود ناخالصی در آب مخلوط بتن باعث تغییراتی در ویژگی‌های سازه‌ای بتن نظیر مقاومت و دوام می‌شود. به طور کلی، تاثیر ناخالصی‌ها بر روی ویژگی‌های بتن را می‌توان به دو صورت بررسی کرد. نخست: تغییرات زمان گیرش سیمان پرتلند در زمان استفاده از آب حاوی ناخالصی و آب مقطر. دوم: تغییرات مقاومت بتن در زمان استفاده از آب حاوی ناخالصی و آب مقطر.
تاثیر ناخالصی‌های آب بر روی مقاومت و دوام بتن
آزمایش‌های مختلف نشان داده که استفاده از آب‌هایی که حاوی انواع مختلف نمک‌ها به صورت محلول هستند، باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می‌شود. نرخ کاهش مقاومت بتن بر اثر وجود نمک محلول در آب، بین 10 تا 30 درصد می‌باشد. این کاهش مقاومت، در مقایسه با بتنی که در آن از آب مقطر استفاده شده، محاسبه شده است.
میزان بالای کلرید در آب باعث فرسایش سطوح بتن می‌شود و شانس خوردگی فولاد تقویت شده که در بتن قرار دارد را افزایش می‌دهد. این مشکل در مناطق استوایی بسیار شایع است. در جدول زیر، میزان تاثیر مواد مختلف بر رویمقاومت فشاری بتن آمده است :
درصد نمک در آب
درصد کاهش مقاومت فشاری
نیم درصد SO4
4
یک درصد SO4
10
5 درصد NaCl
30
1 درصد CO2
20
تاثیر ذرات معلق در آب بر روی ویژگی‌های آب
اگر آب استفاده شده در مخلوط بتن، حاوی ذرات معلق کم تر از 0٫02 درصد وزن کل آب باشد، بر روی ویژگی‌های بتنتاثیر گذار نخواهد بود. میزان زیاد درات معلق بر روی مقاومت فشاری بتن تاثیری نخواهد داشت، اما بر روی دیگر ویژگی‌های بتن اثرگذار است. به طور مثال، آب حاوی ذرات معلق بیش از حد مجاز، دوام بتن را کاهش می‌دهد. توصیه‌ی تمامی آیین‌نامه‌ها و استانداردهای بین‌المللی این است که از آب‌های گل‌آلود در مخلوط بتن استفاده نشود.
تاثیر نمک‌های معدنی غیر متفرقه در آب بر ویژگی‌های بتن
وجود نمک در آب بتن، تاثیر منفی در ویژگی‌های آن دارد. نمک‌های عناصرِ منگنز، قلع، سرب، مس و روی اگر چه به صورت گسترده در آب وجود ندارند، اما بعضاً دیده شده و اثراتی بر روی ویژگی‌های بتن دارند.
مثلا وجود کلرید روی در آب باعث تاخیر در کسب مقاومت بتن می‌شود. این تاخیر با مقایسه و آزمایش بتن در روز دوم یا سوم عمل‌آوری به دست آمده است. نیترات سرب دیگر نمکی است که اثر مخرب بر روی بتن می‌گذارد. دیگر نمک‌ها مانند سدیم فسفات، سدیم آرسنات، سدیم یدات و سدیم برات باعث کاهش مقاومت اولیه‌ی بتن می‌شوند. سدیم و پتاسیم کربنات باعث افزایش سرعت گیرش در بتن‌ریزی‌های بزرگ می‌شود. که این موضوع نهایتاً باعث کاهش مقاومت نهایی بتن می‌شود.
وجود کلسیم کلرید سرعت گیرش و سخت شدن بتن را افزایش می‌دهد. اما از طرف دیگر وزن کلسیم کلرید موجود، نباید از 1٫5 درصدِ وزن کل سیما بیشتر شود.
تاثیر نمک‌های آب دریا بر روی ویژگی‌های بتن
3٫5 درصد از آب دریا، نمکِ محلول است. ترکیب شیمیایی آب دریا در تمامی دنیا یکسان است. بیشتر نمک موجود در آب، سدیم کلراید یا همان نمک خوراکی است؛ هر چند مقداری پتاسیم کلرید و منیزیم سولفات نیز یافت می‌شود.
در محاسبه ترکیب شیمیایی آب و مقدار یون موجود در آن، از کل میزان یون موجود، 51٫3 درصد کلرید، 3٫6 درصد منیزیم، 7٫2 درصد سولفات، 28٫5 درصد سدیم، 1٫ درصد کلسیم و 1 درصد پتاسیم می‌باشد. مجموع میزان نمک‌ها ممکن است متفاوت باشد.