ارزیابی زیست محیطی پیامدهای کاهش دوام سازه های بتنی

 مقدمه:

امروزه با گسترش  و افزایش حجمی، مالی، اهمیت و زمان پروژه عمرانی در سطح دنیا و ایران از یک سو و از سوی دیگر جایگاه بتن به عنوان پر مصرف ترین  ماده و مصالح مصرفی در این پروژه­ها، باعث گردیده تا دست اندرکاران و متخصصین این عرصه نگاهی ویژه در مواجهه با این مصالح مصرفی داشته باشند. بتن که با بهره­گیری از مزایای منحصربفردی چون دسترسی نسبی آسان، هزینه­ی اجرایی مناسب، مقاومت در برابر حرارت و آب، شکل پذیری بالا و ... همواره از سوی طراحان و مهندسین اجرایی براساس مشخصه مقاومت ارزیابی و دسته بندی می­گردد. لذا در سال­های اخیر با توجه به تنوع­ زیاد محیطی محل­های اجرایی سازه­هایی هم­چون مناطق ساحلی، مناطق با آب و هوای گرم و یا سرد، سازه­های آبی، سازه­های حرارتی، سازه­های نیروگاهی و هسته­ای، سازه­های دریایی و ... که هر یک دارای شرایط  و تاثیر گذاری متفاوت بر سازه­های مذکور می­باشند که به صورت ملموس می­تواند تاثیری پررنگ بردوام و عمر بهره برداری سازه­ها داشته باشد، کارشناسان را به فکر لحاظ فاکتورهای دوامی در طرح اختلاط بتن فرو برده است. بدیهی است با توجه به اینکه سازه بتونی چه در مراحل ساخت مصالح اولیه بتن مانند کارخانه­های فولادسازی، کارخانه سیمان، سنگ شکن­ها و کارخانه­های تولید مواد شیمیایی و پوزولانی، حمل و سیستم­های انتقال مصالح به پروژه­ها، اجرا و تخریب سازه­های مستهلک، می­تواند تولید کننده و وارد کننده حجم بالای آلودگی به محیط زیست باشند و هم چنین عدم بازیافت مناسب از سازه­های تخریبی، باعث می گردد دوام بهره برداری پایین تر از معیارهای پیش بینی شده و جهانی، اثرات مخرب زیادی بر محیط زیست و تولید پسماندهای مضاعف داشته باشد.

2. دوام سازه های بتنی:

دوام یا پایایی بتن متناظر با سن یا عمر خدمت رسانی آن در شرایط محیطی مشخص به شمار می­آید. بدیهی است با تغییر شرایط محیطی حاکم بر بتن، مفهوم دوام بتن تغییر می کند.  طبق تعریف ACI 201 ، دوام بتن حاوی سیمان پرتلند به توانایی آن برای مقابله با عوامل هوازدگی، تهاجم شیمیایی، سایش و یا هر فرآیندی که به آسیب دیدگی می­انجامد، گفته می­شود. بنابراین، بتن پایا بتنی است که تا حدود زیادی شکل اولیه و کیفیت و قابلیت بهره­برداری و خدمت رسانی خود را در شرایط محیطی حاکم حفظ نماید. اکنون لزوم منظور نمودن مشخصات دوامی مصالح مصرفی در سازه­ها همانند مشخصات مکانیکی پذیرفته شده است که همراه آن هزینه نیز منظور می­گردد. سازه­هایی هم­چون رویه­های بتنی راه، فرودگاه و پارکینگ­ها، بتن­ سیلوهای غلات و سیمان و سایر مصالح معدنی، پل­های راه و راه آهن، باراندازها و اسکله­های بتنی و پل­های ارتباطی آن، مخازن آب یا نفت و گاز مایع و غیره، جداول بتنی و قطعات نیوجرسی، قطعات پیش ساخته­ای همانند تراورس و لوله­های بتنی آب و فاضلاب، سازه­های بتنی فراساحلی، سدهای بتنی و سرریزها، پوشش بتنی پیش ساخته و درجا برای تونل­های راه و راه آهن و انتقال آب، سازه­های بتنی تصفیه خانه­های آب و فاضلاب، سازه­های بتنی راکتورهای اتمی و تاسیسات وابسته به آن، کانال­های انتقال آب و آبروهای بتنی، دودکش­ها و برج­های مخابراتی بتنی، ساختمان­ها و بناهای مسکونی، تجاری، اداری و آموزشی، فرهنگی و ورزشی، نیروگاه­های آبی، گازی و حرارتی، برج­های خنک کن باز و بسته نیروگاه­های حرارتی، سازه­های مرتبط با صنایع مختلف مانند سیمان، نفت و گاز، فولاد، شیشه و صنایع مختلف کشاورزی و غذایی، ساخت قطعات پیش ساخته غیرمسلح یا مسلح برای حفاظت از موج شکن­ها و تاسیسات بندری و غیره از جمله مواردی است که مصرف بتن با دوام و قطعات بتنی با عمر زیاد را می طلبد. هرچند از دیرباز مسئله دوام مصالح ساختمانی اهمیت داشته است اما بعد از جنگ جهانی دوم و به ویژه از دهه 70 میلادی با افزایش اهمیت مسائل زیست محیطی و کنترل آلودگی­ها  به موضوع دوام بتن بیش از پیش پرداخته شده است و مرتباً بر اهمیت آن افزوده می­گردد. [ 1 ]

لذا پر واضح است که با توجه حجم بالای تولید آلودگی در روند تولید مصالح اولیه ساخت بتن که بعضاً  روند تولیدی تعدادی از آن­ها از منظر حجم و نوع پسماند خروجی از  مخاطره ساز ترین صنایع در سطح دنیا شناخته می­شوند کاهش عمر مفید این سازه­ها تا چه حد می­تواند آثار زیان باری با خود به همراه داشته باشد. از این رو جا دارد تا در ایران نیز به عنوان کشوری در حال توسعه بیش از پیش به مبجث دوام پرداخته گردد.

3. بررسی انواع پسماند  و آلودگی­های هوا در چرخه ساخت، بهره برداری و بازیافت سازه­ های بتنی:

3-1. پسماندها و آلودگی هوا  ناشی از تولید مصالح اولیه:

3-1-1. استخراج ، تولید و حمل سیمان :

بخش صنعت به خصوص صنعت سیمان از جمله بخش­های عمده مصرف کننده انرژی پس از بخش­های خانگی، تجاری و حمل و نقل می­باشد. مصرف زیاد سوخت­های فسیلی جامد، مایع و گاز در کارخانجات این بخش و همچنین در نیروگاه­ها جهت تامین برق مورد نیاز کارخانه­های سیمان علاوه بر پر هزینه شدن تولید، در ایجاد آلاینده­های مختلف همچونCO2،NOX ، فلزات سنگین و فاضلاب­های صنعتی و .... نقش مهمی را ایفا خواهد نمود. میزان انتشار آلاینده­ها که حاصل سوختن سوخت­های فسیلی است، در محیط زیاده بوده و اثرات زیست محیطی زیانباری را از جمله آثار گلخانه ای، باران­های اسیدی و مرگ و میر انسان­ها و سایر موجودات را به همراه خواهد داشت. 

 
3-1-2. پسماند و آلودگی­های محیط در صنعت سیمان :

تولید سیمان بطور غیر قابل اجتناب یک فرایند پسماند زا و آلوده کننده محیط زیست می­باشد. پسماند وآلودگی­های اصلی شامل ضایعات مواد اولیه تولید سیمان، پسماند ناشی از سوخت­های فسیلی، فاضلاب­های صنعتی، پسماند مصالح ساختمانی ناشی از تعمیرات در کوره­ها و سایر بخش­ها، فاضلاب­های ساختمانی و بیمارستانی، دفع روغن و مواد ضایعاتی و تعمیرات ماشین آلات، نشت سوخت و هیدروکربن­ها از مخازن زیرزمینی،  دی اکسید کربن ( CO2 )، دی اکسید سولفور ( SO2 )، اکسید های ازت ( NOX )، مونوکسید کربن ( CO ) و هیدروکربن­های سوخته، فلزات سنگین، ترکیبات آلی ( از قبیل در اکسین­ها و فوران­ها، گرد و غبارهای خروجی از دودکش­ها، هالوژنه­ها، سر و صدا، آب ریزش­ها و ضایعات تولیدی مثل آجرهای مستعمل و غبار کوره می­باشد. [ 2 ] در جداول شماره 2، 3، 4، 5 و 6  به انواع آلودگی­های تولیدی و در شکل شماره 1 به بخش­های مختلف فرآیند تولید سیمان و آلودگی­های آن  اشاره شده است.

  
3-1-3. استخراج، تولید و حمل فولاد :

اساساً واحدهای تولید فولاد در مرحله بهره برداری با توجه به فرآیند به کار گرفته شده، آلاینده­های گوناگونی تولید نموده و به صورت­های مختلف شرایط نامطلوب و زیان آور محیط کار و محیط زیست ایجاد می­کند. منبع اصلی پسماند و آلاینده­های هوا در صنعت فولاد پسماندهای ناشی از استخراج مواد از مواد اولیه، نشت سوخت از مخازن، مصالح ضایعاتی ناشی از تعمیرات، روغن، قطعات و.... تعمیرات ماشین آلات و تجهیزات مکانیکی با توجه به استهلاک بالا، لجن اکسید آهن، نرمه آهن اسفنجی، ضایعات صنعتی، نرمه گندله سنگ آهن و کوره ی ذوب قراضه­ها می باشد. ماهیت و کیفیت پسماند و آلاینده­های هوا  به میزان استهلاک و عمر کارخانه وتجهیزات و ناخالصی­هایی مثل رنگ، روغن، لاستیک، پلاستیک، فلزات سمی و سایر مواد خطرناک در مواد قراضه بستگی دارد. آلاینده­های اصلی هوا در دود ناشی از کوره­ها، ذرات معلق هستند. فاکتور انتشار مواد معلق برای عملیات تولید کنترل نشده آهن و فولاد مطابق گزارش EPA برای کوره الکتریکی ( بدون لوله دم اکسیژن ) حدود 019/0 تا 19 کیلوگرم به ازای هر تن قراضه است. در صورتی که نسبت قراضه به محصول 07/1 درصد در نظر گرفته شود فاکتور انتشار باید حدود 02/0 یا 20 کیلوگرم در هر تن محصول باشد. گروه بانک جهانی میزان متوسط 10 کیلوگرم گرد و غبار به ازای هر تن فولاد را با دامنه حدود 35-5 کیلوگرم در تن برای کوره الکتریکی بسته به عواملی مثل ویژگی­های کوره و کیفیت قرضه ها، گزارش می­کند. [ 6 ]

بخش­ها و مراحل مختلف تولید کننده آلودگی صوتی، هوا و پساب در صنعت فولاد :

    حمل و نقل مواد اولیه
    دپو ذخیره سازی مواد اولیه
    بکار گیری مواد اولیه در فرآیند تولید
    مرحله ذوب
    خروج مواد مذاب و قالب گیری
    تولید سرباره
    انتشار ذرات فولاد
    خنک کردن دستگاه­ها
    تولید فاضلاب بهداشتی
    تولید فاضلاب صنعتی
    پیش حرارت دادن پاتیل
    جوشکاری و عملیات برش شعله گاز
    حمل و نقل جهت بازار [ 6 ]

3-1-4. استخراج و حمل سنگ دانه­ها :

      برداشت روز افزون از معادن سنگ چه در قالب شن و ماسه­های کوهی و یا رودخانه صرف نظر از میزان آلودگی­های ناشی از فرآوری انجامی، باعث تغییرات زیادی در چرخه اکوسیستم  طبیعت و بطور خاص رودخانه­ها و جانوران وابسته به آن می­گردد، که بی شک در بلند مدت می­تواند اثرات سویی بر این چرخه داشت. پسماند و آلودگی­های ناشی از استخراج سنگ دانه­های مصرفی در بتن شامل شن و ماسه در چند بخش قابل بررسی و تقسیم بندی می­باشد.

آلودگی­های ناشی از احتراق سوخت دستگاه­های سنگ شکن؛ پسماند آب­های شست­وشو سنگ دانه­ها به منظور جدا سازی خاک و مواد زائد؛گرد و غبار ناشی از شکست مکانیکی سنگ دانه­ها؛ نشت سوخت مخازن مستهلک؛ آلودگی های ناشی از حمل و نقل داخل کارگاهی سنگ دانه­ها؛ آلودگی­های صوتی ناشی از فعالیت­های مکانیکی سنگ شکن­ها؛ پسماندهای ناشی از استهلاک بالای سنگ شکن­ها و روغن و قطعات تعویضی؛ پسماند ناشی از فاضلاب نیروی انسانی شاغل در این کارگاه­ها.

       در اینجا با توجه به اینکه بخش­های  زیادی از آلودگی­های ایجاد شده از استخراج و حمل سنگ دانه­ها  با سایر مصالح مشروح پیشین مشابه می­باشد ، صرفا به بررسی آلودگی­های صوتی ایجاد شده  در فرآوری سنگ دانه­ها، در قالب دو جدول 7 و 8 و همچنین میزان صدای عمومی در قسمت­های مختلف معادن و مقادیر صدا در باند فرکانسی 8000-125 در مشاغل مختلف معدنی می­پردازیم :

      
3-1-5. تولید و حمل مواد افزودنی بتن :

در حال حاضر افزودنی­های بتن به صورت فراگیر و رو به افزایشی در بتن به مصرف می­رسد. این افزودنی­ها به دو صورت مایع و جامد به مصرف می­رسند و به بتن ساز کمک می­کنند که نیازهای خاص اجرایی و بهره برداری خود را پوشش دهد. این افزودنی­های شیمیایی ( افزودنی­های معدنی از این بحث خارج بوده و آلودگی و پسماند آن­ها بیشتر در زمان ساخت بتن مورد توجه می­باشد ) مانند تولید سایر مواد شیمیایی دارای اثرات زیست محیطی می­باشند.

ضایعات پلیمری؛ نشت سوخت از مخازن؛ کاتالیست­ها؛ جاذب­ها؛ فربال­های مولکولی و رزین­ها؛ روغن زائد و تعویضی؛ خاک­های رس و افزودنی­های پودری؛ لجن و فاضلاب­ها؛ کک و هیدروکربن­ها؛ زائدات تعمیراتی و OVERHAUL،  بشکه­های مواد بسته بندی و غیره؛ آلودگی­های ناشی از احتراق سوخت­ها و... فاضلاب­های صنعتی و انسانی؛ آلودگی­های حمل و نقل [ 8 ]

3-2. پسماندهای ناشی از تولید و اجرای بتن :

فرآیند تولید و اجرای بتن در کارگاه به علت برنامه ریزی، کنترل، پیش بینی­های ناکافی و عدم دقت در مشخصات همواره ایجاد کننده بخش عمده­ای از پسماند و آلودگی هوا در عرصه سازه­ های بتنی می­باشد.

روغن و ضایعات ناشی از تعمیرات بچینگ؛ ماشین آلات حمل و پمپ بتن ریزی؛ پرت سیمان در محیط به صورت دوغاب و یا گرد؛ نشت افزودنی های شیمیایی در زمین؛  گرد وغبار ناشی از پودر میکروسیلیس و استنشاق توسط کارگران با اثرات تنفسی و سرطان زا؛ پسماند بسته بندی سیمان و مواد افزودنی؛ گازهای ناشی از احتراق سیستم سوخت در بچینگ؛ تراک میکسر و پمپ­های بتن؛ فاضلاب­های انسانی ناشی از حمام؛ دستشویی و آشپزخانه؛ فاضلاب­های ناشی از شست­وشو ماشین آلات؛ پساب ناشی شست­وشو مصالح سنگی برای کاهش SE و خنک کردن مصالح؛ پساب ناشی از کیورینگ بتن؛ پرت های بتن های اضافه برنیاز به علت برآورد اشتباه و آماده نبودن کار و تخلیه آن در محیط زیست؛ پسماند ناشی از ظروف یک بار مصرف و سایر ضایعات کارگری.

3-3. بازیافت مصالح ناشی از تخریب پس از اتمام زمان بهره برداری یا عدم برخوداری از مشخصات مورد نیاز :

    در حال حاضر در بسیاری از کشورهای پیشرفته و بخش­های زیادی از صنایع  فرآیند بازیافت از منظر اقتصادی و محیط زیستی، بصورت جدی مورد توجه بوده و صورت می­پذیرد. لذا در کشورهای در حال توسعه و جهان سوم این امر هنوز به طور جدی انجام نمی­گیرد. بازیافت مصالح ساختمانی از جمله بتن نیز از این قاعده جدا نیست.

واقعیت این است که هر سازه و محصولی پس از پایان عمر مفید خود چه به صورت زودرس و چه طبق مشخصات تولیدی دو راه پیش رو دارد، یا به عنوان پسماند وارد طبیعت گردیده و یا در قالب بازیافت تمام و یا بخشی از آن مجدداً وارد چرخه مصرف می­گردد. که این بازیافت از دو زاویه حفظ منابع طبیعی موجود و عدم تولید حداکثری پسماند قابل توجه می باشد. در خصوص بتن نیز این امکان وجود دارد تا با انجام فرآیندهای لازم و آزمایش­های مورد نیاز در تولید مجدد بتن مانند جایگزینی با مصالح سنگی، استفاده از آهن آلات و میلگردها و ... ، مورد استفاده قرار گیرد.

3-4. لزوم نگرش دوام محوری:

       با اندکی تامل در موارد ذکر شده مشخص می­باشد که هر مترمکعب بتن مصرفی در کارگاه به عنوان محصول تمام شده، در مراحل ساخت تا چه حد می تواند آلوده سازی محیط نقش داشته باشد. بدیهی است که کاهش عمر سازه­های بتنی به دلایلی چون عدم توجه به مسائل طراحی و اجرا به هر میزان باعث می­گردد این چرخه تولید پسماندها، افزایشی بیش از آنچه در استانداردهای عمرانی انتظار می­رود باشد. لذا به نظر می­رسد بهترین راه در حفظ منابع طبیعی که بعضاً تجدید ناپذیر می­باشند و نیز جلوگیری از آلوده سازی و تخریب مضاعف محیط زیست، تقویت نگاه­های دوام محور به منظور افزایش عمر بهره برداری سازه­ها، چه در فاز طراحی و چه در فاز نظارت و اجرا می­باشد. در ذیل به آیتم­های موثر در کاهش عمر سازه­ها و نیز راهکارهای پیشنهادی برای رفع و پیشگیری در برابر آن­ها اشاره می­گردد:

3-4-1. عوامل موثر بر کاهش دوام سازه­ های بتنی:

نمکها؛ اسیدها؛  گازهایی نظیر گاز کربنیک؛ پوشش نا کافی بتن بر روی فولاد؛ کیفیت پایین عمل آوری بتن؛ بار اضافی؛ آب  و رطوبت؛ فرآیند یخبندان بتن؛ خوردگی میکروبی SRB ؛ باکتری­های اکسید کننده گوگرد.

3-4-2. عوامل و پیش نیازهای موثر در تامین دوام سازه­های بتنی :

تأمین سرمایه؛ تأمین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص؛  شناخت مصالح و مواد اولیه؛ شناخت عوامل فساد بتن؛ شناخت اقلیم و عوامل محیطی؛ تهیه مصالح و مواد مناسب و نگهداری آن­ها در شرایط خوب و استاندارد؛ تحقیقات: تحقیقات خود دو جزء که بهینه سازی و جایگزینی مواد جدید مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و پیدا کردن روش­های جدید مبارزه با فساد بتن می­باشد را شامل می­شود؛ طرح اختلاط بتن؛ تولید، اجرا و عمل آوری بتن؛ نگهداری.

نتیجه گیری:

از نظر نویسنده، با توجه به محدودیت­های منابع طبیعی، لزوم و اهمیت حفظ محیط زیست و منابع موجود ، لازم و ضروری است با تامین و بهره گیری از فاکتورهای لازم و ذکر شده در مباحث و بالا بردن دانش فنی دست اندرکاران چون کارفرمایان، طراحان، مشاوران و پیمانکارن در بخش­های دولتی و به خصوص بخش خصوصی به علت در اختیار داشتن حجم بالایی از ساخت و ساز، نسبت به اعمال کنترل­های دقیق و کاربردی علاوه بر کنترل­های موجود در طرح اختلاط بتن­ و اجرای آن، چون نفوذپذیری، مقاومت الکتریکی و ... اقدام میدانی گردد. البته در حال حاضردر برخی از پروژه­ها این کنترل­ها صورت می پذیرد، لذا آن­چه ضروریست انجام این کنترل­ها به صورت فراگیر می­باشد. پر واضح است این امر در کنار لحاظ سایر موارد مورد نیاز چون اعمال پوشش و  نیز سایر موارد ذکر شده در مقاله می­تواند باعث افزایش حداکثری عمر سازه­های بتنی و به تبع آن حفظ منابع موجود گردد. از این رو به نظر می رسد آموزش و آشنایی دست اندرکاران این عرصه  باعث تاثیر مختلف این امر در سازمان­های ذیربط چون سازمان نظام مهندسی و دانشگاه می­تواند تا حدود زیادی موثر واقع گردد.

منابع و مراجع :

[ 1 ]  تدین ، محسن.(1384)، دوام سازه های بتنی ،کنفرانس بتن و توسعه .

[ 2 ] کریمی، مهرداد.، و افسریان، سید محمد.، وجهان زاده، حسن.(1391)، آلودگی های صنعت سیمان، اولین کنفرانس صنعت سیمان انرژی ومحیط زیست.

[ 3 ] بختیاری، نوبخت. (1391)، بررسی تاثیر عملکرد پروژه های عمرانی در آلودگی محیط زیست ، اولین کنفرانس صنعت سیمان انرژی ومحیط زیست

[ 4 ] سادات ضیاء جهرمی،شیما.، و هاشمی، سید حسین.( 1390)،  بررسی ،فرآیند ها و آلاینده های صنعت سیمان و مدیریت و کنترل آن. پنجمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی محیط زیست.

 [ 5 ] دیانی، علیرضا.، و رضایی، علی. (1391) ، صنعت سیمان و مسئولیت های زیست محیطی ، اقتصادی و اجتماعی آن . اولین کنفرانس صنعت سیمان انرژی ومحیط زیست.

[ 6 ] قاصدی، آذر.، و قاصدی، آتس سا.، و قربانی، سمانه.، و فلاح، قرشید.( 1388)، بررسی تومان اثرات زیان آور محیط کار و اثرات زیست محیطی ناشی از آلودگی هوا در صنایع فولاد . دوازدهمین همایش ملی بهداشت محیط زیست ، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی.

[ 7 ] حیدریان مقدم، محمد.( 1373)، بررسی میزان صدا و صدا در معادن سنگ  آهن مرکزی ، پژوهنده (4 ) 76 ، ص 31-27.

[ 8 ] مومنی، علی.، و ناصریان،سیروس.(1390)، مدیریت پسماند در پتروشیمی بندر امام. پنجمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی محیط زیست.

نویسنده : کلینیک  بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))