بررسی استفاده از پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شهری در ساخت بتن خودتراکم

دکتر غلامحسین افتخار- مهندس رضا کرمی

 بانک مشاغل ساختمانی و مهندسی کابوک

چکیده

با توجه به افزایش مصرف بتن در پروژه‌های عمرانی و محدودیت منابع آب شیرین، استفاده از منابع جایگزین آب به‌عنوان یک راهکار پایدار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، امکان‌سنجی استفاده از پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شهری در ساخت بتن خودتراکم و تأثیر آن بر خواص تازه و سخت‌شده بتن بررسی شد. همچنین نقش نسبت سنگ‌دانه ریز به کل به‌عنوان پارامتر کلیدی ارزیابی گردید. نتایج نشان داد استفاده از پساب تأثیر محسوسی بر رئولوژی بتن خودتراکم نداشته و تمامی طرح‌ها الزامات آیین‌نامه‌ای را برآورده کردند. مقاومت نمونه‌های پسابی کمتر از نمونه شاهد بود (کمتر از ۱۰ درصد) و طبق بند ۳-۳-۷-۷ الف آیین‌نامه بتن ایران، قابل قبول می‌باشد. نسبت بهینه سنگ‌دانه ریز به کل (حدود ۶۵ درصد) افت مقاومت را جبران می‌کند. با توجه به pH پساب (۶.۵ تا ۸.۵)، استفاده از بتن خودتراکم با پساب در سازه‌های بتن آرمه بلامانع است.

 

مقدمه

در سال‌های اخیر، رشد روزافزون پروژه‌های عمرانی و ساخت‌وساز در کشور، تقاضا برای بتن را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داده است. بتن خودتراکم به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین انواع بتن، به دلیل قابلیت عبور از آرماتورهای متراکم بدون نیاز به ویبراتور، کاربرد گسترده‌ای در سازه‌های پیچیده یافته است. از سوی دیگر، بحران کمبود آب شیرین در بسیاری از مناطق کشور، صنعت بتن را با چالش جدی تأمین آب باکیفیت مواجه ساخته است.

پساب تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری، که در بسیاری از مناطق بدون استفاده مجدد دفع می‌شوند، می‌توانند به‌عنوان منبع جایگزین آب در تولید بتن مورد توجه قرار گیرند. این رویکرد علاوه بر کاهش مصرف آب شیرین، به مدیریت پایدار منابع آب و کاهش آلودگی محیط‌زیست نیز کمک می‌کند.

هدف اصلی این پژوهش، بررسی امکان استفاده از پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شهری در ساخت بتن خودتراکم و ارزیابی اثر آن بر خواص تازه و سخت‌شده بتن است. همچنین نقش نسبت سنگ‌دانه ریز به کل به‌عنوان یکی از پارامترهای کلیدی طرح اختلاط در بهبود عملکرد بتن‌های ساخته‌شده از پساب مورد تحلیل قرار گرفته است.

 

روش‌شناسی پژوهش

مواد و مصالح مصرفی

در این پژوهش، نمونه‌های بتن خودتراکم با استفاده از دو نوع آب اختلاط ساخته شدند:

• نمونه شاهد: آب شهری (آب آشامیدنی)

• نمونه اصلی: پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شهری

سایر پارامترهای طرح اختلاط شامل نسبت آب به سیمان، مقدار مواد سیمانی، نوع سنگ‌دانه‌ها و میزان افزودنی‌ها در تمام نمونه‌ها ثابت نگه داشته شدند. تنها متغیر اصلی پژوهش، نسبت سنگ‌دانه ریز به کل بود که در بازه‌های مختلف تغییر داده شد.

 

آزمایش‌های بتن تازه

برای بررسی خواص رئولوژیکی و قابلیت اجرای بتن خودتراکم، آزمایش‌های زیر بر روی نمونه‌ها انجام گرفت:

• جریان اسلامپ (Slump Flow)

• زمان T50

• رینگ J (J-Ring)

• قیف V (V-Funnel)

• جعبه L (L-Box)

این آزمایش‌ها به منظور ارزیابی روانی، پایداری، عبورپذیری و چسبندگی مخلوط بتن خودتراکم طراحی شده‌اند.

 

آزمایش‌های بتن سخت‌شده

برای ارزیابی خواص مکانیکی و دوام بتن، نمونه‌ها در سنین ۷، ۱۴ و ۲۸ روز تحت آزمایش‌های زیر قرار گرفتند:

• مقاومت فشاری

• مقاومت کششی (به روش برزیلی)

• نفوذپذیری

 

نتایج و بحث

نتایج نشان داد که انتخاب نسبت بهینه سنگ‌دانه ریز به کل (حدود 65 درصد) می‌تواند تا حد زیادی افت مقاومت ناشی از استفاده از پساب را جبران نماید. بررسی نفوذپذیری نمونه‌ها حاکی از افزایش نفوذپذیری بتن‌های پسابی نسبت به بتن شاهد بود، هرچند این اختلاف با افزایش سن بتن کاهش می‌یابد.

در مجموع، نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده کنترل‌شده از پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شهری، می‌تواند به‌عنوان جایگزین آب شهری در تولید بتن خودتراکم مورد استفاده قرار گیرد. این رویکرد علاوه بر کاهش مصرف آب شیرین، می‌تواند گامی مؤثر در مسیر توسعه پایدار و مدیریت بهینه منابع آب در پروژه‌های عمرانی، به‌ویژه در مناطق کم‌آب، محسوب شود. همچنین گفتنی است با توجه به اینکه PH پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شهری عموماً بین 6.5 تا 8.5 می‌باشد استفاده از بتن خودمتراکم با پساب در ساخت سازه‌های بتن آرمه نیز بلامانع می‌باشد.

در ادامه نمودار مقدار کاهش مقاومت فشاری بتن ساخته شده از پساب در مقایسه با بتن شاهد قابل مشاهده است.

 

نتیجه گیری

با توجه به یافته‌های این پژوهش، می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شهری در ساخت بتن خودتراکم یک راهکار عملی، مقرون‌به‌صرفه و پایدار است. این روش ضمن حفظ الزامات فنی و استانداردهای ملی (با افت مقاومت کمتر از ۱۰ درصد و تأیید بند ۳-۳-۷-۷ الف آیین‌نامه بتن ایران)، به حل دو معضل اساسی کمک می‌کند: کمبود آب شیرین در مناطق خشک و نیمه‌خشک کشور و دفع غیربهداشتی پسابهای فاضلاب شهری.

پیشنهاد می‌شود که در پروژه‌های عمرانی بزرگ، به‌ویژه در مناطق با تنش آبی، استفاده از پساب تصفیه‌خانه‌های شهری با رعایت نسبت بهینه سنگ‌دانه ریز به کل (حدود ۶۵ درصد) به‌عنوان یک جایگزین مجاز در دستور کار قرار گیرد. همچنین انجام مطالعات تکمیلی در مورد اثرات بلندمدت (بیش از یک سال) استفاده از پساب بر دوام و خوردگی آرماتورها توصیه می‌گردد.

 

منابع
[1] ASTM C192, Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory.
[2] ASTM C39, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens.
[3] EFNARC, The European Guidelines for Self-Compacting Concrete.
[4] رحیم دردائی، صادق دردائی، علی فروغی‌اصل، «بررسی آزمایشگاهی استفاده از پساب»، نتایج آزمایشگاهی (استفاده‌شده به‌عنوان مبنای داده‌های تجربی در این پژوهش).

 مرجع: نشریه مهندسی کابوک نامه، ویژه نامه انجمن بتن آماده فارس، شیراز، اسفندماه ۱۴۰۴

جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در بانک مشاغل ساختمان کابوک در تماس باشید.

مهندس بناکار: 09173094258