تقویت ۳۰ درصدی بتن با تفاله قهوه!

تخمین زده می‌شود که در سرتاسر جهان سالانه ۶۰ میلیون تن تفاله قهوه مصرف شده(SCG) تولید می‌شود. به طور سنتی، بیشتر این تفاله‌های قهوه به محل‌های دفن زباله ختم می‌شوند.

اکنون پژوهشگران دانشگاه RMIT یک کاربرد عملی و در نوع خود منحصر به فرد را برای این نوع خاص از زباله پیدا کرده‌اند که ترکیب آن در بتن است.

راجیو رویچاند، نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: منبع الهام 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 زندگی دوباره بدهیم.

تفاله قهوه به دلیل اندازه ریز ذرات خود به عنوان یک جزء مفید در کاربردهای عمرانی و ساختمانی پیشنهاد شده است. بنابراین پژوهشگران تصمیم گرفتند این موضوع را مورد آزمایش قرار دهند. آنها ابتدا SCG را از کافه‌های 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 منفی ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد یا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد با استفاده از فرآیندی کم انرژی و بدون اکسیژن به نام پیرولیز برای ایجاد بیوچار(زغال تهیه شده از زیست‌توده‌های گیاهی و ضایعات کشاورزی) دمادهی شدند.

سپس تاثیر ۱۲ مخلوط با نسبت‌های متفاوت برای مقایسه اثرات SCG بر رفتار مکانیکی و ریزساختاری بتن مورد استفاده قرار گرفت. SCGهای مختلف در سیمان معمولی با حجم ۰، ۵، ۱۰، ۱۵ و ۲۰ درصد به عنوان جایگزینی برای سنگدانه‌های ریز(ماسه طبیعی) استفاده شدند.

این بتن تازه در قالب‌ها ریخته شد و برای حذف حفره‌های هوا تکان داده شد. سپس در دمای اتاق به مدت ۲۴ ساعت استراحت کرد، قالب‌گیری شد و در یک مخزن آب قرار گرفت شد تا اینکه برای سنجش استحکام در فشار یا مقاومت فشار آزمایش شد و با استفاده از پراش پرتو ایکس(XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) تجزیه و تحلیل شد. گفتنی است که مقاومت فشاری حداکثر تنش فشاری است که یک ماده جامد می‌تواند بدون شکستگی تحمل کند.

پژوهشگران دریافتند که از بین تمام کامپوزیت‌های بتن مورد آزمایش، کامپوزیت‌هایی که ۱۵ درصد از شن و ماسه آنها با تفاله قهوه جایگزین شده و در دمای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد پخته شده بود، منجر به بهبود قابل‌توجهی در خواص آن شد که موجب افزایش ۲۹.۳ درصدی در مقاومت فشاری این بتن شد.

در حالی که تحقیقات حول این موضوع هنوز در مراحل اولیه است، پژوهشگران می‌گویند که نتایج آن امیدوارکننده است و با توجه به فراگیر بودن قهوه، این راهکار به طور بالقوه می‌تواند در ساخت و ساز در سراسر جهان مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

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

این روش جدید تولید بتن علاوه بر صرفه‌جویی در فضا و ایجاد فضا در محل‌های دفن زباله، به موضوع زیست محیطی دیگری نیز کمک می‌کند و آن، حفظ منابع طبیعی محدود است. چرا که ما سالانه تقریباً ۴۰ تا ۵۰ میلیارد تن شن و ماسه را برای استفاده در ساخت و ساز استخراج می‌کنیم.

جی لی یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: 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. ما 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.

پژوهشگران قصد دارند آزمایش‌های مکانیکی و دوام طولانی‌مدت را بر روی بیوچار قهوه با حرارت ۳۵۰ درجه برای کاربردهای بالقوه آن در صنعت ساخت‌ و ساز انجام دهند و تأثیر استفاده از دماهای مختلف پیرولیز بر عملکرد این ماده را بیشتر بررسی کنند. این مطالعه در مجله Cleaner Production منتشر شده است.