هدف این کار بررسی وضعیت دانش مربوط به روسازیهای بتنی تراوا (PCPs) و تسهیل تلاشها برای افزایش عملکرد کلی آنها و به حداکثر رساندن مزایای زیست محیطی آنها است. بر اساس مرورهای اخیر، این کار خلاصهای از مزایای کلیدی زیستمحیطی PCPها را از نظر کاهش روان آب طوفان، بهبود کیفیت آب زیرزمینی، کاهش اثر جزیره گرما، کاهش صدای ترافیک و بهبود مقاومت در برابر لغزش ارائه میکند.
عملکرد هیدرولیکی PCP ها با طراحی مخلوط، طراحی روسازی، عمل ساخت و ساز و محیط، تعیین میشود. به طورکلی، بهینهسازی همزمان خواص مکانیکی و دوام و عملکرد نفوذ PCPها دشوار است. برای کمک به بهبود دوام PCPها بدون افزایش قابلتوجه نیازهای نگهداری آن یا قربانی کردن خواص نفوذ آن، باید فناوریهای جدیدی توسعه یابند. آسیب انجماد/ ذوب، اثرات یخ زدا، و پدیده گرفتگی همچنان مشکلاتی را برای اجرای PCP ایجاد میکند. دوام PCPها در آب و هوای سرد تحتتأثیر عوامل بسیاری است و میتوان در بسیاری از مراحل چرخه عمر آن پیشرفتهایی حاصل کرد. چالشها در خصوصیات کمی مواد بتن تراوا و ایجاد روابط کمی بین ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی و عملکرد بتن نفوذپذیر باقی میماند.
انتظار میرود مدلسازی و خصوصیات پیشرفته، تا حد زیادی باعث پیشرفت فناوری PCP شود. این بررسی همچنین نگاهی به آینده ارائه می دهد، بهعنوان مثال، برخی از حوزه های تحقیقاتی نوظهور (مانند علوم نانو و مهندسی نانو) وجود دارد که ممکن است به رفع چالش های دوام یا افزایش بیشتر مزایای زیست محیطی PCPها کمک کند.
روسازیهای بتنی تراوا (PCPs) بهطور فزایندهای بهعنوان یک ابزار توسعه کم تاثیر (LID) مورد استفاده قرار گرفتهاند که به مدیریت اثرات ساخت و ساز زیرساخت و عملیات بر محیط طبیعی کمک میکند. بهعنوان یک راه حل زیرساخت سبز، PCP میتواند برای تکمیل یا جایگزینی زیرساختهای خاکستری معمولی، بهویژه برای جادهها و سطوح پارکینگ با سرعت کم، سبک و کم تردد کامیون استفاده شود. همچنین بهعنوان روسازیهای بتنی نفوذپذیر نیز نامیده میشود، PCPها بهعنوان نوعی روسازی بتنی تعریف میشوند که دارای یک شبکه باز از منافذ است تا امکان نفوذ آب طوفان را از طریق روسازی به لایه های پایه/ زیر پایه ایجاد کند.
یک PCP معمولی میتواند دارای طیف وسیعی از خواص باشد، بهعنوان مثال، حفرههای هوای موثر از حدود 15 تا 30 درصد، نفوذپذیری از 20 تا 500 متر در روز، و مقاومت فشاری از 5/5 تا 20/5مگاپاسکال.
نکتهای که باید به آن اشاره شود این است که اگرچه مطالعات بسیاری از مقاومت فشاری بهعنوان یکی از خواص برای ارزیابی عملکرد مکانیکی استفاده کردهاند، امّا تاکنون ASTM روش تست استانداردی را برای مقاومت فشاری بتن متخلخل به دلیل عوارض ناشی از ماهیت طبیعی متخلخل بودن آن منتشر نکرده است. در مطالعات قبلی، اکثر آزمایشهای مقاومت فشاری بر اساس استاندارد ASTM برای بتن معمولی (ASTM C39) اعمال میشد. PCPها میتوانند بهطور قابلتوجهی برای محیط زیست در محیطهای شهری مفید باشند. آنها میتوانند به کاهش مقدار روانآب طوفان و بهبود کیفیت آب با توجه به کل مواد جامد معلق، فسفر، نیتروژن و فلزات منجر شوند، علاوه بر این، مشکل صدای ترافیک و اثر جزیره گرمایی را میتوان به طور همزمان کاهش داد.
در مقایسه با روسازیهای بتنی معمولی یا روسازیهای بتنی فشرده غلتکی، فرآیند ساخت و خواص PCPها از نظر مواد، روشهای ساخت و ساز و تجهیزات، بهویژه از دیدگاه اقتصادی و زیست محیطی کاملاً متفاوت است.
همانطور که شناخته شده است، تولید سیمان یک فرآیند انرژیبر است که نقش قابلتوجهی در انتشار گازهای گلخانهای و CO2 دارد. نسبت به روسازیهای بتنی معمولی، PCPها منجر به کاهش قابلتوجهی در مصرف سیمان میشوند و بنابراین ردپای بار منفی زیست محیطی مرتبط را، کاهش میدهند.
نتایج ارزیابی چرخه عمر نشان میدهد که مجموع انتشار CO از بتن سنگین حدود 903 کیلوگرم معادل CO2 در هر متر است. در حالی که انتشار CO از بتن عبوری تنها حدود 19/5 کیلوگرم معادل CO در هر متر است، یعنی حدود 2 درصد از تولید بتن معمولی. در این محاسبه، مواد، حمل و نقل، تولید/ساخت بتن سنگین در هر متر معادل 886/1، 14/6 و 2/3 کیلوگرم CO2 است. با این حال، برای بتن قبلی، دادهها به ترتیب تنها 18/9، 0/3 و 0/3 هستند.
اگرچه PCPها میتوانند مزایای امیدوارکنندهای را برای محیطهای ساخته شده و طبیعی به ارمغان بیاورند، مسائلی که کارایی طولانی مدت PCPها را تهدید میکند، از جمله مشکلات دوام و گرفتگی، به عنوان موانع اصلی برای کاربرد گسترده PCPها باقیمانده است.
برخی از عوامل برجسته عبارتند از: شکست زودرس یا زوال PCPها با قرار گرفتن در معرض حملات شیمیایی و فیزیکی. گرفتگی PCPها از شن و ماسه کششی اعمال شده در طوفانهای زمستانی، رسوبات موجود در آب طوفان از زمینهای مجاور، یا منافذ فرو ریخته شده از ترافیک وسایل نقلیه ناشی میشود و غیره. اینها عوامل مهمی هستند که باید در طراحی، ساخت ، حفظ و نگهداری PCPهای آینده در نظر گرفته شوند.
مواد و روش ها
مطالعات بیشماری به توسعه و ارزیابی انواع مختلف PCP در سالهای اخیر اختصاص یافته است، با این حال مقالات مروری کمی پیشرفتهای اخیر و روندهای آتی این فناوری را از دیدگاهی جامع از مزایای زیستمحیطی، فرآیند آمادهسازی، خواص، و فعالیت های تعمیر و نگهداری خلاصه کردهاند. علاوه بر این، جنبه های پایداری زیست محیطی و دوام PCP به ندرت به صورت جامع بررسی می شود. در این کار، پیشرفتهای اخیر در حال ارزیابی است…
مزایای زیست محیطی
PCPها دارای مزایای زیست محیطی مختلفی هستند، از جمله کاهش روان آب و بهبود نفوذ آب طوفان، افزایش مقاومت در برابر لغزش سطح روسازی، بهبود کیفیت آب زیرزمینی، و کاهش سطح آب، اثر جزیره گرمایی و صدای ترافیک. این مزایا میتواند انعطاف پذیری، نظارت بر محیط زیست و ایمنی ترافیک سیستم ها یا جوامع محلی حملونقل را بهبود بخشد. سازمان های دولتی در بسیاری از کشورها در حال ترویج زیرساخت های سبز هستند…
طراحی، ساخت، نگهداری و دوام
دوام و عملکرد طولانی مدت PCP به طراحی، ساخت (قرار دادن) و فعالیتهای نگهداری مناسب آن بستگی دارد. اگر به درستی طراحی و ساخته شود، PCPها میتوانند برای خیابانهای جمع کننده و اکثر خیابانهای مسکونی، جادههای کم حجم ، که در آن زبالهها، ساختوسازها، وسایل نقلیه شهری و اضطراری بیشتر چرخه بار را به عهده دارند، برای 20 تا 30 سال استفاده شوند.
مدل سازی و شبیه سازی PCP
مطالعاتی برای مدلسازی خواص مکانیکی و عملکرد بتن تراوا انجام شده است.
دیو و همکاران (2010) از یک مدل آماری برای ایجاد رابطه بین مقاومت فشاری و ویژگیهای ساختار منافذ مربوطه استفاده کرد. یک شبیهسازی مونت کارلو در این مدل برای ارزیابی حساسیت مقاومت فشاری پیشبینیشده استفاده شد. لیان و همکاران (2011) یک روش عنصر گسسته ارائه کرد که از کد جریان ذرات برای ارزیابی خواص ساختاری استفاده میکند.
مزایای زیست محیطی
مطالعات متعدد مزایای زیست محیطی متعدد PCPها (در صورت اجرای مناسب) را نشان دادهاند، از جمله: مدیریت روانآب آب طوفان، آب های زیرزمینی و هوا.
بهبود کیفیت، کاهش اثر جزیره گرمایی، کاهش صدای ترافیک و بهبود مقاومت در برابر لغزش. با این وجود، شکاف های دانش هنوز در بسیاری از جنبه های PCP باقیمانده است و انتظار میرود توسعه فناوریهای جدید مزایای زیست محیطی آن را بیشتر افزایش دهد.
روسازی های بتنی تراوا (PCPs) سیستم روسازی نفوذپذیر (PCPS) از یک لایه سطحی که روی یک لایه زیر پی که بر روی خاک بومی بستر آن منطقه قرار دارد، تشکیل شده است. یک یا چند لایه میانی مانند شن و سنگ خرد شده یا ماسه ریز ممکن است بین لایه سطحی و زیرپی قرار گیرد. عملکرد اساسی سطح روسازی، تحمل بارهای خودرو بدون تغییر شکل ناخواسته و اجازه نفوذ آب طوفان به زیرپی روسازی است.
زیرپی، نقش ساختاری در توزیع بار روسازی به لایه های زیرین شن و خاک دارد، اما به عنوان لایه ذخیره آب نیز عمل میکند و گاهی اوقات آن را منطقه اشباع آب یا مسیر مخزن نیز می نامند.
آب طوفان تصفیه شده ممکن است از ساختار روسازی از طریق نفوذ به خاک زیرین منتقل شود یا توسط یک سیستم زهکشی در زیر سطح روسازی جمعآوری شود.
در زیر شماتیکی از یک سیستم روسازی نفوذپذیر PCPs ارائه شده است که شامل: بلوک های بتنی عبوری، لایه لایه بستر (شن نخودی، سنگ کوچک و ماسه)، ژئوتکستایل، لایه شن و سنگ خرد شده و یک لایه زیرین ژئوتکستایل اضافی برای بافر بیشتر کیفیت آب.
مزایای روسازیهای بتنی نفوذپذیر
این مزایا میتواند انعطافپذیری، نظارت بر محیط زیست و ایمنی ترافیک سیستمها یا جوامع محلی حمل و نقل را بهبود بخشد.
معایب روسازی های بتنی نفوذپذیر
M.Gh.
Preparation and performance evaluation of an innovative pervious concrete pavement Construct. Build. Mater. (2017)
Abrasion resistance of concrete containing nano-particles for pavement Wear (2006)
Comparative field permeability measurement of permeable pavements using ASTM C1701 and NCAT permeameter methods J. Environ. Manag. (2013)
In-situ infiltration performance of different permeable pavements in a employee used parking lot–A four-year study J. Environ. Manag. (2016)
Pore-structure models of hydraulic conductivity for permeable pavement J. Hydrol. (2011)
Slip-related characterization of gait kinetics: investigation of pervious concrete as a slipresistant walking surface Saf. Sci. (2013)
Water purification characteristics of pervious concrete fabricated with CSA cement and bottom ash aggregates Construct. Build. Mater. (2017)
Clogging in permeable concrete: a review J. Environ. Manag. (2017)
Permeability measurement and scan imaging to assess clogging of permeable concrete pavements in parking lots J. Environ. Manag. (2012)
Optimum mix design of fly ash geopolymer paste and its use in pervious concrete for removal of fecal coliforms and phosphorus in water Construct. Build. Mater. (2015)