به سایت پارسمان شیمی خوش آمدید

زیر مجموعه گروه پارسمان
بتن نفوذ پذیر یا متخلخل

بتن نفوذ پذیر یا متخلخل

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.

روسازی های بتنی نفوذ پذیر
روسازی های بتنی نفوذ پذیر

مزایای روسازی‌های بتنی نفوذپذیر

  • سیستم ­های نفوذ پذیر آلاینده ­ها را قادر می­سازند تا توسط زیرپایه یا یک ژئوتکستایل به دام بیفتند.
  • سیستم­ های نفوذ پذیر نسبت به سیستم ­های جمع­ آوری و پراکندگی سنتی مقرون به صرفه­ تر هستند.
  • سیستم­ های نفوذ پذیر همچنین می­توانند مزایای زیست­ محیطی قابل­ توجهی مانند تجزیه طبیعی آلاینده ­ها، پر کردن سفره­ های زیرزمینی و امکان برداشت آب را ارائه دهند.
  • دارای مزایای زیست محیطی مختلفی از جمله کاهش روان‌آب و بهبود نفوذ آب طوفان و باران، افزایش مقاومت در برابر لغزش سطح روسازی، بهبود کیفیت آب زیر زمینی، کاهش سطح آب و اثر جزیره گرمایی و صدای ترافیک.

این مزایا می‌تواند انعطاف‌پذیری، نظارت بر محیط زیست و ایمنی ترافیک سیستم‌ها یا جوامع محلی حمل و نقل را بهبود بخشد.

روسازی های بتنی نفوذ پذیر
روسازی های بتنی نفوذ پذیر

معایب روسازی­ های بتنی نفوذپذیر

  • هزینه روسازی تراوا ۲ تا ۳ برابر بیشتر از روسازی آسفالتی است.
  • حجم روان­ آب باید در نظر گرفته شود زیرا این تکنیک باید بخشی از مدیریت کلی سایت باشد. (سطح آب بالا زیر سنگفرش)

 

M.Gh.

 

  • Li et al.

Preparation and performance evaluation of an innovative pervious concrete pavement Construct. Build. Mater. (2017)

  • Li et al.

Abrasion resistance of concrete containing nano-particles for pavement Wear (2006)

  • Li et al.

Comparative field permeability measurement of permeable pavements using ASTM C1701 and NCAT permeameter methods J. Environ. Manag. (2013)

  • Kumar et al.

In-situ infiltration performance of different permeable pavements in a employee used parking lot–A four-year study J. Environ. Manag. (2016)

  • Kuang et al.

Pore-structure models of hydraulic conductivity for permeable pavement J. Hydrol. (2011)

  • W. King et al.

Slip-related characterization of gait kinetics: investigation of pervious concrete as a slipresistant walking surface Saf. Sci. (2013)

  • M. Kim et al.

Water purification characteristics of pervious concrete fabricated with CSA cement and bottom ash aggregates Construct. Build. Mater. (2017)

  • Kia et al.

Clogging in permeable concrete: a review J. Environ. Manag. (2017)

  • Kayhanian et al.

Permeability measurement and scan imaging to assess clogging of permeable concrete pavements in parking lots J. Environ. Manag. (2012)

  • Jo et al.

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)

 

برای دیدن ویدئو مرتبط با این مطلب کلید کنید