آیا بازالت تقویت شده می تواند جایگزین فولاد در زیرساخت ها شود؟
فولاد برای مدت طولانی ستون اصلی ساخت و ساز بوده است، اما با افزایش قیمت ها و تلاشهای جهانی برای کاهش ردپای کربن، میلگرد بازالت می تواند به یک جایگزین تبدیل شود.
آرماتور بازالت تقویت شده به عنوان یک جایگزین برای آرماتور بتنی فولادی یا فایبرگلاس ، فناوری جدیدی نیست. برخی از کشورهای جهان، به ویژه ایالات متحده، چندین دهه است که از آن استفاده می کنند. ولی در بریتانیا هنوز یک گزینه نوظهور است،که با افزایش تلاشها برایکربنزدایی ، در حال رشد است.
برنامه های کاربردی درپروژه خط راه آهن سریع السیر High Speed 2 (HS2)در انگلستان و یک پروژه بزرگ در آزادراه M42 به ارتقای ویژگی های میلگرد بازالت و برجسته کردن پتانسیل آن کمک کرد.
بازالت تقویت شده از پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت که به آن (BFRP)میگویند، ساخته شده است. برای ایجاد این الیاف، سنگ بازالت آتشفشانی جمع آوری شده را به قطعات کوچک خرد کرده و در دمای 1400 درجه سانتی گراد ذوب می کنند. سیلیکاتهای تشکیلدهنده آن، بازالت ذوبشده را قادر میسازند تا به مایعی تبدیل شود که میتوان آن را با نیروی گرانش از طریق یک صفحه مخصوص کشید و رشتههای باریک و بلند را تشکیل داد. این رشتهها میتوانند هزاران متر طول داشته باشند و میتوان آنها را تا زمانی که آماده شکل گیری به صورت تقویت شده شوند، به دور یک قرقره جمع کرد.
تبدیل میلگرد از طریق پالتروژن انجام می شود، در آنجا الیاف تحت کشش ،کشیده می شوند و سپس در رزین اپوکسی مایع غوطه ور می شوند. رزین یک پیوند پلیمری است که به شکل مایع گرم می شود و رشته های باریک در آن غوطه ور می شوند. سپس ظرف چند دقیقه خشک می شوند تا به نوار نهایی تبدیل شوند.
(*دیوار راهنما : جهت اجرای دقیق دیوار دیافراگمی در محل مورد نظر و شاقولی اجرا شدن آن در مراحل حفاری و جلوگیری از ریزش جداره ها در هنگام اجرای عملیات حفاری و بتن ریزی از دیواره راهنما استفاده می گردد)
(* دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی یکی از روش های پایدارسازی گود است و همان طور که از اسم این روش مشخص است، دیوارهای بتنی جهت حفاظت از ریزش دیواره گود، اجرا می گردد)
به گفته مالکوم نیوتن، مدیر شرکت تولید کننده میلگرد بازالت Bastech ، مزایای پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت نسبت به فولاد بسیار زیاد است. کار با آن نیز در حین ساخت آسان تر است زیرا در مقایسه با فولاد 4.5 برابر سبک تر است و 2.5 برابر استحکام کششی بیشتری دارد.
بازالت به عنوان یک ماده بی اثر، در برابر اسیدها و بازها مقاوم است و برای سازه هایی که در معرض رطوبت قرار دارند ایده آل است زیرا خورده نمی شود.
مقاومت بازالت در برابر خوردگی هم به کاهش ردپای کربن برای بتن مسلح کمک می کند. با توجه به عدم ورود آب، میلگرد بازالت به 20 درصد پوشش بتن کمتری در یک ستون در مقایسه با میلگرد فولادی نیاز دارد.
ردپای کربن میلگرد بازالت به طور قابل توجهی کمتر از فولاد است. با توجه به اینکه سنگ بازالت باید از ایالات متحده وارد شود و تا دمای بالا گرم شود، تا میلگرد بازالت به دست بیاید، ممکن است این از نظر شهودی خلاف این امر به نظر برسد. اما مالکوم نیوتن میگوید که تجزیه و تحلیل چرخه عمر این سنگ در دانشگاه کینگستون نشان داده است که حداقل 70 درصد کربن کمتری در طول فرآیند تولید نسبت به فولاد تقویت شده و 22 درصد کمتر از فولاد بازیافتی مصرف میکند.
مواردی هم وجود دارد که در آن بازالت با فولاد همخوانی ندارد. مثلا بازالت را نمی توان مانند فولاد خم کرد و علیرغم استحکام کششی بالاتر، خاصیت ارتجاعی کمتری دارد. این موارد به این معنی هستند که بعید است پیمانکاران از بازالت در سازه های عمودی بلند استفاده کنند.
پذیرش آهسته در بریتانیا
مالکوم نیوتن معتقد است که قیمت، دلیل اصلی پذیرش کُندِ پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت در بریتانیا بوده است، اما او انتظار دارد که در صورت تولید بیشتر، قیمت این محصول کاهش بیابد. در حالی که قیمت فولاد در حال افزایش است، بازالت تا حدودی ثابت مانده است و اکنون قیمت آن تقریباً با فولاد قابل مقایسه است.
نیوتن میگوید: « تا مدتها هیچکس به استفاده از جایگزینهایی برای فولاد فکر نمیکرد، زیرا فولاد ارزان بود و استفاده آسانی داشت.»
همچنین طبق گفته نیوتن هیچ استاندارد اروپایی برای پلیمرهای تقویت شده با الیاف، از هر نوعی، از جمله میلگرد بازالتی وجود ندارد، زیرا آزمایشات انجام شده محدودی وجود دارد و این صنعت طبق تعریف "محافظه کارانه" است. در نتیجه مهندسان تمایلی به استفاده از میلگرد بازالتی ندارند.
نیوتن می گوید: «با این حال، مهندسان سازه شرکت Bastech به کمک آزمایش های که انجام داده اند قادر به ارائه طرح هستند. مهندسان ما با ترکیبی از آزمایشها و محاسبات انجام شده در آزمایشگاههای ما ، میتوانند طرحهای قابل قبولی با استانداردهای اروپایی ارائه کنند و مهمتر از آن امکان پرداخت غرامت حرفهای را برای طراحان فراهم کنند.»
پلِ تامپسون
این پل یکی از پروژه های بریتانیا است که مزایای استفاده از بازالت را به نمایش گذاشته است و با تجزیه و تحلیل طولانی مدت از آن حمایت شده است. عرشه پل تامپسون، پل جاده ای در ایرلند شمالی که در سال 2011 افتتاح شد، با استفاده از پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت به جای آرماتور فولادی ساخته شد. این پروژه توسط تیمی از دانشکده برنامه ریزی، معماری و مهندسی عمران دانشگاه کوئینز بلفاست انجام شد ، و توسط وزارت حمل و نقل تامین مالی شد.
سو تیلور، رئیس گروه زیرساختهای هوشمند و پایدار دانشگاه کوئینز، میگوید که تیم او با استفاده از کابلهای فیبر نوری که در پل تعبیه شده است، وضعیت آن را زیر نظر گرفتهاند. این کابل ها قبل از غوطه ور شدن در رزین در میان رشته های الیاف بازالت قرار گرفته اند ، کاری که انجام آن با فولاد غیرممکن است زیرا تولید گرمای رزین بسیار زیاد است.
تیلور می گوید: «این یافته ها بهتر از انتظار ما بوده است. سطح تغییر شکل، در پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت به طور مداوم پایین باقی مانده است. او میافزاید که تغییر شکل های اندازهگیری شده تحت ترافیک فعال روی پل نیز بسیار کمتر از تغییرشکل های پیش بینی شده توسط آزمایش های بار استاتیکی دشوار تر بوده است.
محک زدن بازالت در پروژه های موقتی
شرکت ساختوساز اسکانسکا میلگرد بازالت را که تاکنون فقط در کارهای موقتی استفاده شده بود، مورد آزمایش قرار داد. این شرکت با همکاری بزرگراه های ملی از بازالت در یک جاده دسترسی محلیِ موقت ، به عنوان بخشی از * پروژهCostain Strabag JV به صورت آزمایشی استفاده کرد . شرکت اسکانسکا در دیوار راهنماهای موقتی برای دیوارهای دیافراگمی در پروژه خط راه آهن سریع السیر (HS2)در انگلستان از بازالت استفاده کرده است.
(*Costain Strabag JV : پروژه ایجاد تونل و خط راه آهن سریع السیر در لندن )
برای آزمایش در بزرگراه های ملی ، شرکت اسکانسکا با استفاده از ترکیب های مختلف تخته های بتنی، یک جاده موقتی ساخت که از طریق 6 محل اتصال به آزادراه M42 دسترسی دارد. در این پروژه موقتی پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت در ترکیب با بتن سنتی و بتن کم کربن، در مقایسه با فولاد در شرایط مشابه، آزمایش شد.
پل کول، مهندس ارشد و رئیس پروژه های آزمایشی شرکت اسکانسکا توضیح می دهد:
"ترکیب بتن کم کربن با الیاف بازالت تقویت شده نوآوری بود که قبلا انجام نشده بود."
در طول این دوره آزمایشی، تخته های مختلف در این جاده دسترسی محلیِ موقت، از نظر مقاومت خمشی، مقاومت در برابر ترک برداشتن و کشش کنترل شدند. طبق گفته کول، در همه موارد، تخته های پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت بهتر از انتظار عمل کردند و نتایج قابل توجه و قابل مقایسه ای را در کنار تخته های تقویت شده با فولاد به دست آوردند.
از نظر مقاومت در برابر ترک برداشتن، تخته های پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت تحت فشار اعمال شده بهتر از تخته های تقویتشده فولادی مقاومت کردند. بتن مسلح ساخته شده از پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت با بتن سنتی به حداکثر مقاومت 141.5کیلو نیوتون و با بتن کم کربن به مقاومت 106.1کیلو نیوتون رسید، در حالی که بتن مسلح ساخته شده با فولاد با بتن سنتی به مقاومت 110.1کیلو نیوتون و و با بتن کم کربن به مقاومت 97.5کیلو نیوتون رسید.
ترکیب بتن کم کربن با الیاف بازالت، نوآوری بود که قبلا انجام نشده بود.
این نتایج برای کول تعجب آور بود. وی می گوید که این موردی است که او بیشتر از همه نگران آن بوده است. فولاد یک محصول همگن است، اما الیاف بازالت اینطور نیست و همه رشتهها در یک جهت قرار گرفته اند. اگر سعی کنید آن را بیرون بکشید، دو برابر قوی تر است، اما اگر سعی کنید آن را برش دهید، عملکرد کمتری نسبت به فولاد دارد." در حالی که نتایج مقاومت در برابر ترک برداشتن در مورد بازالت "درخشان" است، کول می خواهد آزمایش های بیشتری در این زمینه انجام دهد.
استفاده از بازالت بر روی دیوار راهنماهای پروژه خط راه آهن سریع السیر (HS2)در انگلستان مزایای دیگری را نشان داد. دئون لوو مدیر پروژه شرکت اسکانسکا توضیح می دهد: "شما برای بریدن میلگردهای بازالت نیازی به تهیه *مجوز کار گرم ندارید، زیرا مانند بریدن سنگ است و هیچ جرقه ای به همراه ندارد."
(*مجوز کار گرم : مجوزی است که در برخی کشورها و در برخی از کارگاه ها برای انجام کارهایی گرم مثل جوشکاری، لحیم کاری، برشريال سنگ زنی و سوراخ کاری در حضور مواد قابل اشتعال که می تواند خطر آتش سوزی را به همراه داشته باشد، مورد نیاز است.)
لوو و کول می گویند که آرماتور بازالتی هم برای کارگران سایت و هم برای افزایش سرعت و کارایی سودمند است، زیرا تقویت کننده بازالت بسیار سبک تر از مواد مشابه است.
لوو میگوید که دیوارهای راهنما در نیمی از زمان تعیین شده تمام شدند، زیرا میلههای بازالت را میتوان با دست ، بلند کرد.
مزایای بالقوه زیادی برای استفاده از پلیمر تقویت شده با الیاف بازالت وجود دارد و طرح پل تامپسون در دراز مدت این موضوع را ثابت کرده است. با این وجود، آزمایشات بیشتری مورد نیاز است تا این ماده بتواند به اندازه فولاد در بریتانیا مصرف شود.
مطالب مرتبط
افراد دارای مهارت در این زمینه
در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .