مقاوم سازی سازه با استفاده از الیاف های کربنی
زمانی که صحبت از مقاوم سازی سازه و بهسازی لرزه ای ساختمان و یا پل ها می شود، نمی توان کتمان کرد که یکی از بهترین و کم هزینه ترین راهکارها، استفاده از الیاف کربن است و حتی جایگاه ویژه ای در این زمینه دارد. این ماده فوق سبک (که در واقع بسیار سبک تر از فولاد است)، در حد یک محصول ابر قهرمان، مستحکم است. در واقع، چیزی در حدود 5 برابر مستحکم تر از فولاد است. علاوه بر این، استفاده از این ماده موجب کاهش تعداد نیروی کار و تجهیزات مورد نیاز برای اجرای پروژه نیز می شود و این تنها، شروع یک لیست طولانی از مزایای سیستم های تقویت کننده مبتنی بر کامپوزیت های فیبر کربن است!
اما مسئله مهم اینجاست که “آیا این فیبرهای کربن که در مقاوم سازی سازه استفاده می شوند، ماده ای قابل بازیافت و سازگار با محیط زیست هستند؟”
آیا الیاف و فیبرهای کربن، ماده ای سبز هستند؟
هم بله و هم خیر!
فیبر و الیاف کربن در اشکال مختلفی وجود دارد. برخی از آنها دوام و پایداری بیشتری دارند و در نتیجه استفاده مجدد و بازیافت آنها سخت تر است. با این وجود، برخی از انواع خاصی از فیبرهای کربن، نسبت به بقیه سبزتر هستند. استفاده از فیبرهای کربن سبز که در واقع کم کربن هستند باعث می شود که رد پا و اثر کربن باقی مانده در پروژه ها کمترین مقدار باشد و ضرری برای محیط زیست نداشته باشد.
یکی از معروف ترین انواع الیاف های کربن که در واقع به عنوان ماده سبز در نظر گرفته می شود، الیاف کربن بر پایه لیگنین است. در حقیقت این محصول، بر پایه یک منبع گیاهی طبیعی با محتوای کربن 50 تا 71% کربن است. بنابراین، این موضوع کاملا منطقی است که الیاف کربن بر پایه لیگنین قابل بازیافت باشد چرا که از منابع طبیعی موجود در دیواره های سلولی گیاهان تولید شده است.
در میان انواع مواد مقاوم سازی سازه، الیاف کربن بر پایه لیگنین به دلیل قابلیت بازیافت سبز و استحکام کششی بالا، بیشتر مورد استقبال قرار گرفته اند. در عین حال، این محصول به حداقل کار مکانیکی نیاز دارد و از آنجایی که این نوع الیاف های کربنی، هدایت حرارتی پایین و مقاومت به حرارت بالایی نیز دارند، عموما در کاربردهایی با هزینه پایین تر، استفاده می شوند.
آیا الیاف کربن زیست تخریب پذیر است؟
ویژگی زیست تخریب پذیری، به موادی اطلاق می شود که 60 تا 90 درصد آن، توسط موجودات زنده در طی 2 تا 6 ماه، به عناصر سازنده تجزیه شود. واقعیت این است که در حال حاضر الیاف کربن زیست تخریب پذیر نیستند و زیست تخریب پذیر نبودن آن ها نیز به دلیل طویل بودن زنجیره مولکولی و پیوندهای قوی مونومری بین اجزای آن است و این مسئله موجب می شود تجزیه آنها توسط موجودات زنده به سختی انجام شود.
از سوی دیگر، به دلیل استفاده الیاف کربنی در کاربردهای مقاوم سازی سازه به صورت کامپوزیتی، موجب می شود بازیافت و استفاده مجدد از آن ها دشوار باشد. خصوصا اینکه حتی نمی توان آن ها را ذوب کرد و از ضایعات آن برای ساخت محصولات دیگر استفاده نمود.
به هر حال، به دلیل طول عمر الیاف کربن که حداقل 50 سال است، پروژه های مقاوم سازی سازه نیازی به بازبینی مکرر و مداوم ندارند. که این مسئله به نوبه خود، موجب صرفه جویی در بازیافت و حتی عدم نیاز به تعویض مداوم مصالح می شود.
درست است که الیاف کربن زیست تخریب پذیر نیستند، اما برخی از مواد رزینی مورد استفاده در کامپوزیت الیاف کربن، جز مواد پلیمری زیست تخریب پذیر هستند. برخی از انواع پلی استرها و پلی وینیل ها که از مواد پتروشیمی تولید می شوند، زیست تخریب پذیر بوده و در نتیجه، امکان تخریب پارچه کربن زودتر از موعد و پیش از طول عمر آنها، زیاد است.
آیا الیاف کربن قابل بازیافت هستند؟
بستر پلیمری کامپوزیت الیاف کربنی مورد استفاده در مقاوم سازی سازه، به صورت لاستیک شبکه ای بوده و در نتیجه امکان ذوب و جداسازی آن بسیار سخت و تقریبا غیر ممکن است.
اما در برخی از منابع تحقیقاتی اشاره شده است که می توان این کامپوزیت ها را توسط فرآیندی موسوم به پیرولیز بازیافت نمود. در این فرایند، از حرارت بالا برای سوزاندن رزین موجود، استفاده می شود. البته این را هم باید بدانید که در طی این فرایند ممکن است فیبرهای کربن آسیب ببینند و یا مواد رزین دیگر قابل استفاده نباشند.
اما چیزی که مسلم است، اگر بخواهید فیبرها و الیاف کربن را به طور کلی دور بریزید، ابتدا باید آنها را آسیاب کنید و یا آن ها را با استفاده از دمای بسیار بالا بشکنید و سپس منهدم شان نمایید.
در مجموع، از طریق سه روش می توان الیاف کربن را بازیافت نمود: روش های مکانیکی، شیمیایی و حرارتی. در میان این روش ها، روش حرارتی در مقیاس صنعتی انجام می شود و مقرون به صرفه تر است اما در فرایندهای بازیافت شیمیایی، تا حد زیادی کیفیت الیاف حفظ شده و سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند.
آیا الیاف و پارچه کربن برای محیط زیست مضر است؟
وقتی می گوییم ماده ای برای محیط زیست مضر است، در واقع در مورد میزان انتشار گاز CO2 در طول فرایند تولید آن ماده، صحبت می کنیم. برای تولید الیاف کربن، انرژی زیادی مصرف می شود که عمدتا صرف فرایندهای اکسیداسیون، کربونیزاسیون و گرافیتاسیون می شود. درست است که نمی توانیم میزان انرژی مورد نیاز برای تولید این ماده شگفت انگیز را تغییر دهیم، اما می توانیم نوع انرژی مورد استفاده را کنترل کنیم.
در اینجا نمی خواهیم یک واحد درس علمی در زمینه تولید انرژی برای شما ارائه دهیم، پس تنها به این اکتفا می کنیم که انرژی های تجدیدپذیر مانند نیروی آبی و بادی، راه و آینده بسیار روشنی در تولید الیاف کربن خواهند داشت. اگر از انرژی های تجدیدناپذیر برای تولید فیبرهای کربن استفاده شود، انتشار CO2 تولید شده برای محیط زیست مضر خواهد بود.
در نهایت، در پاسخ به این سوال که: “الیاف کربن چه اندازه با محیط زیست سازگاری دارند؟” باید بگوییم که:
دقیقا مانند اغلب موادی که به دلیل طولانی بودن فرایند تولیدشان، تاثیر گسترده و متنوعی بر محیط زیست خواهند داشت، فیبر و الیاف کربن نیز پتانسیل تاثیرگذاری بر روی محیط زیست را دارد و به علاوه، الیاف کربن می تواند بیش از 50 سال دوام بیاورد که این موضوع از یک سو به نفع محیط زیست بوده و نیاز به بازیافت مکرر و سریع را کاهش می دهد. اما از سوی دیگر، عمر طولانی ضایعات آن می تواند خطرات زیادی برای محیط زیست به همراه داشته باشد.
و اما وظیفه شما به عنوان مصرف کننده این است که در انتخاب تامین کننده الیاف کربن دقیق تر عمل کرده و پیمانکارهای متخصصی را برای مقاوم سازی سازه هایتان برگزینید که با چالش های سازگاری الیاف کربن با محیط زیست آشنا باشند!
