تفاله قهوه، مقاومت بتن را ۳۰ درصد افزایش می‌دهد

محققان دریافتند که جایگزین‌ کردن درصدی از شن و ماسه‌ با تفاله‌های قهوه، استحکام بتن را ۳۰ درصد افزایش می‌دهد. این روش، ضمن کاهش استفاده از منابع طبیعی مانند شن و ماسه، به رویکرد اقتصاد دایره‌ای سبزتر در ساخت‌وساز نیز کمک می‌کند.

به‌گزارش نیواطلس، مقدار کل تفاله‌ی قهوه‌ی مصرف‌شده در جهان (SCG) ۶۰ میلیون تن در سال است و این مقدار، تفاله‌ی قهوه را به فراوان‌ترین پسماند تولیدشده در فرایند تولید این محصول تبدیل می‌کند. به‌طور سنتی سرنوشت تفاله‌های قهوه‌ به محل دفن زباله ختم می‌شود؛ اما اخیراً محققان دانشگاه RMIT کاربرد جدید و در نوع خود منحصربه‌فردی را برای این تفاله‌ها کشف کرده‌اند: ترکیب تفاله‌های قهوه با بتن.

راجیو رویچاند، نویسنده‌ی اصلی مطالعه‌ی اخیر می‌‌گوید: «الهام‌بخش تحقیقات ما، یافتن راهی نوآورانه برای استفاده از مقادیر بالای ضایعات قهوه در پروژه‌های ساختمانی به‌جای فرستادن این ضایعات به محل دفن زباله‌ها بود.»

اندازه‌ی ریز ذرات SCG، این فراورده را به گزینه‌ی پیشنهادی مفیدی در کاربردهای ساختمانی تبدیل کرده است. این موضوع سبب شد تا محققان به فکر آزمایش این پیشنهاد بیفتند. آن‌ها پس از جمع‌آوری تفاله‌های قهوه از کافه‌های مختلف ملبورن استرالیا، آن‌ها را خشک کردند تا رطوبت موجود در این ذرات از بین برود.

پس‌ از خشک‌شدن تفاله‌های قهوه، این مواد آلی در دو دمای مختلف ۳۵۰ یا ۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد حرارت داده شدند. گرمادهی به تفاله‌ها طی فرایندی کم‌انرژی و بدون اکسیژن به‌نام «پیرولیز» و برای تولید بیوچار انجام شد. بیوچار (Biochar) زغالی است که از ضایعات کشاورزی و زیست‌توده‌های گیاهی تهیه می‌شود.

در مرحله‌ی بعد، محققان از دوازده طرح ترکیبی مختلف برای مقایسه‌ی اثرات SCG اصلاح‌نشده، SCG حرارت داده‌شده در دمای ۳۵۰ درجه و SCG گرمادیده در دمای ۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد روی رفتار ریزمکانیکی و ساختاری بتن استفاده کردند. در این مرحله‌، تفاله‌های قهوه‌ در حجم‌های صفر، ۵، ۱۰، ۱۵ و ۲۰ درصد به‌عنوان جایگزینی برای سنگدانه‌های ریز (ماسه‌ی طبیعی) به سیمان معمولی پرتلند افزوده شدند.

بتن تازه، پس از ریخته‌شدن در قالب‌های مخصوص، تکان‌ داده شد تا حفره‌های موجود در آن از بین برود. بتن حاصل قبل از انجام آزمایش‌ مقاومت فشاری و تجزیه‌وتحلیل با کمک پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به‌مدت ۲۴ ساعت در دمای اتاق، قالب‌گیری و عمل‌آوری شد. منظور از مقاومت فشاری، حداکثر فشاری است که یک ماده‌ی جامد، بدون شکستگی می‌تواند تحمل کند.

شانون کیلمارتین، یکی از نویسنده‌های مطالعه‌ی اخیر معتقد است: «صنعت بتن، پتانسیل قابل‌توجهی در کمک به افزایش بازیافت پسماندهای آلی مانند تفاله‌ی قهوه مصرف‌شده دارد.»

روش جدید تولید بتن با استفاده از تفاله‌های قهوه، علاوه‌بر کاهش فضاهای مورد استفاده در محل‌های دفن زباله، به حفظ منابع طبیعی محدود بشر نیز کمک می‌کند؛ چراکه انسان‌ها در سراسر جهان، سالانه در حدود ۴۰ تا ۵۰ میلیارد تن شن و ماسه برای استفاده در ساخت‌وساز استخراج می‌کنند.

به‌عقیده‌ی جی‌ لی (یکی از نویسندگان مطالعه‌ی اخیر) استخراج مداوم شن و ماسه در سراسر جهان از بستر رودخانه‌ها و سواحل، برای پاسخگویی به تقاضاهای روبه‌رشد صنعت ساخت‌وساز، تأثیر بسیار زیادی روی محیط‌زیست برجای می‌گذارد. او می‌گوید: «با رویکرد اقتصاد دایره‌ای می‌توانیم پسماندهای آلی را از محل دفن زباله‌ها دور نگه داریم و منابع طبیعی خود مانند شن و ماسه را نیز بهتر حفظ کنیم.»

محققان قصد دارند آزمایش‌های مکانیکی و دوام طولانی‌مدتی را روی بیوچار قهوه با درجه‌ی حرارت ۳۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد انجام دهند. این آزمایش‌ها با هدف یافتن کاربردهای بالقوه این فراورده در صنعت ساخت‌وساز و بررسی بیشتر تأثیر دماهای مختلف پیرولیزینگ روی عملکرد بیوچار انجام می‌شود.