26775

ارزيابي امكان توليد سنگ مصنوعي به همراه تثبيت فلزات سنگين با استفاده از لجن واحد برش سنگ تراورتن و رزينها به عنوان روشي در چهارچوب توسعه پايدار

دكتري تخصصي

مهندسي عمران-مهندسي محيط زيست

1395

1400/12/27

دكتر محسن سعيدي، دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

دكتر سيد سجاد ميرواد، دكتر تيمون رابزويك

مهندسي عمران

توسعه سنگ¬هاي مصنوعي از پسماند، نه تنها باعث كاهش فضاي دفن¬گاه¬ها مي¬شود، بلكه منجر به توليد محصولي با قيمت تمام شده كمتر خواهد شد. مطالعه حاضر، توسعه سنگ¬هاي مصنوعي حاوي پودر و لجن تراورتن، ماسه ريز يا ماسه حاوي فلزات سنگين است كه از لحاظ توسعه پايدار در چهار مرحله بررسي مي¬شود. پودر و لجن سنگ به عنوان پسماند و ماسه حاوي فلزات سنگين، به عنوان پسماند خطرناك در نظر گرفته شده است. هدف اصلي اين مطالعه استفاده مجدد از پسماند سنگي و بررسي تثبيت پسماند خطرناك در توليد سنگ مصنوعي است. درصد هر يك از اجزاي جامد در كل اجزاي جامد، نوع رزين اپوكسي، درصد رزين به كل اجزاي جامد و شرايط عمل¬آوري به عنوان متغير براي تهيه سنگ¬هاي مصنوعي انتخاب شدند و از روش تاگوچي براي طراحي نسبت¬هاي مخلوط استفاده شده است. ابتدا، پس از انجام دادن آزمون¬هاي مكانيكي نسبت مخلوط¬هاي پيشنهادي توسط روش تاگوچي، مقاومت¬هاي مكانيكي نسبت مخلوط¬هاي آزمايش نشده تخمين زده شدند. در ادامه، پنج مدل شامل رگرسيون گام به گام ، تركيب ماشين خالق متغير قوي‌تر ، برنامه‌ريزي بيان ژن ، تركيب SVCM-SBSR و SVCM-GEP، و سيستم استنتاج عصبي-فازي سازگار براي تخمين مقاومت فشاري و خمشي سنگ¬ها استفاده شدند. در مرحله دوم، شش طرح مخلوط¬ برتر از نظر مقاومت مكانيكي، براي آزمايش¬هاي دوام شامل اثر تابش فرابنفش، حمله نمك، دوره¬هاي انجماد-آب شدن و شوك حرارتي تهيه و طبق استاندارد¬¬هاي موجود آزمايش شدند. بررسي تغييرات در رنگ، تخلخل و تصويربرداري ميكروسكوپي سنگ¬ها قبل و بعد از آزمون¬هاي دوام انجام شد. در مرحله سوم، به جاي ماسه در نمونه¬ها، از ماسه خطرناك استفاده شد و تحت آزمايش¬هاي فشاري و دوام ارزيابي شدند. روش شستشوي مشخصه سميت ايالات متحده و DIN38414-S4 براي ارزيابي انتشار فلزات سنگين در شرايط بارندگي و محيط اسيدي مانند خاك استفاده شد. در مرحله چهارم، براي انتخاب بين سنگ‌ها از نظر توسعه پايدار از دو روش تحليل تصميم‌گيري چند معياره ، روش ترجيح براساس مشابهت به راه‌حل ايده‌آل و روش اثر اعمالي شدت تغييرات در هر شاخص استفاده شد. نمونه¬هايي كه در آنها از رزين اپوكسي 557 استفاده شد، انعطاف پذيرتر هستند. سنگ ساخته شده از 90% پودرسنگ و 10% لجن سنگ با 30% اپوكسي 828 و دماي عمل آوري 60 درجه با مقاومت فشاري و خمشي 28/67 و 68/60 مگاپاسكال و تغيير رنگ 09/2 و 26/1در برابر حمله نمك و اشعه فرابنفش و با جذب آب 26/0 و 11/0 درصد در برابر 60 دوره انجماد-آب شدگي و شوك حرارتي بهترين نمونه مرحله اول و دوم بوده است. روش ANFIS و SVCM-GEP عملكرد بهتري براي تخمين مقاومت مكانيكي سنگ¬ها را دارند. سنگ حاوي 10% پسماند خطرناك، 90% پودر سنگ و 25% اپوكسي رزين 828 نسبت به ذرات جامد و عمل آوري شده در دماي 25 سانتي¬گراد، بهترين عملكرد را در بين سنگ¬هاي مصنوعي مرحله سوم دارد. اين سنگ مقاومت فشاري 3/39 مگاپاسكال دارد و تغييرات رنگ آن به ترتيب 02/3 و 59/1 بعد 60 سيكل حمله نمك و بعد تابش فرابنفش را بود. بر طبق ارزيابي توسعه پايدار، تمام 10 طرح مخلوط منتخب در مرحله دوم و سوم عملكرد مكانيكي و دوام بهتري نسبت به سنگ تراورتن دارند. همچنين استفاده از تراورتن طبيعي بهبود يافته با رزين اپوكسي به عنوان بدترين گزينه انتخاب شد و سنگ سه فازي ساخته شده با 25 درصد ماسه خطرناك و 20 درصد اپوكسي رزين 557 و عمل آوري 60 درجه به عنوان بهترين نسبت مخلوط انتخاب شد كه در آن 5/312 كيلوگرم بر متر مكعب از لجن تراورتن و از 25/31 كيلوگرم بر متر مكعب پسماند خطرناك استفاده شده است. در نتيجه، 69/199 دلار در متر مكعب به دليل اجتناب از فرآيند جامدسازي و تثبيت با سيمان براي استفاده از طرح مخلوط صرفه جويي مي¬شود.

1401/04/31

Assessment of artificial stone production and heavy metals stabilization using travertine stone sawing sludge and resins as a sustainable method

3/18/2023 12:00:00 AM

توسعه سنگ¬هاي مصنوعي از پسماند، نه تنها باعث كاهش فضاي دفن¬گاه¬ها مي¬شود، بلكه منجر به توليد محصولي با قيمت تمام شده كمتر خواهد شد. مطالعه حاضر، توسعه سنگ¬هاي مصنوعي حاوي پودر و لجن تراورتن، ماسه ريز يا ماسه حاوي فلزات سنگين است كه از لحاظ توسعه پايدار در چهار مرحله بررسي مي¬شود. پودر و لجن سنگ به عنوان پسماند و ماسه حاوي فلزات سنگين، به عنوان پسماند خطرناك در نظر گرفته شده است. هدف اصلي اين مطالعه استفاده مجدد از پسماند سنگي و بررسي تثبيت پسماند خطرناك در توليد سنگ مصنوعي است. درصد هر يك از اجزاي جامد در كل اجزاي جامد، نوع رزين اپوكسي، درصد رزين به كل اجزاي جامد و شرايط عمل¬آوري به عنوان متغير براي تهيه سنگ¬هاي مصنوعي انتخاب شدند و از روش تاگوچي براي طراحي نسبت¬هاي مخلوط استفاده شده است. ابتدا، پس از انجام دادن آزمون¬هاي مكانيكي نسبت مخلوط¬هاي پيشنهادي توسط روش تاگوچي، مقاومت¬هاي مكانيكي نسبت مخلوط¬هاي آزمايش نشده تخمين زده شدند. در ادامه، پنج مدل شامل رگرسيون گام به گام ، تركيب ماشين خالق متغير قوي‌تر ، برنامه‌ريزي بيان ژن ، تركيب SVCM-SBSR و SVCM-GEP، و سيستم استنتاج عصبي-فازي سازگار براي تخمين مقاومت فشاري و خمشي سنگ¬ها استفاده شدند. در مرحله دوم، شش طرح مخلوط¬ برتر از نظر مقاومت مكانيكي، براي آزمايش¬هاي دوام شامل اثر تابش فرابنفش، حمله نمك، دوره¬هاي انجماد-آب شدن و شوك حرارتي تهيه و طبق استاندارد¬¬هاي موجود آزمايش شدند. بررسي تغييرات در رنگ، تخلخل و تصويربرداري ميكروسكوپي سنگ¬ها قبل و بعد از آزمون¬هاي دوام انجام شد. در مرحله سوم، به جاي ماسه در نمونه¬ها، از ماسه خطرناك استفاده شد و تحت آزمايش¬هاي فشاري و دوام ارزيابي شدند. روش شستشوي مشخصه سميت ايالات متحده و DIN38414-S4 براي ارزيابي انتشار فلزات سنگين در شرايط بارندگي و محيط اسيدي مانند خاك استفاده شد. در مرحله چهارم، براي انتخاب بين سنگ‌ها از نظر توسعه پايدار از دو روش تحليل تصميم‌گيري چند معياره ، روش ترجيح براساس مشابهت به راه‌حل ايده‌آل و روش اثر اعمالي شدت تغييرات در هر شاخص استفاده شد. نمونه¬هايي كه در آنها از رزين اپوكسي 557 استفاده شد، انعطاف پذيرتر هستند. سنگ ساخته شده از 90% پودرسنگ و 10% لجن سنگ با 30% اپوكسي 828 و دماي عمل آوري 60 درجه با مقاومت فشاري و خمشي 28/67 و 68/60 مگاپاسكال و تغيير رنگ 09/2 و 26/1در برابر حمله نمك و اشعه فرابنفش و با جذب آب 26/0 و 11/0 درصد در برابر 60 دوره انجماد-آب شدگي و شوك حرارتي بهترين نمونه مرحله اول و دوم بوده است. روش ANFIS و SVCM-GEP عملكرد بهتري براي تخمين مقاومت مكانيكي سنگ¬ها را دارند. سنگ حاوي 10% پسماند خطرناك، 90% پودر سنگ و 25% اپوكسي رزين 828 نسبت به ذرات جامد و عمل آوري شده در دماي 25 سانتي¬گراد، بهترين عملكرد را در بين سنگ¬هاي مصنوعي مرحله سوم دارد. اين سنگ مقاومت فشاري 3/39 مگاپاسكال دارد و تغييرات رنگ آن به ترتيب 02/3 و 59/1 بعد 60 سيكل حمله نمك و بعد تابش فرابنفش را بود. بر طبق ارزيابي توسعه پايدار، تمام 10 طرح مخلوط منتخب در مرحله دوم و سوم عملكرد مكانيكي و دوام بهتري نسبت به سنگ تراورتن دارند. همچنين استفاده از تراورتن طبيعي بهبود يافته با رزين اپوكسي به عنوان بدترين گزينه انتخاب شد و سنگ سه فازي ساخته شده با 25 درصد ماسه خطرناك و 20 درصد اپوكسي رزين 557 و عمل آوري 60 درجه به عنوان بهترين نسبت مخلوط انتخاب شد كه در آن 5/312 كيلوگرم بر متر مكعب از لجن تراورتن و از 25/31 كيلوگرم بر متر مكعب پسماند خطرناك استفاده شده است. در نتيجه، 69/199 دلار در متر مكعب به دليل اجتناب از فرآيند جامدسازي و تثبيت با سيمان براي استفاده از طرح مخلوط صرفه جويي مي¬شود.

ارزيابي توسعه پايدار , سنگ مصنوعي , پسماند خطرناك , پسماند سنگي , رفتارهاي مكانيكي و دوام