بر اساس آمار انجمن جهانی سیمان و بتن (GCCA) بتن به یک مصالح ساختمانی پرکاربرد تبدیل شده است و مصرف جهانی بتن در سال ۲۰۲۰ حدود ۱۴ میلیارد متر مکعب تخمین زده می شود. [۱]. سنگدانه ها در بتن جزء ضروری هستند و تقریباً ۷۵ درصد حجم کل را تشکیل می دهند و نسبت سنگدانه ریز به درشت معمولاً تقریباً ۲:۳ است. در حال حاضر، انتشار گازهای گلخانه ای حاصل از استخراج سنگدانه های طبیعی حدود ۱ درصد از کل انتشارات تولید بتن را تشکیل می دهد. [۲]. علاوه بر این، استفاده رایج از انفجار در این فرآیند استخراج به عنوان یک منبع مهم آلودگی محیطی و تخریب پوشش گیاهی شناخته شده است که منجر به اثرات غیر قابل برگشت بر اکولوژی و محیط زیست می شود. [۳]. در پاسخ به این نگرانی های زیست محیطی، محققان در حال بررسی مواد جایگزین برای جایگزینی سنگدانه های طبیعی در تولید بتن هستند. این جایگزین ها طیف وسیعی از مواد بازیافتی مانند زباله های قالب ریخته گری را در بر می گیرد [۴,۵,۶,۷]، ضایعات شیشه ای [۸,۹,۱۰]، زباله های پلاستیکی [۱۱,۱۲]، خاکستر بادی [۱۳,۱۴]، ضایعات لاستیک [۱۵,۱۶]ضایعات ساختمانی و تخریب (CDW) [3,17,18,19,20]، و غیره.

در بخش ساخت و ساز، CDW ها در طول مراحل ساخت و ساز و تخریب ساختمان ها تولید می شوند. سه کشور یا منطقه اصلی تولید کننده CDW شامل چین است که تقریباً ۲٫۳ میلیارد تن در سال تولید می کند. [۲۱]، ایالات متحده با تولید ۶۰۰ میلیون تن در سال ۲۰۱۸ [۲۲]و ۲۸ کشور اتحادیه اروپا، مجموعا ۸۰۷ میلیون تن در سال ۲۰۲۰ [۲۲]، به ترتیب. CDW ها عمدتاً از بتن، ملات، سرامیک، آجر، فلز، پلاستیک و غیره تشکیل شده اند. با جستجوی کلمات کلیدی “ضایعات ساختمانی و تخریب” از طریق پایگاه داده اسکوپوس، در مجموع ۵۷۷۹ مقاله از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ منتشر شده است. [۲۳]. همانطور که در نشان داده شده است شکل ۱مطالعات در مورد “ضایعات ساخت و ساز و تخریب” عمدتاً بر عملکرد مواد با CDW و مدیریت زباله متمرکز است. برخی از مطالعات مربوط به یک نوع CDW وجود دارد. که در شکل ۲مشاهده می شود که کشوری که بیشترین مقاله را در مورد CDW منتشر کرده است چین است و پس از آن استرالیا، اسپانیا، انگلیس و پرتغال و غیره قرار دارند. این امر اساساً با خروجی CDW در این کشورها ارتباط مثبت دارد. با این حال، از منظر نرخ استفاده از منابع CDW، نرخ استفاده از منابع CDW در کشورهای توسعه یافته بالاتر است. همانطور که مشاهده می شود در شکل ۱کشورهای در حال توسعه مانند چین و هند به تحقیق در مورد CDW برای بهبود میزان استفاده از منابع CDW توجه کرده اند.

به طور کلی، CDW ها به عنوان زباله جامد بی اثر در نظر گرفته می شوند و می توانند در بتن استفاده شوند [۳,۲۴,۲۵,۲۶,۲۷]، خمپاره [۲۸,۲۹,۳۰]، آجر [۳۱,۳۲]، بلوک ها [۳۳,۳۴]، محوطه سازی کوهستان [۳۵]و غیره، با توجه به توزیع اندازه های مختلف CDW. علاوه بر این، مقداری زباله شیشه [۳۶,۳۷] و زباله های پلاستیکی [۳۸,۳۹] در بتن استفاده شده است. ژانگ و همکاران [۴۰] وضعیت CDW ها را در چین مطالعه کرد. CDW ها می توانند ۷٫۵ میلیارد متر حجم را اشغال کنند^۳و ارزش بازیافت بالقوه CDW ها تا ۴۰۱ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۳ بود. علاوه بر این، استفاده از CDW ها به عنوان جایگزینی برای سنگدانه های طبیعی برای ساخت و ساز بتن می تواند ۱۰ تا ۲۰ درصد از هزینه مصالح را صرفه جویی کند. بنابراین، مدیریت موثر و استفاده مجدد از این حجم قابل توجهی از CDW ها ضروری است. به طور همزمان، محققان تلاش های خود را به سمت افزایش عملکرد بتن و کاهش هزینه ها از طریق گنجاندن CDWs در ساخت و ساز هدایت می کنند. به عنوان مثال، آلالی و همکاران. [۴۱] مطالعه ای بر روی کاربرد ۶۰ درصد سنگدانه بتن بازیافتی (با اندازه ۴٫۷۵-۱۹ میلی متر) و ۴۰ درصد ماسه (با اندازه ۰-۲٫۳۶ میلی متر) به عنوان ماده زیربنای جاده ها انجام داد. در زمینه مرتبط، جیا و همکاران. [۳] از تخلخل CDW ها استفاده کرد و یک بتن حرارتی با ضایعات تخریب، با محدوده اندازه ۴ تا ۱۰ میلی متر و پارافین ایجاد کرد. ادغام زباله های تخریب نه تنها به نگرانی های زیست محیطی مرتبط با CDW ها می پردازد، بلکه به توسعه مواد نوآورانه نیز کمک می کند. گونئیسی و همکاران [۴۲] خواص رئولوژیکی و تازه بتن را با ترکیب سنگدانه های درشت و ریز بازیافتی مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان داد که با استفاده از سنگدانه های درشت بازیافتی، اسلامپ بتن کاهش می یابد. بر اساس محتویات مختلف سنگدانه درشت، به ترتیب ۲۵%، ۵۰%، ۷۵% و ۱۰۰% ریزدانه برای جایگزینی ماسه رودخانه اضافه شد و اسلامپ بتن افزایش یافت. علاوه بر این، در طی فرآیند بازیافت CDW، سنگدانه هایی با اندازه ذرات مختلف تولید می شوند. سینگ و همکاران [۲۵] و مشاوره ویبو [۴۳] خاطرنشان کرد که یک پایه فنی و صنعتی تثبیت شده در حوزه سنگدانه های درشت بازیافتی به دست آمده است. با این حال، کمبود فن آوری برای بخش های ریز بازیافتی وجود دارد که بیش از ۴۰ درصد از کل مواد بازیافتی را تشکیل می دهند. اگرچه برخی تحقیقات ثابت کرده اند که بتن بازیافتی می تواند خواص مواد خاصی را هنگام ترکیب مقداری CDW بدست آورد، سنگدانه های بازیافتی معمولاً از نظر خواص مواد بتن خود از سنگدانه های طبیعی پایین تر هستند. در حال حاضر مطالعاتی از جمله مطالعات پارامتری و عددی با مطالعات تجربی برای بررسی علت بدتر بودن عملکرد سنگدانه بازیافتی نسبت به سنگدانه طبیعی انجام شده است. [۴۴,۴۵]و رابطه بین خواص CDWs و مواد بتن بازیافتی ایجاد شده است. ژانگ و همکاران [۴۶] یک پارامتر واسط یکپارچه را پیشنهاد کرد تا نشان دهد که چرا بتن بازیافتی در مقیاس ریز و درشت نسبت به بتن طبیعی پایین‌تر است و ویژگی‌های رابط و خواص مواد کلان را به هم متصل می‌کند. علاوه بر این، گونگ و همکاران. [۴۷] همچنین یک تحلیل گسسته در مقیاس متوسط ​​از خواص مکانیکی سنگدانه های بازیافتی انجام داد و یک مدل تجربی برای پیش بینی مقاومت فشاری بتن سنگدانه بازیافتی با استفاده از پایگاه داده نتایج شبیه سازی به دست آمده توسط RBSM پیشنهاد کرد. علاوه بر مطالعات فوق، فناوری های هوشمند جدیدی برای تحقیق در مورد عملکرد بتن بازیافتی به کار گرفته شده است. وانگ و همکاران [۴۸] به طور سیستماتیک کاربرد و قابلیت اطمینان فناوری های هوش مصنوعی در زمینه خواص بتن پایدار را بررسی کرد و دریافت که فناوری هوش مصنوعی می تواند به طور موثر طرح های مخلوط، خواص استاتیک و دوام بتن پایدار را ارزیابی کند. دلیل این امر این است که توانایی پردازش غیرخطی قوی تری دارد. با این حال، برای پیش بینی دقیق عملکرد بتن در آینده، به پیشرفت بیشتری نیاز است.

علاوه بر این، محققان متعددی انواع مختلف سنگدانه های مورد استفاده در بتن را مورد مطالعه قرار داده اند. به عنوان مثال، جیا و همکاران. [۴] جایگزینی سنگدانه سبک با ضایعات قالب ریخته گری در بتن را بررسی کرد. نتایج نشان داد که عملکرد مکانیکی و دوام بتن سبک بهبود یافته است. اومودینگ و همکاران [۹] اثر استفاده از ضایعات شیشه ای بازیافتی را به عنوان یک سنگدانه درشت بر روی بتن مطالعه کرد. نتایج تجربی نشان داد که زمانی که جایگزینی سنگدانه درشت با ضایعات شیشه ای بازیافتی کمتر از ۲۵ درصد بود، مقاومت سایشی بتن تحت تأثیر قرار نگرفت و بتن تولید شده با ضایعات ۱۰۰ درصدی بازیافتی، همان مقاومت سایشی را داشت. بتن با سنگدانه درشت ۱۰۰% سنگ آهک خرد شده ترکیب شده است. باشا و همکاران [۱۲] امکان استفاده از زباله های پلاستیکی بازیافتی را به عنوان جایگزینی برای سنگدانه های طبیعی در بتن ارزیابی کرد. آنها یک بتن سبک با وزن واحد ۱۵۰۰ کیلوگرم بر متر توسعه دادند^۳ و مقاومت فشاری ۱۷ مگاپاسکال با استفاده از ۱۰۰% سنگدانه پلاستیکی بازیافتی، و آنها دریافتند که مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته و استحکام پیوند بتن RPA با افزایش مقدار RPA کاهش می‌یابد. کاظمی و همکاران [۱۵] با اتخاذ رویکرد فشرده‌سازی جدید، بتن‌هایی را که دارای لاستیک لاستیک‌های ضایعاتی و سنگدانه‌های بازیافتی بود، مطالعه کرد. نتایج نشان داد که مقاومت فشاری و مدول الاستیک RAC فشرده و RAC تیمار شده حاوی ۱۰-۲۰٪ CR نزدیک به بتن سنتی بدون CR است.

علاوه بر این، محمد و همکاران. [۴۹] بررسی خواص بلوک های بتنی که از ضایعات مختلف کشاورزی به عنوان جایگزین ماسه در مناطق روستایی هند استفاده می کنند. آنها کشف کردند که بلوک های سیمانی حاوی پوسته نارگیل و پوست پسته استحکام و دوام قابل قبولی از خود نشان می دهند. ساثویک و همکاران [۵۰] اثرات یک فعال کننده قلیایی بر واکنش خاکستر بادی و عملکرد بتن ژئوپلیمری را بررسی کرد. نتایج نشان داد که با افزایش دمای پخت و غلظت محلول قلیایی، مقاومت فشاری بتن ژئوپلیمری مخلوط با خاکستر بادی همچنان افزایش می‌یابد. محمد و همکاران [۵۱] عملکرد مکانیکی بتن پس از آتش سوزی را با ادغام ضایعات EPS مطالعه کرد. نتایج نشان داد که بتن حاوی نسبت های مختلف EPS دارای مقاومت فشاری پس از آتش سوزی در مقایسه با بتن سنتی است. علاوه بر این، مطالعاتی نیز در مورد جایگزینی مواد سیمانی انجام شده است [۵۲]. محمد و همکاران [۵۳] ثابت کرد که بتن ژئوپلیمری مبتنی بر متاکائولین، که یک جایگزین پایدار فعلی برای سیمان است، می تواند از نانو سیلیس برای بهبود عملکرد مکانیکی خود استفاده کند. آنها دریافتند که GC مبتنی بر متاکائولین (MK) با ترکیب ۶٫۰٪ NS بالاترین خواص مکانیکی را ایجاد می کند.

میز ۱ و جدول ۲ بررسی برخی از آثار در مورد سنگدانه های درشت و ریز بازیافتی مورد استفاده در بتن.