الاستخدام التآزري لمسحوق الزجاج النفاياتي لإنشاء خرسانة منخفضة القلوية ومقاومة للحريق

تحويل الزجاج المهمل إلى مبانٍ أقوى

كل عام تتكدس جبال من زجاج القوارير والبرطمانات كنفايات، في حين تظل العديد من المباني الخرسانية عرضة للحرائق الشديدة وتتحمل بصمة كربونية كبيرة. تستكشف هذه الدراسة طريقة لمعالجة هاتين المشكلتين معاً: طحن الزجاج النفاياتي إلى مسحوق واستخدامه لصنع نوع جديد من الخرسانة ليس فقط أقوى، بل أقدر أيضاً على مقاومة الحرارة الشديدة، مع تقليل المواد الكيميائية والطاقة المطلوبة تقليدياً.

لماذا ينهار الخرسانة العادية عند الحريق

الخرسانة المستخدمة في معظم المباني تعتمد على أسمنت البورتلان العادي، وهو مادة يؤدي تصنيعها إلى انبعاث كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون. في ظروف الحريق، يمكن أن تتشقق هذه الخرسانة التقليدية وتفقد قوتها وحتى تنهار، مما يهدد سلامة المنشآت والأشخاص. طوّر المهندسون مواد رابطة بديلة تستبدل الأسمنت بمنتجات ثانوية صناعية مثل رماد الفحم وحديد الفرن من صناعة الصلب. عندما تُنشَّط هذه المساحيق بمحاليل قلوية، تشكل خرسانة منشّطة بالقلويات، التي أظهرت أداءً أفضل عند درجات حرارة عالية مقارنة بالخرسانة التقليدية، لكنها لا تزال لها حدود وقد تتطلب جرعات مرتفعة من المواد القلوية القاسية.

كيف يدخل الزجاج النفاياتي في المعادلة

تركز الدراسة على مسحوق الزجاج النفاياتي المطحون ناعماً كمكوّن ثالث في هذه الخرسانة البديلة. يحتوي الزجاج على شكل غني من السيليكا الذي يتفاعل بسهولة في البيئة القلوية، مما يساعد على ربط الجسيمات الأخرى معاً في شبكة داخلية أكثر إحكاماً. عدّل الباحثون بشكل منهجي نسبة استبدال مسحوق الزجاج لرماد الفحم أو الخبث، ومقدار هيدروكسيد الصوديوم (قاعدة شائعة) اللازم. ثم صبّوا مكعبات خرسانية وعرضوها لدرجات حرارة من درجة الغرفة حتى 1000 °م شديدة السخونة، وقيَّموا مقدار القوة التي احتفظت بها العينات وكيف تشوّهت تحت التحميل.

البحث عن النقطة المثلى للقوة والحرارة

من بين خمسة خلطات رئيسية، برزت خليط واحد: مزيج تم فيه استبدال 25% من رماد الفحم بمسحوق الزجاج النفاياتي مع إبقاء محتوى الخبث دون تغيير. هذا المزيج، المسمى M3C5 في الدراسة، حقق مقاومة ضغط مثيرة للإعجاب بحوالي 69 ميغاباسكال عند درجة الحرارة العادية—وهو أعلى بكثير من أفضل خليط ضابط خالٍ من الأسمنت ولم يستخدم الزجاج. والأهم من ذلك، أن المزيج المعتمد على الزجاج حقق هذا الأداء باستخدام 8% فقط من هيدروكسيد الصوديوم، بينما احتاج الخليط الضابط إلى 10% ليقترب منه. عند التسخين إلى 1000 °م، احتفظت الخرسانة المحسّنة بالزجاج بأكثر من 40% من قوتها الأصلية، متفوقة على الخليط الضابط، وأظهرت قدرة أفضل على التشوّه دون انكسار مفاجئ—وهي صفة ذات قيمة في سيناريوهات الحريق حيث تُدفع المنشآت إلى حدودها.

نظرة داخل الخرسانة الجديدة

لفهم سبب سلوك الخرسانة المملوءة بالزجاج بهذه الصورة الإيجابية، قام الباحثون بتكبير بنيتها الداخلية باستخدام المجاهر وتقنيات الأشعة السينية. في الخليط الضابط، وجدوا بقعاً من رماد الفحم غير المتفاعل وهلام ربط أكثر تفاوتاً ومساماتية يربط الحبيبات معاً. بالمقابل، أظهر المزيج المحتوي على مسحوق الزجاج مصفوفة أكثر كثافة وتجانساً، مع فراغات أقل واتصال أفضل بين الجسيمات. شجّع الزجاج عالي السيليكا تكوّن هلامات متشابكة وقوية قاومت التشقق وقللت من مقدار الماء والمواد التي تحرقت أثناء التسخين. ونتيجة لذلك، فقدت العينات المحتوية على الزجاج كتلة أقل وظهرت عليها تشققات سطحية أقل مع ارتفاع درجات الحرارة.

ماذا يعني هذا لمبانٍ المستقبل

لغير المتخصصين، الخلاصة بسيطة ومباشرة: يمكن للمسحوق الناعم من الزجاج المهدور أن يساعد في إنشاء نوع جديد من الخرسانة يكون أقوى، وأكثر ثباتاً في الحرارة الشديدة، ويستخدم منشطاً كيميائياً أقل قسوة. بتحويل القوارير المتروكة إلى جزء من بنية المباني المقاومة للحريق، يدعم هذا النهج اقتصاداً دائرياً، ويقلل العبء البيئي لكل من إنتاج الأسمنت والتخلص من الزجاج، ويشير إلى مدن أكثر أماناً واستدامة.

الاستشهاد: Deepti, Y., Kumar, S., Bandyopadhyay, A. et al. Synergic utilization of waste glass powder for fire-resilient and low alkali-activated concrete. Sci Rep 16, 4989 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35338-3

الكلمات المفتاحية: خرسانة من زجاج نفايات, مواد مقاومة للحريق, بناء منخفض الكربون, خرسانة منشّطة بالقلويات, اقتصاد دائري