تحسين مقاومة الصقيع للخرسانة المحتوية على مسحوق مُعاد تدويره بواسطة مواد كيميائية مضافة

تحويل نفايات البناء إلى خرسانة جاهزة للشتاء

تولد المدن سنوياً جبالاً من الخرسانة والآجر المتكسرة الناتجة عن الهدم والتجديد. يُعامل الكثير من هذه الحطام كقمامة مع أنه لا يزال يحتوي على مواد إسمنتية ذات قيمة. في الوقت نفسه، تتآكل الطرق والمباني في المناطق الباردة تحت تأثير دورات التجمد–الذوبان المتكررة، ما يكلّف مليارات في الإصلاحات. تستكشف هذه الدراسة كيف يمكن إعادة استخدام نفايات البناء المطحونة ناعماً، المسماة بالمسحوق المعاد تدويره، بأمان في خرسانة جديدة مع الحفاظ على قدرتها على مقاومة الشتاء القاسي — مقدمة مساراً نحو بنية تحتية أكثر دواماً واستدامة.

من الحطام إلى المسحوق المعاد تدويره

بدلاً من إرسال الخرسانة والبناء القديم إلى مكبات النفايات، يمكن للمهندسين سحق وطحن هذه المواد إلى مسحوق ناعم يعوّض جزئياً الأسمنت الطازج في الخرسانة الجديدة. توفر هذه المقاربة الموارد الطبيعية وتقلل انبعاثات الكربون الناتجة عن إنتاج الأسمنت وتساعد في إدارة تيارات نفايات هائلة، لا سيما في دول مثل الصين حيث يتجاوز حطام البناء ملياري طن سنوياً. ومع ذلك، هناك عائق: يميل المسحوق المعاد تدويره إلى زيادة احتياج الخرسانة للمياه، ما يؤدي غالباً إلى أداء أضعف ضد التجمد والذوبان. السؤال الرئيسي في هذا البحث كان ما إذا كانت المضافات الكيميائية المناسبة قادرة على التغلب على هذه النقطة الضعيفة وإطلاق الإمكانات الكاملة لخرسانة المسحوق المعاد تدويره في المناخات الباردة.

ضبط مجموعة الأدوات الكيميائية

حدّد الباحثون أولاً مادة كيميائية خافضة للماء ذات أداء عالٍ، وهي سوبربلاستيزر بوليكربوكسيلات، تعمل بشكل جيد خاصة مع المسحوق المعاد تدويره. يساعد هذا المضاف على تشتت حبيبات الأسمنت بشكل متساوٍ، ما يقلل الحاجة الإضافية للماء عند استخدام المسحوق المعاد تدويره. ومن هذا الأساس، اختبر الفريق ثلاثة أنواع إضافية من المضافات الموجهة مباشرة لتحسين مقاومة الصقيع: مضاف مركب خافض للماء ومانع للتجمد (AR)، ومادة مسببة للالتقاط الهوائي (AE) تُنشئ عمداً فقاعات دقيقة، ومادة مانعة للتجمد تعتمد على أملاح لا عضوية (AF). خُلطت عينات خرسانية تحتوي على 30% مسحوق معاد تدويره بنسب ماء إلى الملدن مختلفة، ثم تم معالجتها ومن ثم تعريضها لما يصل إلى 200 دورة تجمد–ذوبان قاسية بينما تُتبع مقاومتها، وأضرار السطح، والصلابة الداخلية.

كيف تصرفت الخرسانة في البرد

ساعدت الاستراتيجيات الثلاث جميعها على جعل خرسانة المسحوق المعاد تدويره أكثر مقاومة لأضرار التجمد مقارنة بالخليط الضابِط بدون هذه المضافات، لكنها فعلت ذلك بطرق وبدرجات مختلفة. عملت مادة التقاط الهواء عبر إنشاء الكثير من الفقاعات الصغيرة والمتباعدة جيداً التي عملت كحجرات ارتخاء، مما منح الماء المتجمد مجالاً للتمدد وبذلك أبطأت تقشير السطح وتشقق الداخل. خفّض المضاف الخافض للماء والمانع للتجمد طلب الماء وكرَّس نظام المسامات، مما قلل خسارة الكتلة وحافظ على صلابة الخرسانة خلال الدورات. أما النجمة الحقيقية فكانت مضافة المانع للتجمد بنسبة 1% (AF). لم تعزز فقط القوة المبكرة بتسريع تكوّن الجِلات الرابطة داخل الخرسانة، بل حافظت أيضاً على أعلى صلابة نسبية وأدنى تلف سطحي بعد 200 دورة، لا سيما عند نسبة ماء إلى مِلْدن أقل.

نظرة أقرب داخل الخرسانة

لفهم سبب فعالية مضاف المانع للتجمد، أمعن الفريق النظر داخل الخرسانة باستخدام المجاهر وتقنيات قياس المسامات. أظهرت الصور أن الخرسانة بدون مضافات خاصة احتوت على العديد من المسامات الكبيرة وغير المنتظمة وشقوق واسعة عند منطقة الانتقال بين الحصى والملاط — مسارات مثالية للماء والجليد لإحداث أضرار. عندما أضيفت AR أو AE أو AF، أصبح هذا الحيز الانتقالي الضعيف أكثر كثافة، مع فراغات كبيرة أقل وبلورات أكثر تلاصقاً لصقّت البنية معاً. أكدت قياسات المسامات التفصيلية أن مضاف المانع للتجمد بشكل خاص حوّل مسامات الخرسانة الداخلية نحو أحجام أصغر وأقل ضرراً، مما خفّض حصة المسامات الكبيرة المعرضة للضرر (أكبر من 200 نانومتر) بنسبة 8.73%. وحتى مع زيادة طفيفة في المسامية الإجمالية، أصبحت المسامات بشكل وحجم يجعل الخرسانة أكثر مقاومة للتجمد بكثير.

لماذا هذا مهم لمدن أكثر خضرة

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة بسيطة: تُظهر هذه الدراسة أن الخرسانة المصنوعة بنسبة معتبرة من المسحوق المعاد تدويره يمكن أن تظل متينة بما يكفي للمناخات الباردة إذا اقترنت بالكيمياء المناسبة. جرعة متواضعة من مضاف المانع للتجمد — نحو 1% من المِلْدن — حوّلت خرسانة معتمدة على النفايات من هشاشة إلى مادة متينة تصمد أمام تجمدات الشتاء المتكررة مع تشققات وفقد سطحي أقل بكثير. هذا يعني أن المدن يمكنها تحويل مخلفات الهدم بثقة إلى طرق وجسور ومبانٍ جديدة تدوم طويلاً في ظروف الجليد، ما يقدّم تقدماً في الاستدامة والدوام دون التضحية بالأداء.

الاستشهاد: Yang, C., Zhou, W., Zhao, H. et al. Frost resistance improvement of recycled powder concrete by chemical admixtures. Sci Rep 16, 6087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35840-8

الكلمات المفتاحية: الخرسانة المُعاد تدويرها, نفايات البناء, مقاومة التجمد–الذوبان, مضافات كيميائية, بنية تحتية مستدامة