استخدام غبار محاجر الكوارتز كبديل جزئي مستدام للرمل في مونة الأسمنت

تحويل غبار الصخور إلى مورد للبناء

تعتمد المدن الحديثة على الرمل. إنه مكوّن أساسي في الخرسانة والمونة التي تربط مبانينا وجسورنا وطرقنا. لكن العالم يواجه نقصاً في الرمل، ويسبب استخراج الرمل من الأنهار أضراراً للنظم البيئية. تستكشف هذه الدراسة فكرة جذابة: هل يمكننا تحويل غبار محاجر الكوارتز — مسحوق ناعم يُعامل عادةً كنفاية صناعية — إلى مكوّن مفيد يحل جزئياً محل الرمل في المونة الأسمنتية الشائعة؟

من كومة نفايات إلى مادة مفيدة

يتكوّن غبار محاجر الكوارتز عند سحق وقطع كتل الصخور الغنية بالكوارتز. بدلاً من رمي هذا الغبار، يمكن أن يصبح مادة أولية. جمع الباحثون رمل الأنهار الطبيعي وغبار الكوارتز من محاجر في تنزانيا وقاسوا بعناية حجمهما وشكلهما وتركيبهما الكيميائي. أكدت الاختبارات أن الغبار يقارب النقاء التام من الكوارتز (حوالي 99.6% سيليكا)، مع شوائب قليلة جداً ولا توجد معادن تفاعلية قد تؤدي لاحقاً إلى تشقق أو انتفاخ المونة. تحت المجهر الإلكتروني بدت جزيئات الغبار حادة وزاويّة وخشنة — مختلفة تماماً عن حبيبات رمل الأنهار الأملس. يمكن لهذه الحواف الخشنة، رغم حاجتها لمزيد من ماء الخلط، أن تساعد الجزيئات على الالتحام بإحكام مع ملاط الأسمنت.

تصميم مونة أقوى وأكثر خضرة

لاختبار كمية غبار المحاجر الممكن استخدامها دون الإضرار بالأداء، أعد الفريق سلسلة من خلطات المونة. جميعها احتوت على نفس كمية الأسمنت والماء، لكن تم استبدال الرمل تدريجياً بنسبة 0% أو 5% أو 10% أو 15% أو 20% من غبار الكوارتز بالوزن. صبت الخلطات في مكعبات صغيرة وُعولجت في الماء حتى 28 يوماً، ثم تم اختبار سهولة التشغيل حين تكون جديدة، وكثافتها عند التصلب، ومقدار امتصاصها للماء، ومقاومة الضغط قبل الانضغاط. ساعدت صور المجهر للمونة المتصلبة على ربط ما يحدث على المستوى الدقيق بسلوك المادة المرئي.

إيجاد النقطة المثلى

مع زيادة نسبة الغبار أصبحت المونة الطازجة أكثر تماسكاً بوضوح: انخفض هبوط العجينة، وهو مقياس قياسي للجريان، من حوالي 74 مليمتر بلا غبار إلى نحو 56 مليمتر عند 20% غبار. ومع ذلك، حتى استبدال يصل إلى 15% يظل الخلط عملياً بالنسبة للعاملين. وكانت المفاجأة الحقيقية في القوة والمتانة. عندما استُبدل 10% من الرمل بغبار المحاجر قفزت مقاومة الضغط بعد 28 يوماً من 10.8 ميغاباسكال في الخلطة المرجعية إلى 18.5 ميغاباسكال — بزيادة تقارب 70%، وهي قيمة مناسبة لمدى المونة الإنشائية النموذجية. كما انخفض امتصاص الماء، وهو مؤشر على المسامية وبالتالي القابلية للتلف، من 6.4% إلى 5.7% عند نفس مستوى 10%. بعد 10% اختفت الفوائد تدريجياً: نسب الغبار الأعلى بدأت تُدخل فراغات إضافية وتعطل التماس السلس بين الأسمنت والرمل، مما تسبب في تراجع طفيف في القوة وعودة ارتفاع امتصاص الماء.

ما الذي يحدث داخل الخليط

كشفت صور المجهر للمونة المتصلبة سبب فعالية 10% من غبار المحاجر. في الخلطة العادية التي تحتوي فقط على رمل النهر، ظهر هيكل به فراغات أكثر وشبكة أسمنت متصلبة أرخى. عندما أضيفت كمية متواضعة من غبار الكوارتز، احتلت حبيباته الدقيقة والزاويّة الفراغات بين حبيبات الرمل، مما ساعد على خلق شبكة من منتجات الأسمنت أكثر استمرارية وصلابة أشبه بالصخر. عند استبدال نحو 10% بدا هذا الهيكل الداخلي الأكثر تماسكاً وتجانساً، مع مسام مرئية أقل وتماس أفضل بين الجزيئات. عندما استُخدمت كميات أكبر من الغبار بدأت الحبيبات الحادة تتكتل ولم تُغطَّ بالكامل بالملاط، فنتجت نقاط ضعف وفراغات متناثرة قللت من الفوائد.

ما معنى ذلك للبناء اليومي

لغير المتخصص، الخلاصة بسيطة: جرعة صغيرة من غبار المحاجر — نحو عُشر الرمل في خلطة مونة قياسية — يمكن أن تجعل المادة أقوى وأقل امتصاصاً قليلاً، مع إعادة استخدام منتج نفاية وتخفيف الضغط على مخزون رمل الأنهار. إذا تجاوزت النسبة ذلك بكثير، تصبح الخلطة أصعب في التشغيل وتقل فوائدها. وعلى الرغم من الحاجة إلى تجارب ميدانية طويلة الأمد ودراسات متانة إضافية، فإن هذا البحث يُظهر مساراً عملياً لتحويل منتج ثانوي ممتلئ بالغبار إلى مكوّن موثوق للبناء الأكثر خضرة وكفاءة في استخدام الموارد.

الاستشهاد: Ngayakamo, B.H., Ikotun, B.D. Utilization of quartz quarry dust as a sustainable partial sand replacement in cement mortar. Sci Rep 16, 7031 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37993-y

الكلمات المفتاحية: البناء المستدام, مونة الأسمنت, غبار المحاجر, استبدال الرمل, كوارتز