مقاومة التآكل بحمض الكبريتيك للخرسانة بالركام المعاد تدويره المحتوية على ماء ممغنط

لماذا تهمنا قصة هذه الخرسانة

معظم مبانٍ العالم، والجسور، والطرق مصنوعة من الخرسانة، واحتياجاتنا لها هائلة. هذا الطلب يستنزف الحجر الطبيعي والرمل ويترك خلفه جبالاً من نفايات الهدم. في الوقت نفسه، تتعرض العديد من الهياكل لهجوم المطر الحمضي الذي يأكل الخرسانة ببطء ويقصر عمر البنية التحتية. تستكشف هذه الدراسة طريقة واعدة لتحويل الخرسانة المهملة إلى مادة أقوى وأكثر صداقة للبيئة باستخدام ركام معاد تدويره مع ماء «ممغنط» وجسيمات من السيليكا فائقة الدقة، حتى تستطيع الخرسانة الصمود بشكل أفضل في بيئات حمضية قاسية.

المشكلة مع الخرسانة الحالية

تعتمد الخرسانة التقليدية بشكل كبير على الرمل والحصى الطازجين المستخرجين من الأنهار والمحاجر. هذا يستنزف الموارد الطبيعية ويضر الأنظمة البيئية وينتج انبعاثات كربونية كبيرة. يقدم الركام المعاد تدويره (RAC) خيارًا أكثر استدامة عبر سحق الخرسانة القديمة وإعادة استخدامها كحجر. لكن أداء RAC عادة أسوأ من الخرسانة القياسية: فهو أكثر مسامية، أضعف، وأقل متانة، خصوصًا أمام المطر الحمضي. يتسرب الماء الحمضي إلى المسام، يتفاعل مع الأسمنت ويذيب المادة تدريجيًا، مما يسبب فقدانًا في القوة، وتشققًا، وتلفًا سطحيًا. لذلك يواجه المهندسون معضلة: كيف نعيد تدوير المزيد من الخرسانة دون التفريط في السلامة وعمر الخدمة.

مكونات جديدة: الماء الممغنط ونانو-سيليكا

اختبر الباحثون فكرتين مكملتين لترقية RAC. أولاً استخدموا ماءً ممغنطًا أُنتج بتمرير ماء الصنبور عبر مجال مغناطيسي قوي قبل خلطه بالخرسانة. تشير أعمال سابقة إلى أن هذا المعالَج يغير بشكل طفيف ترتيب جزيئات الماء والأيونات المذابة، مما يساعد الأسمنت على التفاعل بشكل أكثر اكتمالًا ويجعل العجينة المتصلبة أكثر إحكامًا. ثانيًا أضافوا نانو-سيليكا، وهو مسحوق دقيق للغاية من ثاني أكسيد السيليكون يمكنه التسلل إلى الفجوات الصغيرة في عجينة الأسمنت والتفاعل كيميائيًا لتشكيل هلام رابط إضافي. معًا كان من المتوقع أن يجعل هذان المكونان الخرسانة أكثر كثافة وأقل مسامية، خصوصًا في منطقة الحافة الضعيفة حول الحبيبات المعاد تدويرها، والتي عادة ما تكون نقطة الضعف في RAC.

كيف أُجريت الدراسة

لمعرفة مدى فاعلية هذه الوصفة، أنشأ الفريق 80 خلطة خرسانية مختلفة. بدّلوا أربع عوامل رئيسية: نسبة استبدال الركام المعاد تدويره بالحجر الطبيعي (من 0% حتى 100%)، وكمية النانو-سيليكا المضافة (0–6% من وزن الأسمنت)، ومدة تمغنط ماء الخلط (0–30 دقيقة)، ودرجة حمضية البيئة (الرقم الهيدروجيني 7، 5.5، 4.0، ودرجة عدوانية جدًا 2.5، كلها باستخدام حمض الكبريتيك لمحاكاة المطر الحمضي). ثم تعرّضت العينات الخرسانية يوميًا لرش ناعم من هذا «المطر» لمدة تصل إلى 90 يومًا. قاس الباحثون مقاومة الضغط (كم الحمل الذي يمكن أن تتحمله الخرسانة)، والمقاومة الكهربائية (مدى صعوبة حركة الأيونات والرطوبة خلالها)، وفقدان الكتلة (كمية المادة المأكولة)، وامتصاص الماء عن طريق الشعيرية.

ماذا وجدوا داخل الخرسانة

كما هو متوقع، أدى استخدام المزيد من الركام المعاد تدويره وازدياد حدة الحمض إلى تلف الخرسانة. استبدال الحجر الطبيعي بركام معاد تدويره بنسبة 100% خفّض القوة بحوالي الربع، وخفض الرقم الهيدروجيني من 7 إلى 2.5 تسبب في فقدان قوة إضافي بحدود 16–25%. كما فقدت الخرسانة كتلة أكبر وامتصت ماءً أكثر تحت تأثير حمض شديد. لكن عندما أُدخل الماء الممغنط والنانو-سيليكا معًا، تغيّرت الصورة. مع 6% نانو-سيليكا وتمغنط الماء لمدة 30 دقيقة، زادت مقاومة الضغط بما يصل إلى 14% مقارنة بخليط قياسي، حتى مع وجود الركام المعاد تدويره. ارتفعت المقاومة الكهربائية بنسبة 12–38%، وهو مؤشر على بنية داخلية أكثر إحكامًا ومسامات أقل ارتباطًا. في الوقت نفسه انخفض فقدان الكتلة وامتصاص الماء بنحو الثلث. أكدت التحليلات الإحصائية أن محتوى الركام، والحمضية، والنانو-سيليكا كانت العوامل الأكبر تأثيرًا على الأداء، بينما قدم الماء الممغنط دفعة ثابتة، وإن كانت أصغر، عبر مساعدة الأسمنت على الهدرجة بشكل أكثر اكتمالًا.

أفضل خلطة ومعناها

التركيبة الأكثر توازناً جمعت 25% ركام معاد تدويره، و6% نانو-سيليكا، وماء ممغنط لمدة 30 دقيقة. قدمت هذه الخلطة قوة أعلى ومقاومة أكبر بكثير لهجوم الحمض وامتصاص الماء عبر جميع مستويات الحموضة المختبرة، مما يبيّن أن RAC المصمم بعناية يمكن أن يتفوق على الخرسانة التقليدية مع استخدام أقل للحجر الخام واستغلال نفايات الهدم. ببساطة، يساعد الماء الممغنط الأسمنت على «التهيؤ» بشكل أكثر اكتمالًا، وتملأ النانو-سيليكا الفجوات المجهرية وتقوّيها، فتجد الأمطار الحمضية صعوبة أكبر في النفاذ وذوبان المادة.

مستقبل أكثر متانة للخرسانة الخضراء

لغير المتخصصين، الخلاصة واضحة: إعادة تدوير الخرسانة لم تعد تعني بالضرورة هياكل أضعف وأقصر عمرًا. بدمج الماء الممغنط مع النانو-سيليكا، يمكن للمهندسين إنتاج خرسانة أكثر خضرة وصلابة، حتى في المناطق المتضررة بالمطر الحمضي. تُظهر الدراسة أنه مع التعديلات الدقيقة المناسبة على المستوى المجهري، يمكن تحويل الخرسانة المهدورة إلى مادة بناء عالية الأداء، ما يطيل عمر البنية التحتية ويخفف الضغط على الموارد الطبيعية.

الاستشهاد: Bamshad, O., Salehi, S., Habibi, A. et al. Sulfuric acid corrosion resistance of recycled aggregate concrete containing magnetized water. Sci Rep 16, 7770 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38607-3

الكلمات المفتاحية: الخرسانة المعاد تدويرها, المطر الحمضي, الماء الممغنط, نانو-سيليكا, بنية تحتية متينة