إنتاج الخرسانة الجيوبوليمرية باستخدام رم البرك غير المعالج كركام ناعم ورم البرك المطحون كمواد رابطة

تحويل نفايات محطات الطاقة إلى مورد للبناء

تترك محطات توليد الطاقة العاملة بالفحم وراءها جبالاً من الرماد التي تُصرف غالباً إلى برك كبيرة وتبقى هناك لسنوات. هذه الأحواض الرمادية تحتل مساحات من الأرض، وتسرّب ملوثات وتمثل مورداً واسع النطاق وغير مستغل. تستقصي هذه الدراسة ما إذا كان من الممكن تحويل رم البرك إلى مكوّن أساسي لخرسانة أقل ضرراً بالمناخ، مما قد يقلّل انبعاثات الكربون مع تنظيف نفاية صناعية عنيدة.

من برك الرماد إلى خرسانة جديدة

الرماد المخزن في البرك هو مزيج من جزيئات دقيقة وخشنة غاصت في الماء لفترات طويلة. يطلق المؤلفون على المادة المقتطعة مباشرة من هذه البرك «رم البرك غير المعالج» ويفحصون طريقين لاستخدامها في الخرسانة الجيوبوليمرية، وهي نوع من الخرسانة يعتمد على نواتج صناعية بدلاً من الأسمنت التقليدي. أولاً، يستبدلون الرمل الطبيعي المستخدم عادةً في الخرسانة برم البرك غير المعالج، بزيادات تتراوح من نسبة صغيرة حتى 100 بالمئة. ثانياً، يطحنون ميكانيكياً جزءاً من رم البرك إلى مسحوق أدق، يُسمى رم البرك المطحون، ويستخدمونه لاستبدال جزء من الرماد المتطاير أو كله، وهو مادة رابطة شائعة في خلائط الجيوبوليمر.

تصميم خلطة أكثر خضرة

في جميع الخلطات، يتشكل المُلصق الرابط عن طريق تنشيط مساحيق الألومينوسيليكات بمحلول هيدروكسيد الصوديوم والسيليكات الصوديومية، بينما توفر نسبة ثابتة من خبث أفران الصهر الكروي كالخبث مزيداً من الكالسيوم لتسريع التصلّب. صبّ الباحثون دفعات عديدة من الخرسانة، متباينين في مقدار الرمل الطبيعي الذي تم استبداله برم البرك غير المعالج ومقدار الرماد المتطاير الذي استُبدل بنظيره المطحون. ثم عالجوا العينات في درجة حرارة الغرفة العادية، ممتنعين عن المعالجة بالحرارة عالية الاستهلاك للطاقة المرتبطة غالباً بالجيوبوليمرات، وقاسوا سهولة التعامل مع الخرسانة الطازجة، وقوتها مع مرور الوقت ومدى مقاومتها للتعرض الكيميائي العدواني.

قوة بكمية أقل من الرمل الطبيعي

أدى استبدال الرمل الطبيعي برم البرك غير المعالج إلى أن تصبح الخرسانة الطازجة أكثر صلابة وأصعب في التشغيل، ويرجع ذلك أساساً إلى أن جزيئات الرماد مسامية للغاية وأدق بكثير من الرمل التقليدي، مما يجعلها تمتص سوائل أكثر. ومع ذلك، كان تأثير ذلك على القوة متواضعاً بشكل مفاجئ: حتى عندما استبدل رم البرك الرمل الطبيعي بالكامل، انخفضت مقاومة الضغط بعد 28 يوماً بحوالي 7 بالمئة فقط وبلغت نحو 40 ميغاباسكال بعد معالجة أطول—وهو ما يكفي للعديد من التطبيقات الإنشائية. كشفت التحليلات المجهرية والتحليلات بالأشعة تحت الحمراء أن رم البرك ليس خاملًا تماماً؛ فمكوناته التفاعلية تدخل في شبكة الجيوبوليمر مع مرور الزمن، مما يملأ المسام ويساعد الخرسانة على مواصلة زيادة قوتها بين 28 و56 يوماً.

طحن الرماد ومواجهة الظروف القاسية

أدى طحن رم البرك إلى مسحوق أدق إلى زيادة محتواه من السيليكا التفاعلية، لكنه ظل متأخراً عن الرماد المتطاير التقليدي كمواد رابطة. عندما استُبدل الرماد المتطاير تدريجياً بالرماد المطحون من البرك، بقيت مقاومات الأعمار المبكرة متشابهة لأن مكون الخبث هيمن على التفاعل المبكر. أما في الأعمار اللاحقة، فقد طورت الخلطات التي تحتوي على مزيد من رم البرك المطحون قوة أقل قليلاً وبنية داخلية أكثر خشونة بعض الشيء. اختبارات المتانة روت قصة متباينة: أظهرت جميع الخرسانات الجيوبوليمرية مقاومة أعلى لحمض الكبريت مقارنة بالخرسانة الأسمنتية العادية، التي تكبدت خسائر كبيرة في الكتلة والقوة نتيجة تكون الجبس ومنتجات توسعية أخرى. ومع ذلك، في اختبار مدى سهولة اختراق أيونات الكلوريد، أدت الخرسانة الأسمنتية أداءً أفضل، في حين أظهرت الخلطات الجيوبوليمرية—وخاصة الغنية بالرماد المطحون—نفاذية متوسطة.

ماذا يعني هذا لبناء المستقبل

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة أن الكثير من الرماد المتراكم في برك محطات الطاقة يمكن تحويله إلى مكوّن مفيد لخرسانة أكثر خضرة. باستخدام رم البرك غير المعالج ككل الركام الرملي ورم البرك المطحون كجزء من المادة الرابطة، أنتج الباحثون خرسانة جيوبوليمرية معالجة في درجة حرارة الغرفة ذات مقاومة إنشائية متوسطة، مع ما يصل إلى نحو 37 بالمئة من مكوناتها الصلبة مأخوذة من هذه النفايات. هي أقل قابلية للطرق وأكثر عرضة قليلاً لاختراق الأملاح من الخرسانة القياسية، لكنها تصمد بشكل أفضل بكثير في البيئات الحمضية، مما يجعلها واعدة للأرضيات الصناعية أو أنابيب المجاري. مع مزيد من التحسينات—مثل مضافات أكثر تفاعلية ومنشّطات جافة أكثر أماناً وسهولة في التعامل—قد يساعد هذا النهج في تحويل مشكلة تلوث كبيرة إلى مورد قيّم للبناء.

الاستشهاد: Vidyadhara, V., Gowda, T.S. & Ranganath, R.V. Geopolymer concrete production by utilizing unprocessed pond ash as fine aggregate and ground pond ash as binder. Sci Rep 16, 9041 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38814-y

الكلمات المفتاحية: الخرسانة الجيوبوليمرية, رم البرك, إعادة استخدام رم الفحم, البناء المستدام, الخرسانة المقاومة للأحماض