تحسين الأداء للخرسانة الرغوية فائقة الخفة باستخدام مركب عضوي سيليكوني مشبع بالديميثيكون

البناء بجدران أخف وأكثر ذكاءً

تحتاج المباني الحديثة إلى جدران ليست قوية فحسب، بل خفيفة الوزن ومقاومة للحريق وتحتفظ بالحرارة داخلها. توفر الخرسانة الرغوية فائقة الخفة بالفعل وزناً منخفضاً وعزلًا ممتازًا، لكنها غالبًا ما تكون ضعيفة للغاية وتمتص الماء بكثرة مما يحد من استخدامها في التطبيقات المطالبة. تستكشف هذه الدراسة كيف يمكن لمكوّن شائع قائم على السيليكون يُسمى الديميثيكون أن يعدّل الفقاعات الهوائية الدقيقة داخل الخرسانة الرغوية بحيث تصبح أخف وأكثر قوة، وفي الوقت نفسه مقاومة للماء والظروف الجوية القاسية.

لماذا تهم الخرسانة ذات الفقاعات

تصنع الخرسانة الرغوية بمزج الأسمنت والرمل والماء ورغوة مليئة بالفقاعات الهوائية. تجعل الفقاعات المادة أخف بكثير، وهو ما يجذب الاهتمام للمباني الشاهقة والجدران الموفرة للطاقة. ومع ذلك، عندما تكون الفقاعات كبيرة وغير متجانسة، تفقد الخرسانة قوتها وتصبح مليئة بممرات تسمح بتسرب الماء والأملاح. يرغب المهندسون في نسخة تحافظ على فوائد الخرسانة المملوءة بالهواء—انخفاض الوزن، وعزل جيد، ومقاومة للحريق—دون أن تتحول إلى إسفنجة هشة.

لمسة سيليكون في الوصفة

اختبر الباحثون إضافة كميات صغيرة من الديميثيكون، وهو مركب سيليكوني مستخدم على نطاق واسع في المنتجات اليومية، إلى الخرسانة الرغوية فائقة الخفة. أعدّوا عدة خلطات بنفس الكثافة المستهدفة لكن بمحتويات ديميثيكون مختلفة، من 0.5% إلى 2.5% من وزن الأسمنت. من خلال تشتت ديميثيكون بعناية في الماء ثم خلطه مع مزيج إسمنتي غني بالرغوة، هدَفوا إلى تغيير طريقة تكوّن الفقاعات وبقائها في مكانها، ومراقبة تأثير ذلك على الانسيابية ووقت الشكّل وحركة الماء والمتانة وانتقال الحرارة.

ما الذي يحدث داخل المسام الدقيقة

أظهرت الاختبارات التفصيلية أن الديميثيكون يعمل كمثبت للرغوة وكعامل طارد للماء في الوقت نفسه. يخفض توتر السطح للماء في الخلطة، مما يساعد على تكوين الفقاعات بسهولة أكبر وبقائها منفصلة بدلاً من اندماجها في تجاويف كبيرة. كشفت الصور الميكروسكوبية وقياسات المسام أنه مع الديميثيكون احتوت الخرسانة على عدد أكبر بكثير من المسام الصغيرة المتشكلة جيدًا وعدد أقل بكثير من الفراغات الكبيرة والمتصلة. حسّنت هذه البنية الداخلية الدقيقة من مقاومة امتصاص الماء وتدفق الهواء، وخفضت مرور أملاح الكلوريد الضارة بما يصل إلى نحو ثلث مقارنةً بالخرسانة غير المعالجة.

أقوى وأكثر جفافًا ومع ذلك لا تزال خفيفة الوزن

أدت هذه التغيرات على المستوى المجهري إلى مكاسب كبيرة مفاجئة في الأداء. عند الجرعة المثلى، حوالي 2% ديميثيكون، ضاعفت الخرسانة فائقة الخفة صلابتها ومقاومتها للضغط أكثر من الضعف وزادت مقاومتها للتشقق تحت الشد أكثر من ثلاثة أضعاف، وكل ذلك مع بقاءها خفيفة جدًا، بكثافة جافة تقارب 450 كيلوجرامًا لكل متر مكعب. تقلصت المادة أقل عند الجفاف، وامتصت كمية ماء أقل بشكل ملحوظ، وأظهرت مسامية متصلة إجمالية أقل. تغير السلوك الحراري أيضًا: لأن شبكة المسام أصبحت أوثق والمصفوفة الصلبة أكثر كثافة، ارتفعت الموصلية الحرارية والناقلية الحرارية بشكل طفيف، لكنها بقيت ضمن النطاق المناسب للمواد المخصّصة للعزل.

إيجاد النقطة المثلى

من خلال مقارنة جميع الخلطات، وجدت الدراسة أن حوالي 2% ديميثيكون قدّم أفضل توازن: حافظ على الطابع فائق الخفة للخرسانة مع تقديم قوة ومتانة أعلى بكثير وتحسين كبير في مقاومة الرطوبة واختراق الأملاح. أدت الجرعات الأعلى إلى فوائد إضافية طفيفة وبدأت تقلل من قابلية التشغيل. عمليًا، يعني هذا أن مضافة بسيطة قائمة على السيليكون يمكن أن تحول الخرسانة الرغوية الهشة إلى مادة بناء أكثر صلابة وطاردة للماء ولا تزال جيدة العزل، مما يجعلها أكثر ملاءمة للجدران الموفرة للطاقة والعناصر الهيكلية الخفيفة طويلة العمر.

الاستشهاد: Othuman, M.A.O., Tobbala, D.E., Omar, R. et al. Performance optimization of ultra-lightweight foamed concrete using dimethicone-infused organosilicon compound. Sci Rep 16, 8108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39334-5

الكلمات المفتاحية: الخرسانة الرغوية, مواد بناء خفيفة الوزن, إضافات السيليكون, بنية المسام, العزل الحراري