تعزيز مستدام لمقاومة المواد الكيميائية والثبات الميكروهيكلي في ملاط الأسمنت الذي يحتوي على ركام ناعم مُعاد تدويره مُعالج بسيليكات الصوديوم–دخان السيليكا

لماذا تحويل الخرسانة القديمة إلى جديدة مهم

في جميع أنحاء العالم، تولد المباني المهدمة جبالاً من الخرسانة المكسورة. الكثير من هذه المواد ينتهي به المطاف في المكبّات، رغم أنها تحتوي على رمل وحصى يمكن إعادة استخدامها في البناء الجديد. المشكلة أن الجُزيئات الناعمة المعاد تدويرها من الخرسانة القديمة غالباً ما تجعل الملاط الجديد أضعف وأكثر عرضة للظروف القاسية، خصوصاً في الأماكن التي تتعرض فيها البُنى للهجوم من المجاري أو الصناعة أو التربة المالحة. تستكشف هذه الدراسة معالجة بسيطة يمكن أن تحول هذه الجسيمات الإشكالية إلى مكوّنات بناء موثوقة، مما يساعد المدن على البناء بشكل أكثر استدامة دون التضحية بالمتانة.

من نفايات الهدم إلى رمل بنائي ناعم

عند سحق الخرسانة القديمة تُنتج كسوراً رفيعة من الركام المعاد تدويره—حبيبات بحجم الرمل لا تزال مغطاة ببقايا معجون أسمنتي قديم. هذه الحبيبات تمتص المزيد من الماء وتحتوي على مسامات وشروخ دقيقة عديدة. ونتيجة لذلك، يميل الملاط المصنوع منها إلى أن يكون أكثر نفاذية وأقل مقاومة للتلف الناتج عن الأحماض والأملاح مقارنةً بالملاط المصنوع من رمل نهري طبيعي. شرع الباحثون في اختبار ما إذا كانت خطوة نقع سريعة باستخدام مادتين متوفرتين على نطاق واسع—سيليكات الصوديوم («الزجاج المائي» السائل) ودخان السيليكا (مسحوق معدني فائق الدقة)—يمكن أن تقوّي طبقة المعجون الملتصقة هذه وتحسّن أداء الركام المعاد تدويره في الخلطات الجديدة.

حمام بسيط يسد المسام

جمع الباحثون مخلفات البناء والهدم، وسحقوها، وفصلوا الكسر الناعم. ثم نقعوا هذه الجسيمات المعاد تدويرها لمدة 24 ساعة في محاليل مائية تحتوي على جرعات مختلفة من سيليكات الصوديوم ودخان السيليكا. بعد التجفيف، استُبدل الرمل في ملاط أسمنتي قياسي بالجسيمات المعالجة بالكامل، وصُبّت الخلطات في مكعبات صغيرة. قورنت خمس خلطات: إحداها برمل طبيعي، وأخرى بالكسور المعاد تدويرها غير المعالجة، وثلاث بخلافها بالكسور المعالجة بجرعات كيميائية متزايدة. بعد تصلب الملاط، غُمرت المكعبات لعدة أشهر في محاليل حمض الكبريتيك القوية وكبريتات المغنيسيوم—ظروف مصممة لمحاكاة مجاري صرف قاسية وترب غنية بالكبريتات. وعلى فترات، قاس الفريق فقدان الكتلة والقوة وامتصاص الماء وسلامة البنية الداخلية باستخدام نبضات فوق صوتية، وفحصوا البنية الداخلية بالتصوير المتقدم والتحليل الطيفي.

الوقوف في وجه الحمض والأملاح

أظهرت الكسور المعاد تدويرها غير المعالجة أسوأ أداء تحت التعرض لكل من الأحماض والكبريتات. فقدت ملاطاتها أكبر قدر من الكتلة، وعانت من أكبر انخفاضات في المقاومة، وامتصت أكبر كمية من الماء، وأظهرت أكبر تراجع في سرعة النبضة فوق الصوتية—علامات على تشققات واسعة النطاق وتلف داخلي. أدت الخلطات بالرمل الطبيعي إلى نتائج أفضل، لكنها لا تزال أظهرت تآكلاً سطحيًا مرئياً وضعفاً تدريجياً عبر الزمن. بالمقابل، قاومت الخلطات المصنوعة من الكسور المعالجة الضرر بفعالية أكبر باستمرار. تميزت الخلطة المنقوعة في حمام متوسط القوة، يحتوي على 20% سيليكات الصوديوم و2% دخان السيليكا: ففي الوسط الحمضي خسرت حوالي 40% أقل من الكتلة واحتفظت بنحو 30% من القوة أكثر من الخلطة المعاد تدويرها غير المعالجة، وفي محلول الكبريتات قللت أيضاً فقدان الوزن وانخفاض القوة مع الحفاظ على سرعات فوق صوتية أعلى.

ما الذي يتغير داخل المادة

كشفت الاختبارات المجهرية والكيميائية سبب فاعلية المعالجة. في الملاطات المعاد تدويرها غير المعالجة، اخترقت المحاليل العدائية بسهولة، مذابةً مركبات غنية بالكالسيوم ومكوّنةً بلّورات متوسعة من الجبس والإيتلينجيت التي فرَّقت البنية الدقيقة. أظهرت الصور مناطق تماس مسامية حول الحبيبات المعاد تدويرها وتشققاً واسع الانتشار. بعد المعالجة، كان المعجون الملتصق بكل حبة أكثر كثافة وارتباطاً بالمعجون الجديد. تسربت محلول سيليكات الصوديوم إلى المسام وتفاعل مع الكالسيوم لتكوّن جيل ربط إضافي، في حين استهلك دخان السيليكا المزيد من الكالسيوم الحر لبناء شبكة أغنى بالسيليكا وأكثر استقراراً. أكدت تحليلات الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء أن المنتجات الضارة انخفضت بشدة وأن طور الربط الرئيسي بقي أكثر سلامة حتى بعد تعرض طويل الأمد.

طريق عملي لملاط أنظف وأقوى

لغير المتخصص، الخلاصة الأساسية هي أن خطوة نقع بسيطة ومنخفضة الطاقة نسبياً قادرة على تحويل الكسور الناعمة من الخرسانة المعاد تدويرها إلى مكون عالي الأداء للملاط الجديد. من خلال سد المسام وإعادة تشكيل كيمياء غلاف الأسمنت القديم، يسمح حمام سيليكات الصوديوم–دخان السيليكا بوجود 100% ركام ناعم مُعاد تدويره ينافس الرمل الطبيعي، وفي نواحٍ معينة يتجاوزه تحت ظروف كيميائية قاسية جداً. يقدم هذا النهج وسيلة واقعية لإعادة تدوير المزيد من نفايات الهدم إلى مواد بناء متينة، مما يقلل الضغط على موارد الرمل النهري بينما يطيل عمر المنشآت الخرسانية في البيئات العدائية.

الاستشهاد: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

الكلمات المفتاحية: الخرسانة المُعاد تدويرها, متانة الأسمنت, البناء المستدام, معالجة الركام, الهجوم الحمضي وكبريتاتي