مركب خرساني بوليمري خفيف الوزن ومستدام من خلال الاستبدال الجزئي للركام بنفايات البلاستيك من نوع ABS والأيروجيل

تحويل النفايات إلى مبانٍ أقوى وأخف وزناً

الخرسانة موجودة في كل مكان—في منازلنا وجسورنا وطرقنا—لكن لها تكاليف خفية: فهي ثقيلة وتستهلك كميات هائلة من الرمال والحصى بينما تتكدس النفايات البلاستيكية في المدافن. تستكشف هذه الدراسة ما إذا كان يمكن دمج بلاستيك شائع من الأجهزة الإلكترونية القديمة، إلى جانب مادة فائقة الخفة تُدعى الأيروجيل، في الخرسانة العادية لجعلها أخف وزنًا وأكثر متانة وصداقة للبيئة، دون التضحية بالمتانة.

لماذا نخلط البلاستيك والمساحيق الهشة في الخرسانة؟

تعتمد الخرسانة التقليدية على الحصى المسحوق والرمل كهيكل لها. طرح الباحثون سؤالًا بسيطًا: ماذا لو تم استبدال جزء من تلك الصخور وحبيبات الرمل بنفايات بلاستيكية وأيروجيل خفيف كالريشة؟ ركّزوا على بلاستيك ABS المنتشر في الأجهزة المهدورة وقطع السيارات، وعلى أيروجيل السيليكا، مادة إسفنجية تتألف في الغالب من الهواء. الهدف من ذلك كان تقليل استخدام الركام الطبيعي وتحويل البلاستيك الصعب إعادة تدويره إلى مكون مفيد، مع تقليل وزن الخرسانة وتحسين مقاومتها للماء والأملاح التي قد تهاجم الفولاذ المعرّض داخل الإنشاءات.

تصميم مجموعة من خلطات الخرسانة الخضراء

لاختبار هذه الفكرة، أنشأ الفريق عشر دفعات مختلفة من الخرسانة الإنشائية اليومية، جميعها بنفس كمية الأسمنت والماء بحيث يتغير الركام فقط. في بعض الخلطات، تم استبدال حتى 15% من الحصى الخشن بقطع من بلاستيك ABS؛ وفي خلطات أخرى، تم استبدال حتى 15% من الرمل الناعم بحبيبات الأيروجيل، واستخدمت عدة خلطات كلا المكونين معًا بنسب مختلفة. فحصوا سهولة صب كل خليط باستخدام اختبارات الهبوط على مدار ساعة ونصف، ثم صبوا مكعبات وعوارض واسطوانات لقياس قدرة الخرسانة المتصلبة على مقاومة الضغط والانحناء والانقسام. وأخيرًا، قاسوا مقدار امتصاص الماء ومدى سهولة مرور أيونات الكلوريد العدوانية، وهو مؤشر رئيسي على المتانة طويلة الأمد بالقرب من أملاح إزالة التجمد أو البيئات الساحلية.

النقطة المثلى: أقوى، أسهل في الصب، وأكثر متانة

برزت تركيبة واحدة بوضوح: خليط استبدل فيه 10% من الحصى الخشن ببلاستيك ABS و5% من الرمل بالأيروجيل. هذا المزيج لم يحافظ فقط على العملانية العالية للخرسانة الطازجة لمدة 90 دقيقة، بل أصبح في الواقع أقوى قليلًا من الخرسانة العادية في اختبارات الضغط والانحناء والانقسام على مدى 7 إلى 90 يومًا. ساعدت قطع البلاستيك بعدم امتصاصها للماء وتحسين كيفية انتشار الشقوق، بينما عمل الأيروجيل كحشو دقيق مملأ ركّن الهيكل الداخلي وقلل الفراغات غير المرغوب فيها. ونتيجة لذلك، امتص هذا الخليط ماءً أقل وسمح بمرور أيونات الكلوريد بمقدار أقل، ما جعله يقترب من فئة النفاذية «المنخفضة» المستخدمة في معايير البناء. كما كان وزنه أقل بحوالي 4–5% من الخرسانة التقليدية، ما يقلل الحمل الميت على الأساسات والعناصر الحاملة.

متى تصبح الاستدامة مفرطة؟

أظهرت الدراسة أيضًا حدود هذا النهج. عندما ارتفعت كميات الأيروجيل أو ABS إلى مستويات أعلى—فوق حوالي 10% أيروجيل أو 15% بلاستيك—أصبحت الخرسانة أضعف وأكثر مسامية بشكل ملحوظ. الطبيعة فائقة الخفة للأيروجيل والأسطح الأكثر نعومة للبلاستيك خلقت الكثير من الفراغات الدقيقة داخل الخليط، مما سمح بدخول ماء أكثر وحركة أكبر لأيونات الكلوريد. وقعت هذه الخلطات ذات الاستبدال العالي ضمن نطاقات قوة أدنى وتحولت نحو نفاذية «عالية»، مما يعني أنها ستكون أقل ملاءمة لحماية تسليح الفولاذ في هياكل حقيقية على الرغم من كونها أخف وزنًا.

ماذا يعني هذا لمبانٍ المستقبل؟

بالنسبة للقارئ العام، الاستنتاج واضح: من خلال ضبط مقدار النفايات البلاستيكية والأيروجيل المضافة بعناية، يمكن جعل الخرسانة أكثر خضرة وأداءً أفضل. الخلطة البارزة في هذه الدراسة قوية بما يكفي للاستخدامات الإنشائية القياسية، وتزن أقل، وتمتص ماءً أقل، وتبطئ تقدم الأملاح الضارة التي تسبب صدأ الفولاذ—كل ذلك مع إعادة استخدام بلاستيك قد يحرق أو يُدفن خلافًا لذلك. يقترح المؤلفون أن هذه الوصفة جاهزة للتجربة في مواقع البناء الحقيقية ويمكن تطويرها أكثر لتطبيقات ذات قوة أعلى أو متطلبات خاصة، مما يقدم مسارًا واعدًا نحو مبانٍ وبنى تحتية أخف وزنًا وأكثر استدامة.

الاستشهاد: Devi, K., Singh, G. & Jindal, B.B. Sustainable lightweight polymer concrete composite through partial replacement of aggregates with ABS plastic waste and aerogel. Sci Rep 16, 11212 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40737-7

الكلمات المفتاحية: خرسانة خفيفة الوزن, إعادة استخدام النفايات البلاستيكية, أيروجيل السيليكا, البناء المستدام, مواد متينة