حلول FRP فعّالة من حيث التكلفة لتحسين القوة والانفعال للخرسانة المستدامة المصنوعة من مطاط الإطارات التالف

تحويل الإطارات القديمة إلى مبانٍ أقوى

تتكدس جبال من إطارات السيارات البالية حول العالم، مما يشكل مخاطر حريق وتلوثًا طويل الأمد. وفي الوقت نفسه، يستهلك قطاع البناء كميات هائلة من الرمل والحصى لصنع الخرسانة. تستكشف هذه الدراسة طريقة للتعامل مع المشكلتين معًا: طحن الإطارات التالفة إلى قطع صغيرة، وخلطها في الخرسانة، ثم لف تلك الخرسانة بغلاف رقيق من ألياف الزجاج والراتنج. النتيجة مادة بناء أكثر خضرة يمكنها الانحناء وامتصاص الطاقة بدلًا من الانكسار المفاجئ.

لماذا خلط المطاط في الخرسانة؟

عند تمزيق الإطارات القديمة واستخدامها كبديل جزئي للرمل في الخرسانة، تصبح المادة أخف وزناً وأكثر قدرة على امتصاص الصدمات والاهتزازات—وهو أمر مفيد لحواجز الطرق والسكك الحديدية والهياكل المقاومة للزلازل. لكن هناك مشكلة: لا يلتصق المطاط جيدًا بعجينة الأسمنت المحيطة، وهو أيضًا أكثر نعومة بكثير من الحصى. ومع زيادة كمية المطاط عادةً ما تفقد الخرسانة قوتها وصلابتها، مما قيد استخدامه في العناصر الحاملة للأحمال الكبيرة. تركز هذه الدراسة على وصفة عملية: إبقاء محتوى المطاط معتدلاً (20% من الركام الناعم بالحجم) مع التحكم الدقيق في أحجام جزيئات المطاط لفهم تأثيرها على القوة ومدى سهولة تحسين الخرسانة بالتقوية الخارجية.

لف الخرسانة بغطاء من ألياف الزجاج

لإصلاح الأداء الميكانيكي للخرسانة الغنية بالمطاط، استخدم الباحثون أغطية مصنوعة من بوليمر مسلح بألياف الزجاج (GFRP). هذه الأغطية أشرطة رقيقة من ألياف زجاجية منسوجة مغموسة في راتنج، تُلف حول أسطوانات الخرسانة وتُترك لتتصلب. هي أخف بكثير وأكثر مقاومة للتآكل من الفولاذ، وأرخص بكثير من أنظمة ألياف الكربون المماثلة. في الاختبارات صُبّت 42 أسطوانة خرسانية—بعضها براكام حجرية عادي وبعضها مع مطاط إطارات ناعم أو خشن—ثم تُركت إما دون لف، أو لفّت بالكامل من أعلى إلى أسفل، أو لفّت بشرائط متباعدة فقط. من خلال تحميل هذه الأسطوانات بالضغط حتى الفشل، تمكن الفريق من رؤية كيف غيّرت الأغطية طريقة تشقّق الخرسانة وحملها للحمل وتشوهها.

من الانكسار المفاجئ إلى الفشل التدريجي

تصرفت الأسطوانات غير الملفوفة، سواء كانت مصنوعة من خرسانة بدون مطاط أو معها، تمامًا كخرسانة عادية: تحملت الحِمل حتى ذروة ثم انهارت فجأة بشقوق رأسية طويلة وتقشر لقطع. أما العيّنات الملفوفة بـGFRP فحكت قصة مختلفة تمامًا. حوّلت الأغطية الكاملة هذا السلوك الهش إلى استجابة أبطأ وأكثر تحكمًا. لا تزال الشقوق تتكوّن بالداخل، لكن غلاف ألياف الزجاج حافظ على تماسك القطع وأجبر الخرسانة على الانتفاخ تدريجيًا بدلًا من التحطم. بالنسبة للخرسانة العادية، زاد اللف الكامل القوة بما يصل تقريبًا إلى 63% وزاد الانفعال النهائي للانضغاط أكثر من عشرة أضعاف. أظهرت الخرسانة المطاطية تحسينات أكثر دراماتيكية في القابلية للتشوه: في الخلطة ذات جزيئات المطاط الناعمة جدًا، ارتفع الانفعال النهائي بأكثر من 1300%. قدم اللف بالشرائط، الذي يترك بعض المناطق عارية، تحسّنات متوسطة لكنها ذات دلالة مع استخدام أقل للمادة، موضحًا المقايضة بين الأداء والتكلفة.

ماذا تكشف الأرقام والنماذج

بعيدًا عن اختبارات المختبر، بنى الباحثون صيغًا رياضية للتنبؤ بكيفية تصرف الخرسانة المحبوسة، اعتمادًا على قوتها دون لف، وكمية المطاط التي تحتويها، ومقدار الضغط الداخلي الذي يمكن أن يوفره غلاف GFRP. قاموا بمعايرة هذه الصيغ على بيانات الاختبار وأظهروا أنها قادرة على إعادة منحنيات الإجهاد‑الانفعال كاملةً بدقة—كيف تتصلب المادة وتبلغ ذروتها وتلين تحت الحِمل—لكلٍ من الخرسانات الطبيعية والمطاطية. عملت النماذج بشكل أفضل للنظام الخاص بألياف الزجاج المستخدم هنا وللمحتوى وأحجام الجزيئات المدروسة من المطاط. لا يُقصد بها أن تُطبّق بلا تمحيص على ألياف مختلفة أو نسب مطاط أعلى بكثير، لكنها تقدم أدوات تصميم للمهندسين الذين يريدون تحديد هذه المواد الأخضر بثقة.

خرسانة أكثر خضرة بحدود عملية

بالنسبة لغير المتخصص، الرسالة الأساسية واضحة: يمكن تحويل الإطارات القديمة من مشكلة نفايات عنيدة إلى جزء من هياكل أكثر أمانًا وأطول عمرًا، إذا أُعطيَت الخرسانة المطاطية الناتجة غلافًا رقيقًا من ألياف الزجاج. هذا المزيج لا يعيد مجرد الكثير من القوة المفقودة فحسب، بل يجعل المادة أكثر تسامحًا تحت الأحمال الثقيلة والصدمات. يوفر اللف الكامل أكبر هامش أمان، بينما يمكن أن يحقق اللف بالشرائط مكاسب كبيرة بتكلفة أقل. يشير المؤلفون إلى أن عملهم ركّز على اختبارات انضغاط قصيرة الأمد ومستوى استبدال واحد، لذا ما زال يلزم دراسة المتانة على المدى الطويل وظروف التحميل الأخرى. ومع ذلك، تشير النتائج إلى مستقبل يمكن أن تُخزن فيه الجسور والأعمدة والحواجز الواقية نفايات الإطارات بهدوء بينما تعمل بشكل أفضل من الخرسانة التقليدية.

الاستشهاد: Saingam, P., Chatveera, B., Hussain, Q. et al. Cost-effective FRP solutions for enhancing strength and strain of sustainable concrete made with waste tyre rubber. Sci Rep 16, 13540 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42110-0

الكلمات المفتاحية: الخرسانة المطاطية, إعادة تدوير الإطارات التالفة, احتجاز GFRP, البناء المستدام, تقوية الهياكل