تحسين أداء الركام المعاد تدويره والركام الخزفي باستخدام طلاء نانوي من أكسيد الغرافين

تحويل أنقاض المباني إلى مورد

في كل مرة تُهدَم فيها مبانٍ، تتكوّن جبال من الخرسانة المتكسرة والطوب. كثير من نفايات البناء والهدم هذه لا تزال تنتهي في المدافن، رغم أنها قادرة على استبدال الحصى والحجر المستخرج من المحاجر لصنع خرسانة جديدة. تبحث هذه الدراسة في حيلة بمقياس النانو — استخدام رقائق رقيقة جداً من أكسيد الغرافين — لجعل هذه القطع المعاد تدويرها تتصرف بشكل أقرب إلى الحجر الطبيعي عالي الجودة، مما يفتح الباب أمام مبانٍ أقوى وأكثر دواما وأكثر استدامة.

لماذا يصعب إعادة استخدام الخرسانة والطوب القديمة

تتشابه قطع الركام المعاد تدويرها إلى حد كبير مع الحصى المستخدم في الخرسانة الطازجة، لكنها تمتص كميات أكبر بكثير من الماء. أسطحها خشنة ومسامية، مليئة بشقوق وثقوب دقيقة، خاصة في القطع التي تحتوي على ملاط إسمنتي قديم أو طين مطفأ. تجعل هذه القدرة العالية على امتصاص الماء من الصعب على المهندسين التحكم في كيفية تدفق الخرسانة الجديدة وتصلبها، كما يمكن أن تترك مزيداً من الممرات التي تسمح للماء والمواد الضارة بالتسلل مع مرور الوقت. ونتيجة لذلك، غالبًا ما تحد المعايير الإنشائية الصارمة من كمية المادة المعاد تدويرها التي يمكن استخدامها، حتى في مناطق مثل الاتحاد الأوروبي التي تشجع بنشاط صناعة إنشاءات أكثر دائرية وأقل هدرًا.

طبقة واقية رقيقة من صفائح الكربون

اختبر الباحثون ما إذا كان أكسيد الغرافين — مادة كربونية مكوّنة من صفائح بسمك بضعة ذرات فقط — يمكن أن يعمل كطبقة واقية لركام التدوير. عملوا مع نوعين من الجسيمات الخشنة المأخوذة مباشرة من مصنع إعادة التدوير: نوع أساسي من الخرسانة المسحوقة ونوع أساسي من المواد الخزفية المكسورة مثل الطوب والبلاط. غُمرت كلا المادتين لمدة عشر دقائق فقط في معلق مائي من أكسيد الغرافين، ثم جُففت في فرن منخفض الحرارة. أثناء هذا الحمام، يتسرب جزء من السائل إلى المسام بينما تلتصق رقائق أكسيد الغرافين المسطحة بجدران المسام الداخلية والسطح الخارجي، مكوِّنةً طبقة رقيقة جدًا لكنها مستمرة.

جعل الأنقاض أقل عطشًا وأكثر متانة

بعد الطلاء، قارن الفريق سلوك الجسيمات المعالجة وغير المعالجة في عدة اختبارات بسيطة لكنها معبرة. أولاً، قاسوا مقدار الماء الذي يمكن أن تمتصه الركام. خفّض علاج أكسيد الغرافين من امتصاص الماء بنحو خُمس في جسيمات الخرسانة المعاد تدويرها وبنحو رُبع في الجسيمات الخزفية، مع استفادة المواد الخزفية الأكثر مسامية على نحو أكبر. والأهم أن وزن الجسيمات الإجمالي لم يزد؛ بل انخفض قليلاً لأن خطوة الغمر غسلت الغبار الفضفاض، ما يعني أن التحسّن نجم عن سد المسام وتحسين الأسطح بدلاً من إضافة مادة صلبة بكتلة كبيرة.

الصمود أمام الاهتزاز الشديد والفحص الدقيق

لمعرفة مدى ثبات الطبقة الملتصقة، تعرّضت الركام بشكل متكرر لموجات فوق صوتية في الماء، وهي معالجة قاسية تميل إلى نزع الحبيبات الملتصقة بشكل ضعيف. فقدت الجسيمات المطلية مادة أقل بشكل ملحوظ من غير المطلية — نحو 17% أقل فقدًا في الركام القائم على الخرسانة و25% أقل في الركام القائم على الخزف — ما يدل على أن أسطحها أصبحت أكثر تماسكًا. أكدت الصور عالية التكبير ما دلّت عليه هذه الأرقام: شكّل أكسيد الغرافين فيلمًا رقيقًا مطابقًا للأسطح الخشنة، كما بطّن وملأ جزئياً المسام الداخلية. قلّص هذا من حجم أصغر المسام التي تتحمل مسؤولية كبيرة في جذب الماء، ومع ذلك بقي الطلاء رقيقًا بما يكفي للحفاظ على الخشونة الطبيعية التي تساعد الخرسانة الجديدة على الالتصاق جيدًا.

من معالجة مخبرية إلى إنشاء أكثر خضرة

معًا، تُظهر هذه النتائج أن معالجة بسيطة بالغمر ثم التجفيف باستخدام جرعة منخفضة من أكسيد الغرافين يمكن أن تجعل الركام المعاد تدويره من الخرسانة والخزف أقل امتصاصًا وأكثر مقاومة لتلف السطح. وبما أن الطريقة تشبه خطوة غسيل إضافية، يجادل المؤلفون بأنه يمكن دمجها في عمليات مصانع إعادة التدوير الحالية بتكلفة متواضعة، مع إضافة ضئيلة إلى الأثر المناخي الإجمالي للخرسانة. إذا تم اعتمادها على نطاق واسع، فقد تساعد هذه الطبقات النانوية الرقيقة في تحويل أنقاض المباني اليوم إلى مواد خام موثوقة غدًا، مما يقلل الحاجة إلى استخلاص جديد من المحاجر ويخفض البصمة البيئية لقطاع البناء.

الاستشهاد: Antolín-Rodríguez, A., García-González, J., Guerra-Romero, M.I. et al. Performance improvements of recycled concrete and ceramic aggregates using graphene oxide nanocoating. Sci Rep 16, 12971 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42362-w

الكلمات المفتاحية: الخرسانة المعاد تدويرها, أكسيد الغرافين, نفايات البناء, طلاء نانوي, مواد بناء مستدامة