خصائص الخرسانة الرغوية باستخدام Fe(II) كمثبت للرغوة لبروتين بذور اليقطين المهدرج

جدران أكثر خضرة من بذور يومية

الحفاظ على دفء المباني في الشتاء وبرودتها في الصيف غالبًا ما يعتمد على ما يكون مخفيًا داخل جدرانها. مادة واعدة هي الخرسانة الرغوية، وهي نوع من الخرسانة خفيفة الوزن مملوءة وفقاعات هواء صغيرة تعمل كعازل. تستكشف هذه الدراسة مصدرًا بسيطًا وغير متوقع لجعل تلك الرغوة أكثر استقرارًا وأكثر استدامة: بروتينات مستخرجة من بذور اليقطين، معزَّزة بكمية صغيرة من الحديد. تبيّن العمل كيف أن ضبط طريقة معالجة هذه المكونات الطبيعية يمكن أن ينتج خرسانة رغوية أكثر صلابة، ومقاومة للماء، وأكثر تجانسًا لمبانٍ موفرة للطاقة.

لماذا تهم الخرسانة الرغوية

الخرسانة الرغوية مليئة بجيوب هوائية محكمة الإغلاق تجعلها خفيفة ومقاومة للحريق وجيدة في حجب الحرارة والصوت. لكن أداؤها يعتمد على مدة بقاء فقاعات الرغوة أثناء تصلب الخرسانة. إذا انفجرت الفقاعات أو اندمجت، قد يصبح المادة النهائية غير متجانسة أو ضعيفة أو مسربة. تعتمد العديد من عوامل الرغوة الحالية على مواد سطحية صناعية يمكن أن تكون مكلفة وتستهلك طاقة عالية في إنتاجها وأحيانا صعبة التحلل في البيئة. تعمل رغوات البروتينات الحيوانية جيدًا لكنها تثير مخاوف بشأن الإمداد والمعالجة. البروتينات النباتية أكثر استدامة، إلا أنها عادةً تشكل رغوات أضعف. سعى المؤلفون إلى تصحيح هذه الضعف دون الاعتماد على مضافات صناعية إضافية.

تحويل بذور اليقطين إلى مكوّن رغوي

بدأ الفريق بمعالجة بذور اليقطين بمحلول قلوي ساخن لسحب البروتينات إلى الماء وتفكيكها جزئيًا إلى قطع أصغر، مكوّنًا بروتين بذور اليقطين المهدرج. بدؤوا بتغيير ثلاث شروط معالجة بسيطة بشكل منهجي — قلوية المحلول (قيمة pH)، ودرجة الحرارة، ومدة التفاعل — وقياس كمِّية الرغوة التي يمكن للسائل الناتج إنتاجها. باستخدام طريقة تحسين إحصائية، وجدوا نقطة مثالية: pH قيمته 11.5، ودرجة حرارة 55 °م، ومدة تفاعل 1.5 ساعة. تحت هذه الظروف، أنتج محلول بروتين اليقطين أكبر حجم رغوة وأكثر اتساقًا، مما يُظهر أن التحكم الدقيق في المعالجة يمكن أن يحول بذرة شائعة إلى عامل رغوة فعّال.

الحديد كحارس هادئ للفقاعات

بعد ذلك، أضاف الباحثون الحديد في صورته Fe(II)، مذابًا على شكل كبريتات الحديدوز، إلى محلول بروتين اليقطين. على المستوى الجزيئي، تلتصق أيونات الحديد بأجزاء من البروتين كارهة للماء، مما يشجع جزيئات البروتين على التكتل لتشكيل جسيمات أكبر، وجزئيًا كارهة للماء. أكدت تجارب المجهر وانتشار الأشعة السينية أن هذه المجموعات الحديد–بروتين تكبر في الحجم وتتغير بنيتها عند إضافة المزيد من الحديد. تتجمع هذه الكتل المتضخمة على أسطح الفقاعات، مكونة أغشية سائلة أكثر سمكًا وقوة. نتيجة لذلك، يفقد الرغوة مائعًا ببطء أكبر، وتقاوم الانهيار وتظهر كثافة ولزوجة أعلى، وكلها علامات على شبكة فقاعية أقوى.

فقاعات أفضل تصنع خرسانة أفضل

لاختبار ما إذا كانت هذه الرغاوى المحسنة مهمة في المواد الإنشائية الحقيقية، قارنت المجموعة بين خرسانة مصنوعة من رغوة اليقطين المثبتة بالحديد وخرسانة مصنوعة بعامل رغوة نباتي تجاري. كان لكلتا الخرستين كثافة كلية متشابهة، لكن سلوكهما اختلف اختلافًا كبيرًا. أنتجت الرغوة المحسَّنة بالحديد خرسانة ذات مقاومة انضغاطية أعلى بعد المعالجة، وانكماش جفاف أقل، وامتصاص ماء منخفض بشكل ملحوظ. كشفت تصويرات بالأشعة السينية والمجهر الإلكتروني عن السبب: احتوت الخرسانة المطورة على مسام أكثر تجانسًا وأصغر حجمًا ذات جدران أنعم وأكثر اكتمالًا وقِشَر أقل. تحولت الفقاعات التي ولّدها نظام الحديد–اليقطين مباشرة إلى بنية داخلية أكثر تماسكًا ومتانة.

ماذا يعني هذا لمبانٍ المستقبل

بعبارات بسيطة، تُظهر الدراسة أن عامل رغوة مصنوعًا من بذور اليقطين المعالجة وكمية متواضعة من الحديد يمكن أن يتفوّق على المنتجات النباتية القياسية مع البقاء معتمدًا على مواد خام متجددة ووفيرة. عبر تقوية الأغشية المجهرية حول الفقاعات، يساعد الحديد في الحفاظ على رغوة دقيقة ومتجانسة تؤدي إلى خرسانة رغوية أقوى، أقل تسربًا وأكثر ثباتًا أبعاديًا. يشير هذا النهج إلى مواد عازلة أكثر خضرة تهدر طاقة أقل على مدى عمر المبنى، ويبرهن كيف أن تعديلات كيميائية بسيطة يمكن أن يكون لها آثار عملية كبيرة على الأماكن التي نعيش ونعمل فيها.

الاستشهاد: Song, N., Zhang, Z., Ma, C. et al. Properties of foamed concrete utilizing Fe(II) as foam stabilizer for hydrolyzed pumpkin seed protein. Sci Rep 16, 12934 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43413-y

الكلمات المفتاحية: الخرسانة الرغوية, بروتين بذور اليقطين, مواد البناء الصديقة للبيئة, ثبات الرغوة, المضافات القائمة على الحديد