تثمين مسحوق الخرسانة النفاية كبديل مستدام عن غبار الحجر الجيري في الخرسانة التقليدية: دراسة حالة من البرتغال

تحويل نفايات الخرسانة إلى مورد مفيد

الخرسانة هي العمود الفقري للمدن الحديثة، لكنها تأتي بتكلفة بيئية كبيرة. إنتاج الأسمنت، المكوّن الأساسي في الخرسانة، يُطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، وفي الوقت نفسه تنتهي كميات هائلة من الخرسانة المستخدمة والمختبرة كنفايات. تستكشف هذه الدراسة ما إن كان يمكن لمسحوق ناعم مُستخرج من عينات اختبار الخرسانة المسحوقة، والتي عادة ما تُرمى بعد فحوصات الجودة، أن يحل بأمان جزءًا من الأسمنت الذي يُستبدل اليوم بغبار الحجر الجيري الناعم. إذا نجح ذلك، يمكن لمصانع الخرسانة نفسها التي تنتج هذه النفايات أن تحولها إلى مكوّن مفيد، مما يقلل من الانبعاثات وحجم المدافن.

من قوالب الاختبار المكسورة إلى مسحوق ناعم

في مصنع خرسانة جاهزة بالبرتغال، تُصب وتُسحق آلاف مكعبات العينات كل عام للتحقق من المقاومة، مُولِّدة نحو 200 طن من نفايات الخرسانة لكل مصنع سنويًا. بدلًا من اعتبار هذا نفايات، قامت الدراسة بسحق القطع المكسورة أكثر في طبل طحن ومنخلتها إلى مسحوق ناعم. استُخدم هذا المسحوق من عينات اختبار الخرسانة لاحقًا لاستبدال جزء من الأسمنت في منشورات ملاط وأحجام خرسانة كاملة، بنسب تتراوح بين 10 و30 بالمائة في الملاط و10 إلى 20 بالمائة في الخرسانة. للمقارنة، اختُبرت نفس نسب الاستبدال أيضًا باستخدام غبار الحجر الجيري المألوف الذي يستخدمه العديد من المنتجين اليوم.

كيف أدّت الخلطات الجديدة في المختبر

فحص المهندسون أولًا مدى قوة هذه الخلطات مع مرور الوقت. عندما استُبدل ما يصل إلى 10 بالمائة من الأسمنت بمسحوق الخرسانة النفاية، وصلت الملاطات والخرسانات الناتجة إلى مقاومات ضغط قريبة من تلك في الخلطة القياسية والخليط القائم على الحجر الجيري. إلا أنه بعد هذا المستوى انخفضت المقاومة بشكل ملحوظ، خصوصًا عند نسب الاستبدال 20 و30 بالمائة، لأن كمية الأسمنت النشطة المتاحة للربط كانت أقل ببساطة. ظلت الخلطات المحتوية على الحجر الجيري أقوى قليلًا من تلك التي احتوت مسحوق الخرسانة، ويرجع ذلك إلى حد كبير لأن جزيئات الحجر الجيري كانت أنعم وأكثر تماسكًا، لكن عند استبدال 10 بالمائة كان الفارق صغيرًا.

الماء والأملاح والقصة الداخلية

استكشفت الدراسة أيضًا سهولة مرور الماء والأملاح عبر الخرسانة، لأن هذه العمليات تؤثر بشدة على المتانة. عند مستوى استبدال متواضع قدره 10 بالمائة، خفّض كل من غبار الحجر الجيري ومسحوق الخرسانة فعليًا معدل امتصاص الماء إلى السطح، مما يشير إلى أن الجزيئات الناعمة ساعدت في ملء وتنقية المسامات الصغيرة قرب السطح. عند نسب الاستبدال الأعلى فقد هذا التأثير وزادت المسامية الإجمالية، مما سهل دخول الماء وخاصة أيونات الكلوريد، مثل تلك الناتجة عن أملاح إزالة التجمد أو رذاذ البحر. دعمت الاختبارات الميكروسكوبية والمعدنية هذه النتائج: فهي أظهرت أن كلًا من الحجر الجيري ومسحوق الخرسانة النفاية يتصرفان إلى حد كبير كحشوات خاملة، تساعد في نمو البلورات المبكر لكنها لا تضيف تفاعلاً كيميائيًا ذا وزن كبير. كانت جزيئات مسحوق الخرسانة أكثر خشونة وغير منتظمة، مما أدى إلى بنية داخلية أقل تماسكا قليلًا مقارنة بخلطات الحجر الجيري.

الأثر المناخي والاستخدام الدائري للمواد

نظرًا لأن الأسمنت هو أكبر مصدر للانبعاثات في الخرسانة، فإن أي تقليل في محتوى الأسمنت يمكن أن يخفض البصمة الكربونية للخلطة. باستخدام أداة تقييم دورة الحياة، حسب الباحثون ثاني أكسيد الكربون المنطلق لكل متر مكعب من الخرسانة. أدى استبدال 20 بالمائة من الأسمنت إما بغبار الحجر الجيري أو بمسحوق عينات الاختبار إلى تقليص الانبعاثات المتجسدة بنحو 17 بالمائة مقارنة بالخلطة المرجعية. عندما قُيّمت هذه الانبعاثات مقابِل المقاومة المحققة، وقعت كل الخلطات داخل نطاق أداء ضيق، ما يُظهر أن تحقيق وفورات ملحوظة في CO2 ممكن دون التضحية بكثير من المقاومة، طالما بقيت نسب الاستبدال معتدلة.

ماذا يعني هذا للخرسانة في المستقبل

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الرئيسية هي أن نفايات فحوصات الخرسانة الروتينية يمكن تحويلها إلى مكوّن مفيد يحل جزئيًا محل الأسمنت. عند مستوى استبدال يقارب 10 بالمائة، يحتفظ هذا المسحوق المعاد تدويره بالمقاومة والمتانة الأساسية على نحو مشابه للممارسات الحالية مع المساعدة في تقليل الانبعاثات وتجنب التخلص في المدافن. إذا زاد الاستبدال كثيرًا، تصبح الخرسانة أضعف وأكثر نفاذية. تشير هذه الدراسة إلى خطوة عملية وقريبة المدى نحو خرسانة أكثر دائرية وواعية للمناخ: اطحن نفاية تنتجها المصانع يوميًا وأعد إدخالها في الخلطات الجديدة، مع تحديد نسب الاستبدال عند مستويات تضمن موثوقية الأداء.

الاستشهاد: Özkan, H. Valorization of waste concrete powder as a sustainable substitute for limestone fines in conventional concrete: a case study from Portugal. Sci Rep 16, 15701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46343-x

الكلمات المفتاحية: نفايات الخرسانة, استبدال الأسمنت, غبار الحجر الجيري, الاقتصاد الدائري, البصمة الكربونية