رمل الماجنيتيت كمادة منخفضة التكلفة للحماية الكهرومغناطيسية وتعزيز الخواص الميكانيكية للخرسانة

لماذا الجدران الأكثر أمانًا مهمة في عالم لاسلكي

الحياة الحديثة يغمرها موجات غير مرئية من الهواتف وأجهزة توجيه الواي‑فاي والرادار والأجهزة الطبية. وبينما تجعل هذه الإشارات أجهزتنا تعمل، يشعر العلماء بالقلق من أن التعرض طويل الأمد لموجات كهرومغناطيسية قوية قد يؤثر على صحة الإنسان والإلكترونيات الحساسة. تستكشف هذه الدراسة فكرة بسيطة ذات تداعيات كبيرة: هل يمكننا تحويل الجدران الخرسانية العادية إلى دعامات منخفضة التكلفة تعمل على حجب جزء من هذا الإشعاع وفي الوقت ذاته تجعل المباني أقوى من الناحية الإنشائية؟

تحويل رمل الشاطئ إلى جدران واقية

ركز الباحثون على الماجنيتيت، وهو معدن غني بالحديد وذو خصائص مغناطيسية يوجد طبيعياً في الرمال السوداء في مصر. بدلاً من استخدامه كمسحوق تقني متقدم أو طلاء، عاملوا الماجنيتيت كأنّه رمل عادي وخلطوه مباشرة في خلطات الخرسانة القياسية. باستبدال 10 و20 و30 و40 بالمئة من الرمل العادي بماجنيتيت مطحون ناعماً، صنعوا سلسلة من البلاطات والكتل الاختبارية التي يمكن مقارنتها بالخرسانة التقليدية. تحافظ هذه المقاربة على انخفاض التكاليف وتستفيد من مورد متاح بكميات كبيرة، مما يجعلها واقعية للبناء اليومي.

كيف يتعامل الخرسانة الجديدة مع الموجات الطائشة

لمعرفة مدى قدرة خرسانة الماجنيتيت على إضعاف الموجات الكهرومغناطيسية المارة، وضع الفريق البلاطات بين هوائيين وقيَسوا كمية الإشارة التي تمر عبر نطاق ترددي واسع (من 2 إلى 12 جيجاهرتز، يغطي ذلك العديد من تطبيقات الرادار والواي‑فاي والاتصالات). مع زيادة حصة الماجنيتيت، حجبت البلاطات طاقة واردة أكبر. أفضل خليط أداءً، مع استبدال 40 بالمئة من الرمل، خفّض قدرة الموجة بحوالي 18 ديسيبل حول 8 جيجاهرتز — ما يعني أن جزءاً صغيراً فقط من الطاقة الأصلية ظهر على الجانب الآخر. هذا المستوى ليس كافياً لإنشاء «قبو صامت» لاسلكياً تماماً، لكنه مهم بالنسبة لعناصر بناء عادية مطلوبة لأسباب هيكلية بالفعل.

أقوى وأكثر كثافة، لكن أصعب قليلاً في الصب

لم يكتفِ الماجنيتيت بالتأثير على الموجات، بل غيّر خصائص الخرسانة نفسها أيضاً. لأن حبيبات الماجنيتيت أثقل بكثير وتتشابك أكثر من الرمل العادي، أصبحت الخرسانة أكثر كثافة مع ارتفاع نسبته، حيث ارتفعت الكثافة الجافة بنحو 13 بالمئة عند أعلى مستوى. تُرجمت هذه الكثافة إلى فوائد ميكانيكية واضحة: زادت مقاومة الضغط (الحمولة التي يمكن أن يتحملها الكتلة عند الضغط) بنحو 35 بالمئة، وتحسنت مقاومات الشد والانحناء — الهامّة لمقاومة التشققات والانعطاف — وإن كانت بتحسن أكثر تواضعاً. أظهرت العينات التجريبية المحتوية على الماجنيتيت تشققات أضيق وأكثر التواءً وفشلاً أقل هشاشة ومفاجأة، ما يشير إلى أنها قد تباعد الطاقة بشكل أفضل تحت الإجهاد. المقابل هو أن الخرسانة الطازجة التي تحتوي على قدر كبير من الماجنيتيت كانت أقل «سيلاناً»، مما يجعل صبها أصعب قليلاً دون استخدام إضافات تستعيد قابلية التشغيل.

موازنة الأداء والتكلفة والعملية

مقارنة بالعديد من مواد الحجب التجريبية — مثل أنابيب الكربون النانوية والألياف المتقدمة أو مواد الحشو القائمة على الجرافين — تبرز مقاربة الماجنيتيت ببساطتها وتكلفتها. قد تحجب الإضافات الغريبة إشعاعات أكثر، لكنها مكلفة وصعبة التوسع لاستخدامات واسعة النطاق مثل عمارات السكن والمستشفيات أو مراكز البيانات. الخيارات الأرخص مثل فتات المعادن النفايات أو مساحيق الكربون البسيطة تقدم حماية محدودة. بالمقابل، رمل الماجنيتيت المصري متوفر نسبياً ويباع بسعر معقول للطن، ومع ذلك يقدم قدرات حجب ومكاسب ميكانيكية ذات مغزى عند خلطه في الخرسانة باستخدام طرق ومعدات قياسية.

مسار نحو مبانٍ ذكية أكثر في الحياة اليومية

بعبارة بسيطة، تُظهر الدراسة أن استبدال جزء من الرمل في الخرسانة بالماجنيتيت يمكن أن يمنح الجدران العادية «مهمة مزدوجة». فهي لا تزال تحمل وزن المبنى، لكنها الآن أيضاً تساهم في كتم بعض الموجات الكهرومغناطيسية، مما يخلق مساحات أكثر هدوءاً للناس والأجهزة داخلها. بينما لا يلغي هذا الحاجة إلى حجب متخصص حيثما تتطلب الحماية المطلقة، فإنه يقدم وسيلة ميسورة لتقليل التلوث الكهرومغناطيسي الخلفي في المنازل والمكاتب والمرافق الحيوية. ومع استمرار توسّع تقنيات الاتصالات اللاسلكية، قد تصبح مثل هذه المواد البنائية متعددة الأغراض أداة عملية لتصميم مبانٍ أكثر أماناً ومرونة.

الاستشهاد: El-Gohary, S.H., El-Nadoury, W.W., Kholief, E.A. et al. Magnetite sand as a low-cost material for electromagnetic shielding and mechanical enhancement of concrete. Sci Rep 16, 14651 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47469-8

الكلمات المفتاحية: الحجب الكهرومغناطيسي, الخرسانة, رمل الماجنيتيت, مواد البناء, الإشعاع اللاسلكي