تأثير مخلفات البناء والهدم على أداء الخرسانة الهيكلية خفيفة الوزن المستدامة القائمة على LC3

تحويل حطام المباني إلى هياكل جديدة قوية

في كل عام، تتراكم جبال من الطوب المكسور والخرسانة من المباني المهدمة في مكبات النفايات، بينما يطلق تصنيع الأسمنت الطازج المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أكثر من معظم مواد البناء الأخرى. تطرح هذه الدراسة سؤالاً معاصراً: هل يمكن أن يصبح حطام الأمس مادة بناء خفيفة الوزن ومنخفضة الكربون غداً—قوية بما يكفي للهياكل الحقيقية، وليس مجرد حشو؟ يوضح الباحثون كيف يمكن أن تحل محل مسحوق الطوب والخرسانة المعاد تدويرها جزءاً كبيراً من المكون الأكثر تلوثاً في الأسمنت عند معالجتها بدقة، مما يقلل الانبعاثات مع الاستمرار في تلبية المعايير الدولية للخرسانة الهيكلية.

لماذا تهم الخرسانة الأخف والأكثر خضرة

التكلفة المخفية للخرسانة هي وزنها وبصمتها المناخية. فالهياكل الأثقل تحتاج إلى مزيد من المواد في الأعمدة والأساسات، وإنتاج الأسمنت التقليدي يطلق كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري. تساعد الخرسانة خفيفة الوزن بتقليل «الحمل الميت» للمباني، مما يسمح بعناصر أرفع وأساسات أصغر، وهو ما يوفر المواد والطاقة بدوره. وفي الوقت نفسه، تشكل مخلفات البناء والهدم—وخاصة الطوب والخرسانة القديمة—مشكلة بيئية عندما تُرمى ببساطة. تجمع هذه الدراسة هذين التحديين معاً، مستكشفة ما إذا كانت المواد المعاد تدويرها يمكن أن تُخفف الخرسانة وتقلل الحاجة إلى الأسمنت الطازج في آن واحد.

من الحطام إلى لبنات البناء

ركز الفريق على مكون رابط أحدث وأقل انبعاثاً يُعرف بأسمنت الحجر الجيري والطين المحروق، أو LC3. وبدلاً من الاعتماد بشكل أساسي على كلنكر الأسمنت التقليدي، يمزج LC3 بينه وبين مسحوق الحجر الجيري وطين معالج بالحرارة. في هذه الدراسة، استبدل الباحثون المكونات المعتادة بمكونات مشتقة من المخلفات: استُخدم مسحوق الطوب المطحون ناعماً مكان الطين الخاص، واستبدل مسحوق الخرسانة المعاد تدويره مسحوق الحجر الجيري. كما سُحق الطوب القديم واستخدم كركام ناعم وخشن، بينما أدخلت كمية صغيرة من مادة مُدخلة للهواء فقاعات دقيقة لتقليل الوزن أكثر. تم إعداد تسعة خلائط خرسانية مختلفة إجمالاً، جميعها بنفس نسب الماء والمادة الرابطة وركام الطوب الأساسية، لكن مع كميات وأنواع متفاوتة من المساحيق المشتقة من المخلفات.

اختبار المقاومة والمتانة ومقاومة الحرارة

للحكم ما إذا كانت هذه الخلائط أكثر من مجرد تجارب صديقة للبيئة، وضعها الباحثون من خلال مجموعة اختبارات صارمة. قاسوا مدى سيولة الخرسانة الطازجة، ومدى كثافتها بعد الجفاف، وكيف تنتقل الموجات الصوتية عبرها—مؤشر على الجودة الداخلية. تتبعوا نمو مقاومتها الانضغاطية على مدى 7 و28 و90 يوماً، وما إذا كانت لا تزال تؤدي كخرسانة هيكلية خفيفة وفق قواعد التصميم الأوروبية. فُحصت المتانة بنقع العينات في محلول كبريتات المغنيسيوم القاسي لمدة تصل إلى ستة أشهر، كبديل للتربة العدوانية ومياه البحر، وببتسخينها إلى 200 و400 درجة مئوية لمحاكاة الحريق أو التعرض لدرجات حرارة عالية. كما فُحص امتصاص الماء ومحتوى المسام الكلي، لأن الخرسانة الأكثر انفتاحاً وعطاشاً تكون عادة أكثر عرضة للتلف مع مرور الوقت.

كيف آداءت الخرسانة المعتمدة على المخلفات

النتيجة المذهلة أن الخلائط التي استخدمت مسحوق الطوب المسحوق في المادة الرابطة تصرفت بشكل مشابه جداً لتلك التي استخدمت الطين التجاري المكرر، مع انخفاض طفيف فقط في المقاومة وارتفاع متواضع في امتصاص الماء. حتى مع استبدال ما يصل إلى 60% من الكلنكر، وصلت جميع هذه الخرسانات إلى مقاومات بعد 28 يوماً تتراوح تقريباً بين 24 و38 ميغاباسكال وكثافات جافة بين 1650 و1850 كيلوجراماً لكل متر مكعب—داخل نطاق الخرسانة الهيكلية خفيفة الوزن بشكل مريح. أثبت مسحوق الخرسانة المعاد تدويره كونه بديلاً أقسى لمسحوق الحجر الجيري: فالخرسانات التي استخدمته كانت أضعف إلى حد ما وأكثر مسامية، ما يعكس الطبيعة غير المنتظمة والم porous لهذه المخلفات. ومع ذلك، كل خلطة اعتمدت على المساحيق والركام المطمر من المخلفات استوفت عتبة الاستخدام الهيكلي. على صعيد واسع، صمدت الخلائط القائمة على LC3 جيداً في الظروف القاسية، فقد خسرت أقل من 0.7% من كتلتها تحت تعرض طويل للكبريتات واحتفظت بأكثر من 80% من مقاومتها بعد التسخين إلى 400 درجة مئوية.

ماذا يعني هذا لمباني المستقبل

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة أن الخرسانة المصنوعة بدرجة كبيرة من الطوب المهروس والخرسانة القديمة—مجمعة في مادة رابطة منخفضة الكربون ومضبوطة بعناية—يمكن أن تكون خفيفة وقوية بما يكفي للمباني الحقيقية. هناك مقايضات: الخلائط الغنية بالمخلفات تمتص المزيد من الماء وعند استخدام مسحوق الخرسانة المعاد تدويره تُفقد بعضاً من المقاومة مقارنة بأفضل الخلطات التقليدية. لكنها لا تزال تفي بالمعايير الهيكلية بينما تستبدل جزءاً كبيراً من الأسمنت الأكثر كثافة كربونياً وتعطي حياة ثانية لحطام الهدم. هذا يشير إلى مستقبل قد تُبنَى هياكل المباني الجديدة فيه من بقايا المباني القديمة، مما يخفض الانبعاثات ويوفر المواد الخام ويقلص حجم مخلفات البناء دون التضحية بالسلامة أو الأداء.

الاستشهاد: Sadik, E.K., Elrahman, M.A., Eltawil, K.A. et al. Impact of construction and demolition wastes on the performance of sustainable LC³-based structural lightweight concrete. Sci Rep 16, 13397 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48036-x

الكلمات المفتاحية: خرسانة مستدامة, إعادة تدوير مخلفات البناء, خرسانة خفيفة الوزن, أسمنت منخفض الكربون, آجر وخرسانة معاد تدويرهما