تأثير عوامل الرغوة البيولوجية والزراعية على نفايات الخرسانة لتحضير مواد خزفية مسامية

تحويل الخرسانة القديمة إلى مواد جديدة مفيدة

في جميع أنحاء العالم، تتسارع وتيرة نمو المدن، ومع هذا النمو يتزايد تراكم الخرسانة المكسورة من المباني المهدمة. ينتهي الكثير من هذه الحطام في المكبات، مما يضيع المساحة والموارد الطبيعية. تستكشف هذه الدراسة طريقة مبتكرة لتحويل تلك الخرسانة غير المرغوب فيها إلى كتل خزفية مسامية خفيفة يمكن أن تساعد في إبقاء المباني دافئة أو باردة، باستخدام مواد يومية مثل الدقيق والخميرة ونشارة الخشب وقش القمح كجزء من العملية.

لماذا قد تكون المسام والثقوب مفيدة

يركّز الباحثون على نوع خاص من الخزف المملوء بمسام دقيقة. يمكن أن تكون هذه المسام مفتوحة ومتصلة، مما يسمح بمرور الغازات والسوائل، أو أكثر إغلاقًا، مما يحبس الهواء بداخلها. مثل هذه المواد جذابة لاستخدامات مثل المرشحات، وشعلات الغاز، ولوحات العزل لأن الهواء المحبوس أو الموجّه يبطئ تدفّق الحرارة ويمكنه تصفية الجسيمات. من خلال البدء بخرسانة محطمة وإضافة مكوّنات عضوية بسيطة، يهدف الفريق إلى بناء بنية مسامية دون الاعتماد على مواد كيميائية صناعية باهظة الثمن.

الطبخ باستخدام نفايات الخرسانة ومكونات المطبخ

لصنع هذه المواد، جفّف الفريق الخرسانة القديمة وسحَقها، وخلطها مع رمل وماء ونشا الذرة، ثم أضاف أحد المساعدات الرغوية المختلفة: دقيق القمح، الخميرة، مسحوق الخَبز، نشارة الخشب، أو قش القمح. يعمل النشا كغراء ومصدر للغاز؛ عند التسخين، ينتفخ ويحترق ويترك فراغات وراءه. تخلق المساعدات الرغوية المضافة غازات إضافية أو تحترق أثناء التحميص، مما ينحت مسامات إضافية. تُخلط العجينة إلى سائل لزج، وتُسخّن بلطف للسماح للفقاعات بالنمو والتثبّت، ثم تُحمّى أولًا عند 900 °م ثم عند درجات أعلى 1200 °م أو 1250 °م أو 1300 °م لتقسية وتقوية الكتل.

كيف يشكّل اختيار المساعد الرغوي المادة

أظهرت الاختبارات أن الحرارة والمساعد الرغوي معًا تتحكمان في مدى كثافة وصلابة وعزل الخزف النهائي. مع ارتفاع درجة التحميص، كان الميل نحو انكماش المسام أو إغلاقها جزئيًا، لذا أصبحت معظم العينات أقل مسامية لكن أكثر كثافة وصلابة. أنتج الدقيق والخميرة مواد شديدة المسامية، حيث وصلت عينات الدقيق إلى مسامية تفوق نصف حجمها مع تكوين شبكة صلبة من المسام الموصولة. أدت نشارة الخشب والقش، التي تحتوي على جزيئات أكبر، إلى مسامات أكبر وأكثر تفاوتًا لكنها حافظت على مسامية إجمالية عالية. بالمقابل، أنتج مسحوق الخَبز مسامات صغيرة نسبيًا وعند أعلى درجة حرارة شجع تكوّن أطوار زجاجية قلّلت المسامية أكثر من العينات الأخرى.

موازنة الصلابة والخفة وتدفّق الحرارة

تسلّط الاختبارات الميكانيكية والحرارية الضوء على مقايضات مهمة. كانت العينات الأكثر مسامية عمومًا أقل مقاومةً للسحق، لكن حجم المسام وشكلها دُلّا أيضًا. تميّزت السيراميك المستندة إلى نشارة الخشب بصلابتها، فبلغت أكثر من 5 ميغاباسكال عند 1300 °م بينما حافظت على نحو 38 بالمئة من حجمها كمسام. قدّمت عينات الدقيق صلابة أقل قليلًا لكنها امتازت بمسامية جيدة وأدنى نقل حراري مقاس، مما يجعلها واعدة للعزل. أظهرت قياسات انتقالية الحرارة والموصلية الحرارية أن جميع الإضافات العضوية خفّضت تدفّق الحرارة مقارنة بعينة أساسها الخرسانة البسيطة، وكان الدقيق والخبز (الخميرة) والنشارة الأفضل أداءً كمحسّنات عزل طبيعية.

من حطام المباني إلى العزل والمرشحات المستقبلية

بشكل عام، تُظهر الدراسة أنه يمكن تحويل الخرسانة المكسورة إلى خزف مسامي مفيد باستخدام نواتج ثانوية بيولوجية وزراعية شائعة بدلًا من المواد الكيميائية الصناعية المكلفة. من خلال ضبط درجة التحميص ونوع المساعد الرغوي، من الممكن ضبط التوازن بين الصلابة والوزن والعزل. تمتلك المواد الناتجة إمكانية الاستخدام في شعلات الغاز، ووحدات الترشيح، وطبقات مقاومة للحرارة، مع تقليل نفايات المكب والطلب على المعادن الخام الطازجة. للقراء غير المتخصصين، الرسالة الأساسية أن مكوّنات يومية مثل الدقيق والخميرة ونشارة الخشب يمكن أن تساعد في تحويل حطام البناء إلى مواد بناء أكثر ذكاءً واستدامة.

الاستشهاد: Khattab, R.M., Abo-Almaged, H.H., Ali, .M. et al. Effect of biological and agricultural foaming agents on concrete waste for the preparation of porous ceramic materials. Sci Rep 16, 15463 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52176-5

الكلمات المفتاحية: خزف مسامي, إعادة تدوير الخرسانة, العزل الحراري, نشارة الخشب والقش, عوامل رغوية