اقرأ في هذا المقال
- ما هي الخرسانة الجيوبوليمرية المستخدمة في البناء؟
- تكوين الخرسانة الجيوبوليمرية
- الخواص الميكانيكية للخرسانة الجيوبوليمرية
- الخصائص الأخرى للخرسانة الجيوبوليمرية
- تطبيقات الخرسانة الجيوبوليمرية
ما هي الخرسانة الجيوبوليمرية المستخدمة في البناء؟
قد يرتبط تطوير بلد ما بشكل مباشر بتطوير صناعة الأسمنت. الأسمنت البورتلاندي هو أكثر المواد التي صنعها الإنسان على وجه الأرض والمستخدمة في صناعة الخرسانة، وهي أكثر مواد البناء انتشارًا على هذا الكوكب. يتزايد الطلب على الأسمنت بشكل مستمر، ومن المتوقع أن يزداد إنتاج الأسمنت والخرسانة في العقود القادمة. يستخدم بعض الاقتصاديين إنتاج الخرسانة كمقياس للقوة الاقتصادية للبلد. تستهلك صناعة الأسمنت كميات هائلة من المواد الخام والطاقة. بصرف النظر عن هذا، يتم إنتاج كمية كبيرة من النفايات الصلبة والانبعاثات الغازية وخاصة ثاني أكسيد الكربون.
تعتبر صناعة الأسمنت واحدة من بواعث غازات الاحتباس الحراري، بحيث يتم إنتاج 0.83 كجم من ثاني أكسيد الكربون لكل كجم من إنتاج الأسمنت ممّا يؤدي إلى 8% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ العالمية. أجبرت عيوب الخرسانة المذكورة أعلاه الباحثين على إيجاد روابط جديدة كبديل للخرسانة الإسمنت التقليدية بحيث يمكن الحصول على أفضل وأقل طاقة ومواد خام تستهلك مع انبعاثات أقل من غازات الاحتباس الحراري. الآن، أحد أهم مواد الربط الجديدة هو الأسمنت الجيوبوليمري.
خرسانة الجيوبوليمر هي مادة بناء مبتكرة وَصديقة للبيئة وَبديل لِخرسانة الأسمنت البورتلاندي. يقلّل استخدام الجيوبوليمر من الطلب على الأسمنت البورتلاندي المسؤول عن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالية. الجيوبوليمر هو الاسم الذي أطلقه المهندس (Daidovits) في عام 1978 على المواد التي تتميز بالسلاسل أو الشبكات أو الجزيئات غير العضوية. تصنع خرسانة الأسمنت الجيوبوليمرية من استخدام مواد النفايات مثل الرماد المتطاير وخبث أفران الصهر المحبب.
الرماد المتطاير هو ناتج النفايات الناتج عن محطة الطاقة الحرارية ويتم توليد خبث أفران الصهر الحبيبية كمواد زائدة عن الاستخدام في مصانع الحديد. تتم معالجة كل من الرماد المتطاير وخبث أفران الصهر المحبب بواسطة التكنولوجيا المناسبة وتستخدم لأعمال الخرسانة في شكل خرسانة جيوبوليمر. يساعد استخدام هذه الخرسانة في تقليل أوساخ الحديد وتقليل انبعاثات غاز الكربون عن طريق تقليل الطلب على الأسمنت البورتلاندي.
تم تحضير العديد من خلطات الخرسانة الجيوبوليمرية واختبارها لِخصائص القوة للخرسانة والمتانة الخرسانية ومقارنتها بمزيج التحكّم من الأسمنت البورتلاندي العادي. بناءً على الخواص الميكانيكية للخلطات المختلفة، تم تحديد مزيج خرساني جيوبوليمر مثالي. تمت دراسة مزيج التحكّم والجيوبوليمر الأمثل للخصائص الهيكلية الدقيقة من خلال الفحص المجهري الإلكتروني.
المكون الرئيسي لمصدر الجِيوبوليمرات لِلسيليكون والألمنيوم والذي يتم تَوفيره بواسطة مواد طبيعية منشَّطة حرارياً (مثل الكاولينيت) أو المنتجات الثانوية الصناعية (مثل الرماد المتطاير أو اللوح) ومحلول تنشيط قلوي يقوم ببلمرة هذه المواد في سلاسل وشبكات جزيئية لإنشاء مادة رابطة صلبة. ويسمّى أيضًا باسم الأسمنت المنشّط القلوي أو الأسمنت البوليمر غير العضوي.
تكوين الخرسانة الجيوبوليمرية:
المواد التالية مطلوبة لإنتاج الخرسانة الجيوبوليمرية:
- محلول المنشط القلوي: يستخدم نظام السائل الحفاز كمحلول منشط قلوي. إنّه مزيج من محاليل السيليكات القلوية والهيدروكسيدات إلى جانب الماء المقطّر. يتمثل دور محلول المنشط القلوي في تنشيط مواد المصدر الجيوبوليمرية التي تحتوي على سيليكون والألومنيوم مثل الرماد المتطاير وخبث أفران الصهر المحبب.
- الرماد المتطاير: وهو منتج ثانوي لمحطة الطاقة الحرارية.
- خبث أفران الصهر المحبب: منتج ثانوي لمصنع الحديد.
- الركام:الركام الناعم والخشن كما هو مطلوب للخرسانة العادية.
الخواص الميكانيكية للخرسانة الجيوبوليمرية:
تم العثور على قوة ضغط للخرسانة الجيوبوليمرية تصل إلى 70 ميجا باسكال (نيوتن لكل مم 2). تكتسب الخرسانة قوة ضغطها بسرعة وأسرع من الخرسانة الأسمنتية البورتلاندية العادية. تم العثور على قوة الخرسانة بعد 24 ساعة لتكون أكثر من 25 ميجا باسكال. تم العثور على قوة الانضغاط بعد 28 يومًا من 60 إلى 70 ميجا باسكال.
الخصائص الأخرى للخرسانة الجيوبوليمرية:
- انكماش الجفاف أقل بكثير مقارنة بالخرسانة الأسمنتية. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا للأعضاء الإنشائية الخرسانية السميكة والمقيدة بشدة.
- لديها حرارة منخفضة من الماء بالمقارنة مع الخرسانة الأسمنتية.
- مقاومة الحريق أفضل بكثير من الخرسانة القائمة على خرسانة الاسمنت التقليدية.
- تصنيف نفاذية كلوريد الجاس الخرساني من منخفض إلى منخفض جدًا وفقًا لطريقة الاختبار القياسية للدلالة الكهربائية على قدرة الخرسانة على مقاومة اختراق أيونات الكلوريد. إنّه يوفر حماية أفضل لحديد التسليح من التآكل مقارنة بخرسانة الأسمنت التقليدية.
- تم العثور على هذه الخرسانة لديها مقاومة عالية للغاية للأحماض عند اختبارها تحت التعرّض لأحماض الكبريتيك بنسبة 2% و 10%.
تطبيقات الخرسانة الجيوبوليمرية:
التطبيقات هي نفسها الخرسانة الأسمنتية. ومع ذلك، لم يتم بعد استخدام هذه المواد بشكل شائع في العديد من التطبيقات. تم استخدام هذه الخرسانة لبناء الأرصفة والجدران الاستنادية وخزانات المياه وطوابق الجسور الجاهزة. تم إنشاء أول مبنى إنشائي في العالم مؤخرًا، معهد التغيير العالمي التابع لجامعة كوينزلاند باستخدام الخرسانة الجيوبوليمرية. إنّه مبنى مرتفع مكون من أربعة طوابق للاستخدام العام.
