اقرأ في هذا المقال
- ما هو الرماد المتطاير في الخرسانة؟
- الرماد المتطاير كمادة تكميلية في الخرسانة
- تصنيف الرماد المتطاير في الخرسانة والتركيب الكيميائي
- عملية حرق الرماد المتطاير
- تباين خواص الخرسانة مع الرماد المتطاير
- تطبيقات الرماد المتطاير في الخرسانة
ما هو الرماد المتطاير في الخرسانة؟
لسنوات عديدة، تم استخدام المواد الإسمنتية التكميلية على نطاق واسع كعنصر أساسي في إنتاج الخرسانة. وقد كان الدافع وراء ذلك جهود الاستدامة وتقليل الأثر البيئي. في المقابل، تهدف هذه الدراسة إلى مناقشة أنواع وخصائص ومزايا واستخدامات الرماد المتطاير في الخرسانة. وهو منتج ثانوي لقشر الأرز الموجود بكثرة في الفلبين، كبديل جزئي للأسمنت البورتلاندي العادي. اقترحت دراسات مختلفة القيم المُثلى لاستبدال رماد قشر الأرز، من 10% إلى 20%، ممّا أظهر تحسنًا كبيرًا في قوة الخرسانة المخلوطة الناتجة.
ومع ذلك، فإنّ هذه القيم المُثلى تعتمد بشكل كبير على التحضير المحترق لرماد قشر الأرز الذي يؤثر سلبًا على مكونات السيليكا غير المتبلورة، وبالتالي على الأنشطة البوزولانية لرماد قشر الأرز في الخرسانة. يتم توفير نهج محتمل لتحويل قشر الأرز إلى رماد قشر الأرز مُحسّن وعالي التفاعل عن طريق الاحتراق والطحن المتحكّم فيهما. تم فحص تأثير رماد قشر الأرز في مقاومة الملاط الأسمنتي من خلال النسب المختلفة 5 و 10 و 15 و 20% من رماد قشر الأرز عن طريق استبدال الوزن للأسمنت.
بعض النتائج هي الاحتراق المتحكّم فيه لِلرطوبة النسبية مع درجة حرارة تتراوح من 400 إلى 600 درجة مئوية وطريقة التبريد البطيئة لمدة 6 إلى 8 ساعات كانت من العوامل الحاسمة اللازمة لإنتاج محتوى عالي من السيليكا، الخرسانة تحتوي على ما يصل إلى 10% من استبدال رماد قشر الأرز وهو الأمثل في زيادة قوة ملاط الأسمنت، ودمج رماد قشر الأرز في الخرسانة بنسبة 15% و 20% واستبدال بالوزن يشير إلى قابلية تشغيل أقل.
تقدم مراجعة للأبحاث الحديثة في معهد الخرسانة الأمريكي التي تركّز على متانة الخرسانة والملاط المحتوي على رماد قشر الأرز. بحيث كان الغرض من التحقيق هو تحديد آثار رماد قشر الأرز في منتجات الأسمنت المعرّضة لبيئات معادية. تم تضمين نتائج الأبحاث المختبرية حول هجوم حمض الهيدروكلوريك، وهجوم الكبريتات وتفاعل قلوي السيليكا وعمل الصقيع على الملاط أو الخلائط الخرسانية المحتوية على رماد قشر الأرز.
أظهرت النتائج أن الملاط أو الخرسانة المحتوية على رماد قشر الأرز أظهرت انخفاضًا كبيرًا في فقد الكتلة عند التعرّض لمحلول حمض الهيدروكلوريك وانخفاض كبير في تمدد القلويات والسيليكا والكبريتات. أيضًا، تم العثور على مقاومة الصقيع للخرسانة غير المحتوية على الهواء المحتوي على رماد قشر الأرز أعلى بكثير من الخلائط الخرسانية المماثلة المحتوية على دخان السيليكا.
يستخدم رماد قِشر الأرز في البناء الخرساني كبديل للأسمنت. تُعطي صناعات طحن الأرز قشر الأرز المنتج الثانوي. بسبب زيادة معدّل التلوث البيئي واعتبار عامل الاستدامة جعل فكرة استخدام قشر الأرز. سيتم شرح أسباب استخدام قشر الأرز كبديل للأسمنت في صناعة الخرسانة في الأقسام التالية. للحصول على فكرة مناسبة عن أداء قشر الأرز في الخرسانة، يجب إجراء دراسة مفصّلة عن خصائصها. يتم الحصول على حوالي 100 مليون طن من المنتجات الثانوية لحقول الأرز في جميع أنحاء العالم.
لديهم كثافة سائبة منخفضة جدًا تتراوح من 90 إلى 150 كجم لكل م 3. ينتج عن هذا قيمة أكبر للحجم الجاف. قشرة الأرز نفسها لها سطح خشن للغاية وهي مادة كاشطة بطبيعتها. وبالتالي فهي مقاومة للتدهور الطبيعي. هذا من شأنه أن يؤدي إلى التخلّص من مشاكل غير السليمة. لذا، فإنّ طريقة استخدام هذه المنتجات الثانوية لصنع منتج جديد هي أفضل فكرة مستدامة. من بين جميع الصناعات لإعادة استخدام هذا المنتج، هناك صناعات تصنيع الأسمنت والخرسانة هي تلك التي يمكنها استخدام قشر الأرز بطريقة أفضل.
الرماد المتطاير كمادة تكميلية في الخرسانة:
يحتوي رماد قشر الأرز على تفاعل جيد عند استخدامه كبديل جزئي للأسمنت. هذه هي بارزة في البلدان التي يكون فيها إنتاج الأرز وفيرًا. تم العثور على رماد قشر الأرز بشكل صحيح ليكون نشطًا داخل عجينة الأسمنت. لذلك، يُعَد الاستخدام والتطبيق العملي لرماد قشر الأرز لتصنيع الخرسانة أمرًا مهمًا. درس معهد الخرسانة الأمريكي تأثيرات رماد قشر جوز الهند ورماد قشر الأرز كبدائل للأسمنت بنسب مختلفة على قابلية التشغيل ووقت الإعداد وقوة الانضغاط وقوة الانسحاب للخرسانة.
تم فحص خرسانة تحتوي على استبدال جزئي للأسمنت بنسبة 20 و 40% من رماد قشر الأرز و 10 و 15 و 20% من رماد قشر جوز الهند. كشفت النتائج أنه يمكن استخدام رماد قشر جوز الهند ورماد قشر الأرز كبدائل للأسمنت في إنتاج الخرسانة لإنتاج منتجات مستدامة وبيئية. كان للتركيب المختلط 20% من رماد قشر جوز الهند و 20% من رماد قشر الأرز قوة ضغط أكبر بنسبة 15.3% من التركيبة المرجعية بعد 180 يومًا. أظهرت خلائط رماد قشر جوز الهند و رماد قشر الأرز أعلى قوة ضغط وسحب لجميع فترات التقادم التي تم اختبارها.
تصنيف الرماد المتطاير في الخرسانة والتركيب الكيميائي:
يمتلك رماد قشر الأرز تركيبة كيميائية مشابهة للعديد من الألياف العضوية. يتكون رماد قشر الأرز مما يلي:
- السليلوز (C5H10O5).
- اللجنين (C7H10O3).
- هيميسيلولوز.
- ثنائي أكسيد السيليكون (SiO2).
- هولوسليلوز.
هذه مركّبات بداخلها مشتركة. قد يختلف رماد قشر الأرز اعتمادًا على المصدر وكذلك نوع المعالجة. العلاج بمعنى حرق قشر الأرز للحصول على خصائص مناسبة. لذلك، يمكن أن تؤدي طريقة التسخين أيضًا إلى إحداث تغييرات في التركيب الكيميائي العام للرماد. السيليكات هي أحد المكونات الأساسية لرماد قشر الأرز. أثناء عملية الحرق، تتبخّر المكونات التي يمكن أن تتبخّر والمكون الوحيد المتبقي هو السيليكات. لنكون أكثر دقة، فإنّ رماد قشر الأرز له خصائص تعتمد على المكونات ودرجة حرارة الاحتراق ووقت الاحتراق.
السِيليكات هي المكون الذي يُعطي القدرة على التفاعل البوزولاني لِرماد قشر الأرز. للحصول على هذا، يجب أن تظل السيليكا في شكلها غير البلوري. يجب أن يكتسبوا بنية مسامية للغاية داخل بنيتهم المجهرية. لذلك، يوضح هذا أن حرق قشر الأرز بجودة مناسبة للحصول على رماد قشر الأرز من شأنه أن يُزيل مكونات السليلوز وقشر الأرز ممّا يحافظ على البنية الخلوية الأصلية لجزيئات قشر الأرز. التركيب الكيميائي لرماد قشر الأرز، بشكل عام، يرد في الجدول 1.
الجدول 1: التركيب الكيميائي لرماد قشر الأرز.
| التفاصيل | النسبة | |
| 1 | ثاني أكسيد السيليكون | 86.94% |
| 2 | أكسيد الألمونيوم | 0.2% |
| 3 | أكسيد الحديد | 0.1% |
| 4 | أكسيد الكالسيوم | 0.3 – 2.25% |
| 5 | أكسيد المغنيسيوم | 0.2 – 0.6% |
| 6 | أكسيد الصوديوم | 0.1 -0.8% |
| 7 | أكسيد البوتاسيوم | 2.15 – 2.30% |
عملية حرق الرماد المتطاير:
يتم الاحتراق في الهواء الطلق لقشر الأرز بشكل تقليدي في بعض الاحيان. تُسبّب هذه الطريقة تلوثًا كبيرًا للهواء يسبب أمراض الرئة والعين. كما ذكر أعلاه، فإنّ جودة قشر الأرز تعتمد بشكل كبير على نوع عملية الحرق التي يتم إجراؤها. يتم إجراء أنواع مختلفة من الحرق، وهي مذكورة أدناه.
1- حرق الرماد المتطاير في ميدان مفتوح:
تنتج طريقة الحرق المكشوف لرماد قشر الأرز رمادًا رديئًا من قشر الأرز. هذه تنتج بنية ذات شكل بلوري للغاية وذات تفاعل أقل.
2- حرق الرماد المتطاير في فرن السرير المميَّع:
هذه طريقة خاضعة للرقابة لحرق قِشر الأرز. تستخدم حرارة الاحتراق لِقشر الأرز لتوليد الكهرباء. يتم تنفيذ العملية التي يتم التحكّم فيها عن طريق الحفاظ على معلمة الوقت ودرجة الحرارة. تتراوح درجة حرارة الاحتراق بين 500 إلى 700 درجة مئوية. يتم تنفيذ ذلك لفترة أطول بحيث يتم إزالة الكربون بشكل كامل. أو تزداد درجة الحرارة من 700 إلى 800 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة. أنتجت طريقة الفرن المميَّعة رماد قشر الأرز الذي يحتوي على 80-95% من ثاني أكسيد السيليكون ،1-2% من أكسيد البوتاسيوم (K2O) و 3-18% من الكربون غير المحترق. رماد قشر الأرز الناتج عن هذه الطريقة له بنية خلوية أعلى.
3- حرق الرماد المتطاير في الأفران الصناعية:
تم طرح هذه الطريقة لتسهيل الأسباب البيئية والاقتصادية. كفاءة الاحتراق ستخرج ثاني أكسيد السيليكا في حدود 90-95%. تساعد هذه الطريقة في إنتاج رماد قشر الأرز مع السيليكا غير المتبلورة ومنتجات الهيكل الخلوي بطريقة أسهل. يعتبر رماد قشر الأرز الناتج عن هذه الطريقة عالي البوزولاني.
تباين خواص الخرسانة مع الرماد المتطاير:
يؤدي دمج رماد قشر الأرز في الخرسانة إلى تحويله إلى مادة اسمنتية تكميلية صديقة للبيئة. يتم تغيير الخصائص التالية للخرسانة بإضافة قشر الأرز:
- يتم تقليل حرارة الماء. هذا في حد ذاته يُساعد في جفاف الانكماش وتسهيل متانة مزيج الخرسانة.
- تقليل نفاذية الهيكل الخرساني. سيساعد هذا في اختراق أيونات الكلوريد، وبالتالي تجنب تفكّك الهيكل الخرساني.
- هناك زيادة أكبر في مقاومة هجوم الكلوريد والكبريتات.
- يتفاعل رماد قشر الأرز في الخرسانة مع هيدروكسيد الكالسيوم للحصول على المزيد من منتجات الترطيب. سيؤدي استهلاك هيدروكسيد الكالسيوم إلى تقليل تفاعل المواد الكيميائية من البيئة الخارجية.
تطبيقات الرماد المتطاير في الخرسانة:
رماد قشر الأرز عبارة عن مادة تكميلية خضراء لها تطبيقات على نطاق صغير إلى كبير. يمكن استخدامه للعزل المائي. كما أنها تستخدم كخليط لجعل الخرسانة مقاومة للاختراق الكيميائي. التطبيقات الرئيسية لرماد قشر الأرز في البناء هي:
- الخرسانة عالية الأداء.
- العزل المائي وإعادة التأهيل.
- الخرسانة الخضراء.
- أرضيات الحمام.
- أرضيات المصانع الصناعية.
- صب خرسانة الأساس.
- أحواض السباحة.
