الخرسانة الخضراء: صناعة الخرسانة بمواد صديقة للبيئة

الخرسانة الخضراء هو مفهوم يعبر عن استخدام مواد صديقة للبيئة في تصنيع الخرسانة، لجعلها دائمة لفترة أطول. تُعتبر الخرسانة الخضراء شائعة جداً ورخيصة أيضاً في الانتاج، لأن وعلى سبيل المثال تُستخدم منتجات النفايات كبديل جزئي للإسمنت لتجنب عبء التخلص من النفايات، وللتقليل من استهلاك الطاقة أثناء عملية الانتاج، كما أنها أكثر متانة. ولا يجب ربط هذه الخرسانة بلونها.

يمكن استخدام المخلفات لإنتاج منتجات جديدة أو يمكن استخدامها كإضافات حيث تحد من استخدام المصادر الطبيعية وتجعلها قابلة للاستغلال بكفاءة أكبر؛ وبذلك يتم حماية البيئة من الأضرار الناتجة عن التخلص من المخلفات. ويمكن استخدام المواد غير العضوية المتبقية مثل غبار الحجر، والخرسانة المُكسرة، والنفايات الرخامية كرُكام أخضر في صناعة الخرسانة. بالإضافة إلي ذلك فإن إبدال الإسمنت بكميات كبيرة من الرماد المتطاير وغبار السيليكا من أجل تطوير إسمنت أخضر جديد ومواد متماسكة؛ يُزيد من استخدام المواد الخام البديلة والوقود البديل عن طريق تطوير أو تحسين الإسمنت مع استهلاك أقل للطاقة أثناء التصنيع.

وقد أُجريت أبحاث كبيرة على الاستخدامات الصناعية المختلفة للمنتجات والمواد الصغيرة المالئة في الخرسانة. ولم تكن التكلفة فقط هي مصدر القلق الرئيسي من استخدام المخلفات البوزولانية، ولكن أيضاً تحسين خصائص الخرسانة وخاصةً المتانة.

قبل كل شيء فإن الأكثر نجاحاً في هذا الصدد هو استخدام البدائل المناسبة للإسمنت البورتلاندي، خاصة هذه التي تنتج من العمليات الصناعية مثل الرماد المتطاير، وخبث الحديد، وغبار السيليكا. وأيضا تكتسب الجهود المبذولة أهمية كبيرة لاستخدام مواد مناسبة مُعاد تدويرها كبديل لركام الخرسانة، مثل الركام المُعاد تدويره.

• معايير اختيار المواد / المنتجات البديلة:

- كفاءة الموارد: في الواقع تشتمل كفاءة الموارد علي بعض الخصائص مثل المحتوي المُعاد تدويره، الموارد طبيعية أم موارد متجددة، كفاءة عملية تصنيع الموارد، الوفرة المحلية للموارد، تجديدها أو إعادة تصنيعها، إعادة الاستخدام أو إعادة التدوير، المتانة.

- جودة الهواء في الأماكن المغلقة: يتم تعزيز جودة الهواء في الأماكن المغلقة عن طريق استخدام المواد التي تلبي هذه الخصائص: مواد قليلة السموم أو غير سامة، الانبعاثات الكيميائية للمواد قليلة، مواد مقاومة للرطوبة، مواد تحافظ على الصحة.

- كفاءة الطاقة: هي تشير في الأساس إلي الطاقة المُستخدمة في تصنيع الخرسانة، ويفضل أن تتطلب هذه المواد الحد الأدنى من الطاقة خلال فترة تصنيع الخرسانة.

- المحافظة على المياه: المواد المُفضلة للاستخدام هي المواد التي تساعدنا وتحافظ على المياه في الاماكن الطبيعية كمواد مُحافظة على الماء خلال فترة التصنيع أو حتي كمُساعد على تقليل استهلاك المياه في مواد البناء.

- تحمل التكاليف: يمكن أخذ قدرة تحمل التكاليف بالاعتبار عندما نريد المقارنة بين تكاليف دورة حياة البناء الناتج وبين ما هو مَبنِي بمواد تقليدية، وذلك ضمن نسبة محددة في الميزانية العامة الخاصة بالمشروع.

• المواد البديلة المستخدمة في الخرسانة الخضراء:

• الرماد المتطاير FLY ASH:

الرماد المتطاير هو عبارة عن مسحوق ناعم جداً يميل إلى السفر بعيداً في الهواء. ومن المعروف أنه يلوث الهواء والماء ويسبب مشاكل في الجهاز التنفسي عند استنشاقه عندما لا يتم التخلص منه بشكل صحيح؛ وعند استقراره على أوراق الشجر والمحاصيل في الحقول المحيطة بمحطات توليد الكهرباء، فإنه يقلل من الانتاج الزراعي.

عند احتراق مسحوق الفحم لتوليد الحرارة، فإن رواسب الاحتراق تحتوي على 80% من الرماد المتطاير و20% من الرماد المُتبقي بالقاع. يتدرج لون الرماد المتطاير المُتولد من محطات توليد الكهرباء الهندية من الرمادي الخفيف إلي المتوسط ويأخذ مظهر المسحوق الإسمنتي.

استخدام الرماد المتطاير للخرسانة بدلاً من خرسانة الإسمنت البورتلاندي لن يُتيح فقط التوفير الكبير في استهلاك الإسمنت والطاقة، ولكنه أيضاً يوفر اقتصادياً. ولاستخدام الرماد المتطاير عدة مزايا. نظرياً، يمكن استخدام الرماد المتطاير بنسبة 100% عوضاً عن الإسمنت البورتلاندي، ولكن إذا زادت نسبة الاستبدال عن 80% فإنه نحتاج عموماً إلي منشط كيميائي. لذلك فقد وجدت الدراسات أن نسبة الاستبدال المثلى حوالي 30%. علاوة على ذلك فإن الرماد المتطاير قادر على تحسين خصائص معينة في الخرسانة مثل المتانة، ذلك لأنها تُولّد حرارة أقل أثناء التفاعل، فهي مناسبة تماماً لتطبيقات الخرسانية الكتلية التي تحتاج لاستخدام كميات كبيرة من الخرسانة.

استخدام الرماد المتطاير في الخرسانة بالنسبة المثالية المذكورة سابقاً يُحسن من أداء الخرسانة في كلا حالتيها، الحالة الطازجة والحالة الصلبة. فهو يرفع من قابلية التشغيل للخرسانة اللدنة، ويزيد المقاومة والمتانة للخرسانة المتصلبة.

• ركام الرماد المتطاير FLY ASH AGGREGATES:

يُمكن انتاج العديد من ركام الخرسانة الخفيف الوزن باستخدام الرماد المتطاير. بالإضافة إلى استخدام الرماد المتواجد في قاع الفرن في عملية تصنيع الخرسانة، فإن حبيبات الرماد المتطاير يُمكن أن ترتبط كيميائياً أو بالانصهار الحراري عن طريق استخدام الإسمنت أو الكلس، فهذه المواد لديها العديد من الخصائص المرغوبة.

في منتصف التسعينيات من القرن الماضي أُجريت دراسة عن انتاج ركام الرماد المتطاير، ودُرِسَ استخدام هذا الركام في انتاج الخرسانة. حيث يتم نقل وحرق الرماد المتطاير على درجة معينة من الحرارة لإنتاج ركام صناعي ناعم وخشن، ويتراوح الثقل النوعي لهذا الركام من 1.2 - 1.47 ، وكثافته الظاهرية من 650 - 790 كجم/م3 ، كما أن نسبة امتصاصه عالية جدا من 16 - 24.8%. هذه الخصائص تظهر لنا نتائج ايجابية للغاية عند استخدام الرماد المتطاير كـركام.

• مخلفات تحطيم الأحجار كركام ناعم:

يُمكن تعريف غبار المحجر ( مقالع أو كسارات الحجارة) على أنه رواسب أو مخلفات أو غيرها من النفايات غير القيمة الموجودة بعد استخراج ومعالجة الصخور لتُشكل حبيبات ناعمة ذات قطر أقل من 4.75 مم. حيث يظهر غبار المحجر عند تكسير الركام الخشن، ويحتوي علي حبيبات خشنة وزاوية وحادة مما يؤدي لاكتساب مقاومة جيدة نظراً لقوة التماسك والإحكام.

إن استخدام مواد بديلة للرمل في أعمال البناء يحتاج للعناية بما يتعلق بتوفرها وتطبيقاتها. وقد يؤدي استخدام غبار المحجر في بعض الأحيان إلي زيادة كمية الإسمنت المطلوبة للحفاظ على قابلية التشغيل.

وبالمقارنة مع الخرسانة العادية، فقد أثبتت التجارب أن خرسانة غبار المحجر أفضل في مقاومة الأحماض والكبريتات كما أن لديها نفاذية أقل. ومع ذلك فإن درجة امتصاص الماء في خرسانة غبار المحجر أعلى قليلاً من الخرسانة العادية.

يعتبر استخدام رمال المحجر محدود عموماً نظراً للحجم الكبير للإسمنت المطلوب لتحقيق قابلية تشغيل كافية للخرسانة. وتعتمد كمية المحتوي الإضافي للعجينة الإسمنتية على الشكل وخشونة السطح والتدريج ومحتوي الغبار في الرمل. ويتسبب زيادة مياه الخلط في الخلطات الخرسانية بحدوث آثار سلبية على شكل وملمس رمال المحجر؛ ولحل هذه المشكلة يمكننا تقليل نسبة مياه الخلط باستخدام الإضافات المقللة للمياه على مدي واسع أيضاً. ولكن هذه العلاجات تُزيد من تكلفة البناء.

• الركام المصنع من إعادة تدوير الخرسانة أو الأحجار

الركام الخشن المُصنَّع والمُعاد تدويره هو عبارة عن ركام متدرج يتم إنتاجه من مخلفات خرسانية نظيفة ومُصنفة، ويتم تصنيعه في العادة من أجل استخدامه في طبقات الرصف الطرقي. ويمكن أن تحتوي هذه المادة على كميات صغيرة من الطوب أو الزلط أو الحجارة المكسرة أو أي أشكال أخرى كخليط من المواد الحجرية. ويمكن أن يرجع مصدر الركام الناعم الناتج من عملية إعادة التدوير إلي الحبيبات الناعمة الناتجة عن الخرسانة المكسرة؛ كما يمكن للشكل والتدرج والكميات المفرطة من الحبيبات الناعمة أن تؤثر على قابلية التشغيل للخرسانة ونسبة الماء فيها وشكلها النهائي وحساسيتها للشروخات اللدنة. ويمكن أن يستخدم الرمل المُصنع ليحل محل نسبة كبيرة من الرمل الطبيعي مع عدم وجود أضرار كبيرة على أداء المنتجات الأساسية الداخلة في صناعة الأسمنت.

• مخلفات الرخام كمادة مالئة:

منذ العصور القديمة وحتي الآن يعتبر الرخام شائع الاستخدام كمادة من مواد البناء. ولكن التخلص من المخلفات في صناعة الرخام -وهي عبارة عن مساحيق ناعمة جداً- يعتبر واحد من المشاكل البيئية في جميع أنحاء العالم اليوم. ومع ذلك يمكن استخدام هذه المخلفات بطريقة ناجحة واقتصادية من أجل تحسين بعض الخصائص في الخرسانة الطازجة والمتصلبة وبعض خصائص المونة الإسمنتية.

• المخلفات البلاستيكية كـ مُكون للخرسانة:

البلاستيك عبارة عن مادة تم تطويرها من اجل استخدامها في تطبيقات مختلفة لكن للأسف فإن هذه المادة المرنة والقوية غير قابلة للتحلل مما يجعل من طرق التخلص منها تهديد على البيئة.

يمكن فصل البلاستيك إلي نوعين: النوع الأول هو البلاستيك الحراري، وهو الذي يمكن صهره وإعادة تدويره أثناء صناعة البلاستيك. والنوع الثاني هو البلاستيك اللاحراري: هذا النوع لا يمكن صهره بالحرارة لأن السلاسل الكيميائية (سلسلة الجزيئات) مرتبطة بإحكام مع بعضها البعض بروابط شبكية. وفي الوقت الحاضر هذه المخلفات البلاستيكية يتم التخلص منها عن طريق حرقها أو دفنها. ومع ذلك فإن هذه العمليات تظل مكلفة.

فحص العالم Rebeiz عام 1996 خصائص المقاومة لبوليمرات الخرسانة المسلحة والخرسانة غير المسلحة باستخدام راتينج البوليستر غير المشبع علي أساس إعادة تدوير مخلفات بلاستيك الـ polyethylenerephthalate (PET) . وأظهرت النتائج أن الراتنجات القائمة علي الـ PET المُعاد تدويره يمكن استخدامها في انتاج خرسانة سابقة الصب ذات جودة جيدة.

• ملائمة الخرسانة الخضراء للمباني:

هناك العديد من العوامل التي تشجع على استخدام الخرسانة الخضراء في البناء وتشمل :

1. تقلل الوزن الثابت (الحمل الميت) للبناء، كما أنها تقلل من فترة التحميل على الرافعة وذلك لسهولة تنقلها وتميزها بالمرونة في الرفع بسبب وزنها الخفيف.

2. مقاومة جيدة للحرارة والحرائق، وعازلة للصوت أكثر من صخور الجرانيت التقليدية.

3. تحسين مقاومة التخامد الديناميكي للبناء.

4. سرعة البناء، وتقليل الفترة الكلية المستغرقة في البناء.

5. تقليل انبعاثات ثاني اكسيد الكربون في صناعة الخرسانة بنسبة 30%.

6. زيادة استخدام منتجات المخلفات في صناعة الخرسانة بنسبة 20%.

7. التنمية الدائمة ولا يوجد تلوث للبيئة.

8. تتطلب الخرسانة الخضراء عمليات صيانة وإصلاحات أقل.

9. تُعطي الخرسانة الخضراء قابلية للتشغيل أعلى من الخرسانة العادية في بعض الأحيان.

10. سلوك مقاومة الضغط للخرسانة الخضراء مع نسبة الماء للإسمنت أفضل من الخرسانة العادية.

11. مقاومة الانعطاف للخرسانة الخضراء مساوية تقريبا للخرسانة العادية.

إن الهدف من هذه الدراسة هو تجنب التلوث وإعادة استخدام المواد مرة أخرى. وبالتالي تعتبر الخرسانة الخضراء بديل ممتاز للإسمنت حيث أنها أرخص من حيث التكلفة؛ وتستخدم منتجات المخلفات، وتوفر من الطاقة المُستهلكة في الانتاج، وفوق كل هذا فإن الخرسانة الخضراء لديها مقاومة ومتانة أكبر من الخرسانة العادية.

بالتأكيد ستأخذ هذه التقنية وقتاً حتي تبدأ بالتطبيق الفعلي. وبالنسبة للدول العربية فقد قامت دبي في البدء بتطبيق هذا النظام كجزء من استراتيجيتها لجعلها المدينة خضراء، ويتم استبدال الإسمنت البورتلاندي العادي بمواد إسمنتية أخرى صديقة للبيئة في إطار مبادرة تسهم في تحويل مباني الإمارة إلى خضراء صديقة للبيئة مستقبلاً.

المصدر:

هنا