ركام الخرسانة المعاد تدويرها (RCA)
إحدى أكثر الطرق العملية لتقليل الطلب على الركام الطبيعي في صناعة البناء والتخلص من نفايات البناء والهدم في مكبات النفايات هي استخدام الركام الخرساني المعاد تدويره لتطبيقات قاعدة الرصف والطبقة التحتية. م. سابريان، ج. لي، تأثير دورات التجميد والذوبان على معاملات المرونة وقوة الضغط غير المحصورة للركام الخرساني المعاد تدويره المطاطي كقاعدة/طبقة تحتية للرصف، هندسة النقل الجيوتقنية 27 (2021). https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2020.100477
الخرسانة المعاد تدويرها في أسمنت التربة
مادة مُثبَّتة في الموقع باستخدام مواد رابطة إسمنتية (وتُعرف شعبياً باسم: إسمنت التربة) هي مادة مركبة تجمع بين التربة والإسمنت والماء لإنتاج مادة متينة وقوية مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك بناء الطرق ومكافحة التعرية وأساسات المباني. ويمكن استخدام الركام المعاد تدويره كبديل جزئي للركام التقليدي في خلطات إسمنت التربة.
فيما يلي بعض الطرق التي يمكن من خلالها استخدام الركام المعاد تدويره في أسمنت التربة:
- الاستبدال الجزئي للركام التقليدييمكن استخدام الركام المعاد تدويره كبديل لجزء من الركام التقليدي المستخدم في خلطات الأسمنت مع التربة. وهذا من شأنه أن يقلل من كمية الركام البكر المطلوبة ويخفض الأثر البيئي للمشروع.
- تحسين استقرار التربةلقد ثبت أن استخدام الركام الخرساني المعاد تدويره (RCA) يحسن خصائص تثبيت التربة في خلطات الأسمنت. إذ أن الملمس الخشن والشكل غير المنتظم لجزيئات الركام الخرساني المعاد تدويره يُسهم في تكوين روابط متشابكة مع جزيئات التربة، مما يُحسّن من قوة واستقرار خلطة الأسمنت بشكل عام.
- انخفاض الانكماشيُمكن أن يُساهم استخدام الركام المعاد تدويره في الأسمنت الترابي في تقليل انكماش المادة أثناء عملية التجفيف. ويعود ذلك إلى أن جزيئات الركام المعاد تدويره أكثر مسامية من الركام التقليدي، ما يسمح لها بامتصاص الرطوبة من التربة المحيطة، وبالتالي تقليل الانكماش الكلي للمادة.
- خفض التكاليفيُعدّ استخدام الركام المعاد تدويره في الأسمنت الترابي خيارًا اقتصاديًا مقارنةً باستخدام الركام التقليدي. غالبًا ما يكون الركام المعاد تدويره أقل تكلفة من الركام البكر، ويمكن الحصول عليه من مصادر محلية، مما يقلل من تكاليف النقل.
قيود تحليل الأسباب الجذرية
على الرغم من أن استخدام الركام المعاد تدويره في الخلطات الخرسانية الجديدة أو تطبيقات تثبيت التربة قد يوفر فوائد بيئية واقتصادية، إلا أن هناك بعض القيود التي يجب مراعاتها. إليكم بعضها:
- الجودة والاتساقتختلف جودة وتجانس الركام الخرساني المعاد تدويره باختلاف مصدره وطريقة معالجته. وهذا يعني أنه قد لا يفي دائمًا بمعايير الأداء نفسها التي تفي بها الركام الخرساني الجديد، وقد يلزم إجراء اختبارات إضافية للتأكد من ملاءمته للاستخدام المقصود.
- تلوثقد يحتوي الخرسانة المعاد تدويرها على شوائب مثل المعادن أو الخشب أو مواد أخرى كانت جزءًا من الهيكل الأصلي. يمكن أن تؤثر هذه الشوائب على قوة ومتانة الخرسانة الجديدة، لذا من المهم فحص ومعالجة الخرسانة المعاد تدويرها بعناية لإزالة أي مواد غير مرغوب فيها.
- امتصاصتميل الركام المعاد تدويره إلى امتصاص كميات أكبر من الركام الخرساني الجديد، مما قد يؤثر على تصميم الخلطة وأداء الخرسانة بشكل عام. وقد يكون من الضروري تعديل تصميم الخلطة أو استخدام إضافات أخرى للتعويض عن ذلك.
- يكلف: في حين أن استخدام RCA قد يكون فعالاً من حيث التكلفة في بعض الحالات، إلا أن التكلفة قد تكون أعلى في حالات أخرى بسبب نفقات المعالجة والنقل.
بشكل عام، يتطلب استخدام الركام الخرساني المعاد تدويره في الخلطات الخرسانية الجديدة أو تطبيقات تثبيت التربة دراسة متأنية لمتطلبات المشروع المحددة وجودة الركام الخرساني المعاد تدويره المستخدم. ويمكن أن تساعد المعالجة والاختبارات وتصميم الخلطة المناسبة في التغلب على العديد من القيود المرتبطة باستخدام هذا الركام.
منطقة الانتقال البينية (ITZ)
تشير منطقة الانتقال البينية (ITZ) في الخرسانة إلى المنطقة التي تتلامس فيها عجينة الأسمنت وجزيئات الركام. وتُمثل منطقة الانتقال البينية المنطقة الواقعة بين سطح الركام وعجينة الأسمنت المحيطة به.
تتميز منطقة الانتقال البينية (ITZ) ببنية مجهرية مختلفة عن عجينة الأسمنت الأساسية، إذ تتشكل نتيجة التفاعل بين عجينة الأسمنت وسطح الركام. تتميز هذه المنطقة بمسامية أعلى وقوة أقل من عجينة الأسمنت الأساسية، مما قد يؤثر على القوة الإجمالية ومتانة المادة المُلصقة.
تُعدّ منطقة الانتقال البينية (ITZ) منطقةً حرجةً لتكوّن الشقوق الدقيقة في الخرسانة والتربة المُثبّتة. ويمكن أن تؤدي الاختلافات في الخصائص بين منطقة الانتقال البينية ومعجون الأسمنت إلى تركيز الإجهاد، مما قد يتسبب في تكوّن الشقوق الدقيقة وانتشارها عبر المادة. وهذا بدوره قد يؤدي في النهاية إلى انخفاض في القوة والمتانة.
لتقليل الآثار السلبية لمنطقة الانتقال البينية (ITZ)، يمكن اتخاذ تدابير مختلفة، مثل تحسين توزيع حجم جزيئات الركام، واستخدام إضافات بوزولانية لتحسين خصائص عجينة الأسمنت، وضمان الخلط والمعالجة المناسبين. من خلال الإدارة الدقيقة لمنطقة الانتقال البينية، يُمكن إنتاج خرسانة/مواد مركبة ذات قوة ومتانة ومقاومة للتشقق محسّنة.
قوة منطقة التماسك بين الحصى والحصى: مقارنة بين الحصى المعاد تدويره والحصى المستخرج من المحاجر
تختلف قوة منطقة الانتقال البينية (ITZ) في الخرسانة باختلاف نوع الركام المستخدم. عمومًا، تكون قوة منطقة الانتقال البينية في الخرسانة المصنوعة من الركام المعاد تدويره (RCA) أقل من تلك المصنوعة من الركام المستخرج من المحاجر. ويعود ذلك إلى أن الركام المعاد تدويره عادةً ما يكون أكثر مسامية وذو سطح خشن، مما قد يؤدي إلى ضعف الترابط مع عجينة الأسمنت المحيطة في منطقة الانتقال البينية. إضافةً إلى ذلك، قد يحتوي الركام المعاد تدويره على شوائب أو بقايا ملاط تزيد من ضعف الترابط وتقلل من قوة منطقة الانتقال البينية.
تأثيرات السيليكا النانوية على منطقة الانتقال بين الطورين (ITZ)
السيليكا النانوية (المعروفة أيضًا باسم ثاني أكسيد السيليكون النانوي أو السيليكا النانوية أو SiO النانوي)2مادة بوزولانية يمكن إضافتها إلى خلطات الخرسانة والأسمنت لتحسين خصائص منطقة الانتقال البينية (ITZ). ويمكن أن يكون لإضافة السيليكا النانوية التأثيرات التالية على منطقة الانتقال البينية:
- انخفاض المساميةتتميز جزيئات السيليكا النانوية بصغر حجمها (عادةً أقل من 100 نانومتر)، مما يسمح لها بملء المسام والفراغات في منطقة الانتقال البينية. وهذا بدوره يقلل من مسامية هذه المنطقة ويحسن الترابط بين عجينة الأسمنت والركام.
- زيادة القوةيمكن أن تُحسّن إضافة السيليكا النانوية من قوة منطقة الانتقال البينية (ITZ). ويعود ذلك إلى التفاعل البوزولاني الذي يحدث بين السيليكا النانوية وهيدروكسيد الكالسيوم في عجينة الأسمنت، مما يُنتج المزيد من هلام سيليكات الكالسيوم المائي (CSH). يعمل هذا الهلام الإضافي على ملء الفراغات بين الركام وعجينة الأسمنت، مما ينتج عنه منطقة انتقال بينية أقوى وأكثر متانة.
- متانة محسّنةيساهم انخفاض المسامية وزيادة قوة منطقة الانتقال البينية (ITZ) في تحسين متانة الخرسانة. كما أن منطقة الانتقال البينية الأكثر تماسكًا وقوةً تقاوم تسرب الرطوبة والمواد الضارة الأخرى التي قد تؤدي إلى تدهور الخرسانة بمرور الوقت.
- تقليل التشققيمكن أن تساعد إضافة السيليكا النانوية أيضًا في تقليل التشققات في الخرسانة. كما أن تحسين الترابط بين عجينة الأسمنت والركام يقلل من تكوّن وانتشار الشقوق الدقيقة في منطقة الانتقال بين الخرسانة والطوب، مما يؤدي في النهاية إلى بنية خرسانية أكثر متانة وعمرًا أطول.
بشكل عام، يمكن أن تكون إضافة السيليكا النانوية طريقة فعالة لتحسين خصائص منطقة الانتقال البينية، مما يؤدي إلى بنية أكثر متانة وعالية الأداء.
رينوليث وRCA
رينوليث 2.0 عبارة عن مزيج من البوليمرات النانوية مُحسَّن لتطبيقات الأسمنت الترابي. أحد المكونات الرئيسية في رينوليث هو تريتونايت™، وهو عبارة عن سيليكا نانوية غير متكتلة حاصلة على براءة اختراع، بقطر أقل من 10 نانومتر ومساحة سطحية نوعية عالية جدًا. يتميز هذا المكون بفعاليته العالية في المواد الأسمنتية.
يُستخدم مُضاف رينوليث 2.0 لتحسين أداء الخلطات الخرسانية المُدمجة مع الركام الخرساني المُعاد تدويره. فعلى سبيل المثال، تُعدّ المواد المُثبّتة بالأسمنت والمُستخرجة من التربة الناعمة (كالطمي والطين) والتربة العضوية (كالخث) محدودة الفائدة في التطبيقات المدنية. يُتيح مُضاف رينوليث 2.0 استخدام هذه التربة المُشكِلة في نطاق أوسع من التطبيقات، مثل طبقات أساس الرصف. ومع ذلك، غالبًا ما تتطلب هذه التربة نسبة عالية من المادة الرابطة لتحقيق القوة المطلوبة، مما يُؤثر على التكلفة والاستدامة. يُمكن أن تُحسّن إضافة الركام الخرساني المُعاد تدويره إلى هذه التربة من تدرجها وتُقلّل من كمية المادة الرابطة المطلوبة، مما يُؤدي إلى طريق اقتصادي، خالٍ من التشققات، متين، ومنخفض الكربون، مُشيّد من مواد مُعاد تدويرها. يمكن للمواد الرابطة منخفضة الكربون بدلاً من الأسمنت أن تقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. بل وأكثر من ذلك.