خرسانة لا يصل إلى حديدها ماء

[القاهرة] أثبتت دراسة لفريق بحثي مصري أنه يمكن إطالة عمر الخرسانة المسلحة بإضافة مواد سليسية أو ألومينية إليها، مُعدَّة بتقنية النانو.

”تعتمد فكرة الخرسانة الجديدة على استخدام مواد نانومترية تخفض النفاذية إليها“، وفق إيضاح محمد سامي الفقي، الباحث بشعبة الهندسة بالمركز القومي للبحوث، وعضو الفريق.

يقول الفقي لشبكة SciDev.Net: ”استخدام إحدى هذه المواد مع الخرسانة يمنع صدأ الحديد، إذ تحمي أسياخ التسليح من وصول الهواء والماء المحمَّل بالكلوريدات إليه“.

هذه المواد تقدم حلًّا لمشكلات الهبوط أو الانهيار أو التصدع التي تعتري الطرق والكباري والأنفاق بسبب هطول شديد للأمطار، والتي تؤثر على كفاءة الخرسانة المستخدمة في إنشاءاتها.

تؤدي زيادة نسبة المياه إلى إحداث فراغات، فشروخ تزيد مع الوقت، إذ تنفصل حبيبات الخرسانة وتتفتت، فيتسرب الماء إلى أسياخ الحديد، مسببًا الصدأ الذي يؤثر على أي منشأة.

وتلجأ السلطات المحلية إلى إجراء إصلاحات للمنشآت المتضررة، وقد تتخذ قرارًا بإعادة بناء المنشأة من جديد إذا كان حجم الضرر أكبر من أن تصلحه الترميمات.

وإنتاج خرسانة عازلة للماء، يجعل صلبها مقاومًا للصدأ، وهو الهدف الذي قطع فريق الباحثين المصريين في سبيل الوصول إليه خطوة مهمة.

يقول الفقي: ”وهذا من شأنه أيضًا زيادة مقاومة الخرسانة للضغط والشد والأحمال“.

نشر الفريق البحثي نتائج أبحاثه في دراسة عام 2019 بدورية ’مواد البناء والتشييد‘، وثمة دراسة أخرى قيد النشر في دورية ’سكوبس‘.

عمل الفريق البحثي على مادتين، هما السيليكا وميتاكاولين، وأظهرت المادتان كفاءةً في حماية الأسياخ من الصدأ، وامتازتا بتفاعلهما مع الأسمنت لإنتاج مادة تزيد مقاومة الخرسانة للضغط والشد والأحمال.

هذه المواد ’بوزلانية‘، أي ذات أصل بركاني، وليس لها قيمة إسمنتية، لكنها تكتسب قدرة تماسكية والتصاقية عالية بالتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم في وجود الماء عند درجة الحرارة العادية.

عن مدى توافر المواد الخام المستخدمة في تصنيع المواد النانومترية، يؤكد الفقي أن كلتا المادتين موجودة في البيئة المصرية، وإن كانت مادة الميتاكاولين هي الأسهل في الإنتاج.

ويسهل الحصول على الميتاكاولين من التربة الغنية بالكاولينيت -المتوافرة بكثرة في البيئة المصرية- عن طريق إجراء معاملات حرارية لها.

ويشرح الفقي: ”أجرينا بالتعاون مع المركز القومي لبحوث الإسكان والبناء اختبارات لتسريع عملية الصدأ خلال شهر واحد لإحداث تأثير يعادل 20 عامًا، وذلك لاختبار معدلات الصدأ وقوة التماسك بين أسياخ الحديد“.

ويستطرد: ”وجدنا أن معدلات الصدأ التي تحدث للخرسانة العادية بعد 20 عامًا، يمكن أن تحدث في عينات الخرسانة التي استُخدمت فيها جزيئات نانو السيليكا بعد 86 عامًا، وتصل إلى 96 عامًا مع العينات التي استُخدمت فيها مادة ميتاكاولين“.

وفي حين كانت معدلات النفاذية في الخلطات الخرسانية المحتوية على نانو السيليكا حوالي 20%، تميزت الخلطات المحتوية على الميتاكاولين بانعدام النفاذية تمامًا، وفق الفقي.

هذه النتائج المعملية جيدة في رأي أحمد عوض، مدرس الهندسة الإنشائية بجامعة أكتوبر للعلوم الحديثة والآداب، لكنه يشير في الوقت ذاته إلى أنها ليست كافيةً لنقل الفكرة إلى مرحلة التطبيق العملي، خاصةً إذا كان تنفيذها مكلفًا وغير مُجدٍ اقتصاديًّا.

ويتساءل عوض عن إمكانية تنفيذ الفكرة، في ظل غياب مصدر يوفر كميات كبيرة من المواد النانومترية.

يتفق الفقي مع ما ذهب إليه عوض، مشيرًا إلى أن التطبيق العملي للبحث يحتاج إلى دعم من الدولة؛ لتتبنى الإنتاج التجاري للمواد النانومترية.

ويقول الفقي: ”عندما فكرنا في هذا التوجه البحثي كان بهدف دعم توجهات الدولة المصرية نحو تنمية محور قناة السويس، إذ إن استخدام الحديد المقاوم للصدأ يطيل عمر منشآت ينفق عليها مليارات الجنيهات“.

ويضيف: ”إذا قارنَّا الخسائر التي يمكن أن تحدث في حال خسارة إحدى المنشآت بعد وقت قصير، بحجم الأموال التي يمكن ضخها للاستثمار في تلك المواد، فستكون الفكرة اقتصاديةً بدرجة كبيرة“.

ويشير الفقي إلى أن الولايات المتحدة الأمريكية تنفق 90 مليار دولار سنويًّا لمعالجة الآثار المترتبة على صدأ أسياخ الحديد في المنشآت، كما أن 90% من المشكلات التي تحدث في الخرسانات بدولة مثل السعودية، سببها صدأ أسياخ الحديد.

”هذه الأرقام كافية لبيان البُعد الاقتصادي للفكرة“.