الخرسانة الصديقة للبيئة – مثل تلك التي استخدمها الرومان

كشف فريق دولي من الباحثين، بقيادة علماء من جامعة كاليفورنيا في بيركلي، أسرار حاجز الأمواج الروماني الخرساني الموجود في البحر الأبيض المتوسط ​​منذ 2000 عام.

كشف فريق دولي من الباحثين، بقيادة علماء من جامعة كاليفورنيا في بيركلي، أسرار حاجز الأمواج الروماني الخرساني الموجود في البحر الأبيض المتوسط ​​منذ 2000 عام.

يوضح التحليل الكيميائي للعينات المأخوذة من الخرسانة التي تشكل كاسر الأمواج الروماني سبب كون أفضل الخرسانة الرومانية أكثر فعالية من معظم أنواع الخرسانة الحديثة من حيث متانتها ولماذا كان إنتاجها أقل ضررًا على البيئة، وكيف يمكن لهذه التحسينات أن أن تستخدم اليوم. يوضح كبير الباحثين: "لا يعني ذلك أن الأسمنت الموجود اليوم ليس جيدًا، بل إنه جيد جدًا لدرجة أننا نستخدم 19 مليار طن منه كل عام". "المشكلة هي أن إنتاج الأسمنت البورتلاندي يساهم بنسبة سبعة بالمائة من إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون التي تنبعث منها الصناعة في الهواء."

الأسمنت البورتلاندي هو مصدر الغراء الذي يربط معظم أنواع الخرسانة الحديثة ببعضها البعض، لكن إنتاجه ينتج عنه انبعاثات كربونية ناتجة عن الحاجة إلى تسخين خليط من الحجر الجيري والطين إلى درجة حرارة 1450 درجة مئوية والحجر الجيري الساخن نفسه. ووجد فريق البحث أن الرومان، في المقابل، استخدموا كميات أقل من الحجر الجيري المشتق من مادة تم تسخينها إلى درجة حرارة 900 درجة مئوية فقط، الأمر الذي يتطلب طاقة أقل بكثير من الطرق المتاحة اليوم. إن الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة يشكل واحداً من أقوى الحوافز لإيجاد سبل أكثر كفاءة لتزويد العالم أجمع بالخرسانة التي يحتاج إليها؛ والحافز الآخر هو الحاجة إلى المباني والجسور وغيرها من الهياكل التي ستكون أقوى وأكثر دواما مع مرور الوقت. "في منتصف القرن العشرين، تم تصميم المباني الخرسانية لتكون متينة لمدة 50 عاما، ولكن اليوم من المفترض أن تكون متينة لفترة تصل إلى 120 عاما"، يوضح الباحث الرئيسي. في المقابل، ظلت هياكل الموانئ الرومانية قائمة لمدة 2000 عام وهي مستقرة ضد التآكل الكيميائي وأضرار الأمواج تحت الماء.

صنع الرومان الخرسانة عن طريق خلط الحجر الجيري والصخور البركانية. بالنسبة للهياكل الموجودة تحت الماء، قام الرومان بخلط الحجر الجيري والرماد البركاني لإنشاء الجص، وتم تعبئة هذا الجص، إلى جانب الطوف البركاني، في أشكال صلبة. قامت مياه البحر على الفور بتنشيط تفاعل كيميائي ساخن. خضع الحجر الجيري للتفاعل منذ يوم - تغلغل جزيئات الماء في الهيكل - ثم تفاعلت هذه المادة مع الرماد للصق الخليط بأكمله.

ووجد فريق الباحثين، باستخدام معدات متطورة، عددا من الاختلافات بين الخرسانة القديمة وتلك المنتجة اليوم. أحدها هو نوع الغراء الذي يربط مكونات الخرسانة ببعضها البعض. في الخرسانة المكونة من الأسمنت البورتلاندي يشتمل هذا المركب على الكالسيوم والسيليكات والهيدرات (CSH). أما الخرسانة الرومانية فتتكون من مركب يتضمن إضافة الألومنيوم وكمية أقل من السيليكون. المركب النهائي، الذي يتكون من الكالسيوم والألومنيوم والسيليكات والهيدرات (CASH) هو مادة لاصقة مستقرة بشكل استثنائي. أظهرت نتائج الاختبارات بمساعدة التحليل الطيفي للأشعة السينية أن شكل التحول الفريد لذرات الألومنيوم بدلاً من ذرات السيليكون قد يكون مفتاح الالتصاق الممتاز والثبات الكبير للخرسانة الرومانية.

تشمل أنواع الخرسانة الصديقة للبيئة بالفعل اليوم الرماد البركاني أو رماد الفحم الذي يتم الحصول عليه من مخلفات حرق الفحم في محطات الطاقة كبديل جزئي للخرسانة البورتلاندية، وقد ثبت أن فعاليتها جيدة. تشتمل هذه الخلطات الخرسانية أيضًا على مادة لاصقة CASH، لكن لا يمكن تحديد أدائها على المدى الطويل حتى يتمكن فريق الباحثين من تحليلها بنفس المعدات. ووجد الباحثون أن الوصفة الرومانية تتطلب حجرًا جيريًا أقل بنسبة 10% مما هو مطلوب اليوم، مع استخدام درجة حرارة أقل بمقدار الثلث عما هو مطلوب اليوم. أدى تفاعل الحجر الجيري مع رماد الجص الغني بالألمنيوم ومياه البحر إلى تكوين خرسانة مستقرة للغاية يمكن أن تكون صلبة ومتينة لعدة أيام. تحمل كل من المواد وطريقة الإنتاج التي استخدمها الرومان دروسًا للمستقبل.

يوضح الباحث الرئيسي أن "الجص البوزولاني مهم بسبب تطبيقاته العملية". "وسوف تكون قادرة على استبدال 40 في المئة من متطلبات العالم من نوع الأسمنت البورتلاندي. ومصادر هذا الجص موجودة في جميع أنحاء العالم. على سبيل المثال، المملكة العربية السعودية ليس لديها الكثير من رماد الفحم، ولكن لديها جبال من البوزولان.

قد تكون الخرسانة الأقوى والأطول أمدًا والتي يتم إنتاجها بطاقة أقل وانبعاثات كربون أقل إرثًا لفهم أعمق لكيفية صنع الرومان القدماء للخرسانة المتينة.

أخبار الدراسة