تم تغيير كيمياء الخرسانة عن طريق حقن ثاني أكسيد الكربون لتحقيق زيادة في القوة بنسبة 13٪
لسنوات، قامت الشركات بحقن ثاني أكسيد الكربون في الخرسانة لاحتجاز الانبعاثات وتحسين الأداء المبكر. تبنت صناعة البناء هذا النهج على الرغم من أن الباحثين لم يتمكنوا من شرح سبب نجاحه بشكل كامل. الآن، يقول العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنهم شاهدوا أخيرًا الكيمياء تتكشف في الوقت الحقيقي. وباستخدام التصوير بالليزر، التقط الفريق التفاعلات السريعة التي تحدث عندما يلتقي ثاني أكسيد الكربون بمعجون الأسمنت الطازج. كشفت الملاحظات عن مسار كيميائي مؤقت يعيد تشكيل كيفية تصلب المادة. تنتج هذه العملية بنية ربط موزعة بالتساوي وتعزز القوة المبكرة. يمكن أن تساعد النتائج المهندسين على تحسين تقنيات الخرسانة منخفضة الكربون التي تدخل السوق بالفعل في جميع أنحاء الولايات المتحدة. يقدم العمل أيضًا صورة أوضح لكيفية قيام الأسمنت، وهو أحد أكثر المواد كثافة للكربون في العالم، بتخزين الكربون المحتجز مع الحفاظ على الأداء. تتبع التفاعلات الخفية استخدم الباحثون من مركز استدامة الخرسانة التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وقسم الهندسة المدنية والبيئية مجهر رامان متحد البؤر لمراقبة عينات الأسمنت بشكل مستمر خلال أول 24 ساعة من المعالجة. تحدد هذه التقنية المواد من خلال تحليل كيفية تفاعل ضوء الليزر مع الروابط الكيميائية. يترك كل مركب وراءه توقيعًا طيفيًا مميزًا. اعتمدت الدراسات السابقة إلى حد كبير على النظرية والقياسات غير المباشرة لأن التفاعلات حدثت بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن للأدوات التقليدية اكتشافها. وقال البروفيسور المساعد أدمير ماسيك: “لقد استخدمنا تحليل رامان الطيفي لفهم بعض المواد الأكثر إثارة للاهتمام في التاريخ بشكل أفضل، من مخطوطات البحر الميت إلى الخرسانة الرومانية القديمة”. “قد يبدو معجون الأسمنت أقل بريقًا بالمقارنة، لكن توجيه الليزر إلى معجون الأسمنت المحقون بثاني أكسيد الكربون أثناء صلابةه يسمح لنا بتصور أشياء لم نشاهدها من قبل.” اكتشف الفريق أن ثاني أكسيد الكربون يلتقط في البداية الكالسيوم المنطلق أثناء ذوبان الأسمنت. يؤدي هذا التحول المؤقت إلى إبطاء الترطيب الطبيعي وتغيير البيئة داخل المعجون. القالب المختفي عندما يصبح الكالسيوم مقيدًا، تنتشر السيليكات الذائبة عبر المادة وتتجمع في شبكة هلام السيليكا المترابطة. يبقى الجل لفترة وجيزة فقط. بمجرد أن يتم تمعدن ثاني أكسيد الكربون بشكل كامل بعد عدة ساعات، يتم استئناف عملية الترطيب القياسية. يتشكل هيدروكسيد الكالسيوم ويتفاعل فورًا مع شبكة السيليكا. وينتج عن هذا التفاعل هيدرات سيليكات الكالسيوم، أو CSH، وهو المركب المسؤول عن قوة ربط الأسمنت. ومع ذلك، وعلى عكس الأسمنت التقليدي، يتطور هذا الـ CSH الجديد في جميع أنحاء المادة بدلاً من التجمع حول جزيئات الأسمنت. وقال طالب الدراسات العليا مارسين هايدوشيك: “في البداية، بدت الطبيعة العابرة لهلام السيليكا وكأنها صدفة في بيانات رامان”. “ولكن سرعان ما أصبح من الواضح أن اختفائه المفاجئ كان سمة ثابتة لا يمكن إنكارها لكل عينة يتم حقنها بثاني أكسيد الكربون.” خرسانة أقوى وإمكانيات جديدة يترك المسار المتغير وراءه بنية داخلية أكثر اتساقًا. في الاختبارات، حقق معجون الأسمنت الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون بنسبة 1 بالمائة من وزن الأسمنت متوسط قوة ضغط أعلى بنسبة 13 بالمائة بعد 24 ساعة من العينات المرجعية. وتتحدى النتائج أيضًا الافتراضات السابقة. وجد الباحثون أن جزيئات كربونات الكالسيوم تتصرف مثل المتفرجين أكثر من كونها محركات لتطوير القوة. وقال ماسيك: “لقد ظللنا نقوم بحقن ثاني أكسيد الكربون في منتجات الأسمنت لسنوات دون أن نفهم بشكل كامل ما كان يفعله في الداخل”. “والآن بعد أن فهمنا الآلية الكامنة وراء تحسين الأداء، يمكننا البدء في التحكم فيه.” ويحذر الباحثون من أن الجرعة تظل حرجة. يمكن أن يؤدي الإفراط في ثاني أكسيد الكربون إلى احتجاز الكثير من الكالسيوم وتعطيل التفاعلات المفيدة. ومع ذلك، فإن هذا العمل يقدم للمهندسين خارطة طريق لتصميم منتجات أسمنت أقوى وأقل كربونًا لمشاريع البنية التحتية المستقبلية.
تم النشر: 2026-06-12 01:34:00
