الرماد البركاني يجعل الخرسانة "أكثر خضرة"

استبدال الأسمنت بالرماد يقلل من استهلاك الطاقة

الرماد الناتج عن الانفجارات البركانية مناسب كمواد بناء صديقة للبيئة - إذا تمت إضافته إلى الخرسانة كبديل للإسمنت. © هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
قراءة بصوت عال

حسب وصفة الرومان: يمكن أن تصبح الخرسانة أكثر استقرارًا وصديقة للبيئة من خلال إضافة الرماد البركاني. قرر الباحثون أن استبدال أجزاء من الأسمنت بالصخور البركانية الأرضية يقلل من متطلبات الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون لإنتاج مواد البناء بنسبة 20٪ تقريبًا. ميزة أخرى: رواسب الرماد البركاني وفيرة في العديد من مناطق العالم.

تعتبر الخرسانة وأسمنتها الرئيسي أحد أهم مواد البناء في البشرية. بالكاد يتم استخدام أي مواد أخرى في كثير من الأحيان. لكن الاسمنت له جانب سلبي: عند حرق كميات هائلة من الحجر الجيري من ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، فإنه يتطلب أيضًا كميات كبيرة من الطاقة. تشير التقديرات إلى أن حوالي 5 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية تعزى إلى إنتاج الأسمنت وحده.

لذلك يبحث الباحثون حول العالم عن طرق لجعل الخرسانة أكثر ملاءمة للبيئة. واعد بشكل خاص هو استبدال جزء على الأقل من الأسمنت بمواد البناء البديلة. على سبيل المثال ، يمكن لمزيج الأنابيب النانوية الكربونية أن يجعل الخرسانة أكثر ثباتًا ، وحتى النفايات الممزقة تأتي كبديل في السؤال.

وصفة الرومان في الاختبار

ومع ذلك، فقد تم نسخ الباحثين من قبل الرومان في جميع أنحاء كونال Kupwade-باتيل من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بديل لها. منذ 2000 سنة مضت ، قام بناة الماجستير القدامى بخلط الأسمنت والخرسانة مع الرماد البركاني لزيادة المتانة ومقاومة الماء لمبانيهم. ما إذا كانت الخرسانة الرومانية ولكنها تجلب أيضًا من حيث فوائد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون واستهلاك الطاقة ، لم تكن معروفة من قبل.

يتطلب محتوى الأسمنت في الخرسانة كميات كبيرة من الطاقة لإنتاجه. © tortoon / thinkstock

لمعرفة ذلك ، قام الباحثون باختبار العديد من الوصفات الخرسانية ذات الرماد البركاني. لقد سحقوا الرماد إلى مساحيق دقيقة مختلفة واستبدلوا ما بين 30 و 50 في المائة من الأسمنت في الخرسانة. في اختبارات الإجهاد ، حددوا لاحقًا ثبات مادة البناء وحسبوا مقدار الطاقة وثاني أكسيد الكربون "يكلفون" الإنتاج. عرض

بصمة طاقة أصغر

النتيجة: كما هو الحال مع الرومان ، كان للرماد البركاني تأثيرًا إيجابيًا على ثبات الخرسانة: كلما تم طحن الرماد بشكل أدق ، كانت الخرسانة أقوى وأكثر متانة. ومع ذلك ، مع درجة طحن أفضل ، يزيد استهلاك الطاقة أثناء الإنتاج أيضًا. ولكن حتى مع ذلك ، فإن استبدال الأسمنت بالرماد البركاني يحسن توازن الطاقة الكلي للخرسانة.

في الاختبار ، انخفضت بصمة الطاقة بنسبة 16 في المائة عندما تم استبدال 40 في المائة من الأسمنت بالرماد البركاني المطحون. يوضح ستيفاني تشين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا "يستهلك إنتاج الإسمنت الكثير من الطاقة لأنه يتطلب درجات حرارة عالية وهي عملية متعددة الخطوات". "لكن الرماد البركاني يتكون حتى في درجات الحرارة العالية والضغط العالي. الطبيعة ، إذا جاز التعبير ، تأخذ التفاعلات الكيميائية اللازمة بعيدا عنا".

الرماد البركاني في المجهر الإلكتروني USGS

يعمل بشكل جيد مع كتل كاملة من الشقق

ماذا تعني هذه المدخرات على مستوى المباني وكتل الشقق بأكملها ، وقد درس الباحثون باستخدام مثال حي في الكويت. بالنسبة للمباني السكنية البالغ عددها 13 مبنى و 13 مبنى تجاري ، قاموا بتحديد كمية الخرسانة المستخدمة وحساب توازن الطاقة لذلك. ثم استخدموا حسابات النماذج لاختبار مدى تغير الطاقة اللازمة لمواد البناء إذا تم استبدال ما يصل إلى 50 في المائة من الأسمنت بالرماد البركاني الأرضي.

النتيجة: يمكن أيضًا توفير وفورات الطاقة المحددة في المختبر إلى ظروف حقيقية وحجم المباني والأحياء بأكملها. وفقًا للباحثين ، ستكون هناك حاجة إلى طاقة أقل بنسبة 16 بالمائة للمباني الـ 26 إذا تم استخدام ما يصل إلى نصف الأسمنت ضد الرماد البركاني. وفقًا لذلك ، توفر وصفة R mer الكثير من الطاقة وبالتالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء الإنشاء.

بالإضافة إلى ذلك ، توجد التكوينات الصخرية من الرماد البركاني القديم في أجزاء كثيرة من العالم - كلا البراكين التي لا تزال نشطة وأماكن للنشاط البركاني البدائي. لأنه بالكاد يتم استخدام هذه المواد حتى الآن ، ستكون وفيرة ورخيصة نسبيا. (مجلة الإنتاج الأنظف ، 2018 ؛ دوي: 10.1016 / j.jclepro.2017.12.234)

(معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، 12.02.2018 - NPO)