م.م الاء حسين<br />المقدمة<br /><br />تُعدّ الخرسانة من أكثر المواد استخدامًا في قطاع البناء، إلا أنّ إنتاجها التقليدي يعتمد بشكل كبير على الأسمنت البورتلاندي، الذي يُعد أحد المصادر الرئيسة لانبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂). تشير التقديرات إلى أن صناعة الأسمنت مسؤولة عن ما يقارب 8% من الانبعاثات الكربونية العالمية. ومن هنا برزت الحاجة إلى تطوير مواد بديلة ذات أثر بيئي منخفض واستدامة أعلى، وكان من أبرزها الخرسانة الجيوبوليمرية (Geopolymer Concrete)، التي تُعتبر حلاً واعدًا في مجال الهندسة المدنية المستدامة.<br /><br />مفهوم الخرسانة الجيوبوليمرية<br /><br />الخرسانة الجيوبوليمرية هي مادة إسمنتية ناشئة تعتمد على تفاعل القلويات مع المواد الغنية بالسيليكا والألومينا (مثل الرماد المتطاير Fly Ash أو الخبث Blast Furnace Slag) لتكوين مادة رابطة بديلة عن الأسمنت البورتلاندي.<br />يُعرف هذا التفاعل باسم التبلمر الجيولوجي (Geopolymerization)، وينتج عنه شبكة ثلاثية الأبعاد من الأكاسيد (Si–O–Al–O)، تمنح المادة صلابة عالية ومتانة ميكانيكية وحرارية ممتازة.<br /><br />المكونات الأساسية للخرسانة الجيوبوليمرية<br /><br />المواد البوزولانية: وتشمل الرماد المتطاير، الميتاكاؤولين، والخبث الصناعي.<br /><br />المُنشّطات القلوية: عادة ما تكون مزيجًا من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وسيليكات الصوديوم (Na₂SiO₃).<br /><br />الركام (الخشن والناعم): مشابه للخرسانة التقليدية.<br /><br />الماء: يُستخدم بكميات محدودة لتسهيل التفاعل الكيميائي وضبط القابلية للتشغيل.<br /><br />آلية التفاعل الجيوبوليمري<br /><br />يتم التفاعل الجيوبوليمري عبر أربع مراحل رئيسية:<br /><br />الانحلال (Dissolution): إذ تُحلّل الأكاسيد الموجودة في المواد البوزولانية بواسطة المحاليل القلوية.<br /><br />النقل (Transportation): تنتقل الأيونات الذائبة في الوسط القلوي.<br /><br />التكاثف (Polycondensation): تتفاعل الأيونات لتكوين روابط Si–O–Al–O.<br /><br />التصلب (Hardening): تتكون شبكة صلبة ثلاثية الأبعاد تمنح المادة خصائص ميكانيكية عالية.<br /><br />الخصائص الميكانيكية والمستدامة<br /><br />تُظهر الخرسانة الجيوبوليمرية أداءً ميكانيكيًا عاليًا، حيث تتراوح مقاومة الضغط بين 40–90 ميغاباسكال حسب نوع المادة البوزولانية وظروف المعالجة.<br />أما من حيث الاستدامة، فإنها تُقلل من انبعاثات الكربون بنسبة تصل إلى 80% مقارنة بالخرسانة التقليدية. كما تمتاز بـ:<br /><br />مقاومة عالية للحرارة والتآكل الكيميائي.<br /><br />انكماش منخفض وتشققات أقل.<br /><br />عمر خدمة أطول في البيئات العدوانية.<br /><br />التطبيقات الهندسية<br /><br />بدأ استخدام الخرسانة الجيوبوليمرية في عدة مشاريع تجريبية حول العالم، منها:<br /><br />الأرصفة والجسور الخرسانية في أستراليا والهند.<br /><br />العناصر المسبقة الصب في الأبنية الصناعية.<br /><br />الأبنية الخضراء التي تهدف إلى تقليل البصمة الكربونية.<br /><br />كما أظهرت دراسات أن هذه الخرسانة مناسبة للاستخدام في المنشآت البحرية بسبب مقاومتها الممتازة لأيونات الكلوريد والكبريتات.<br /><br />التحديات التي تواجه تطبيق الخرسانة الجيوبوليمرية<br /><br />على الرغم من مزاياها البيئية والتقنية، تواجه الخرسانة الجيوبوليمرية بعض التحديات:<br /><br />عدم توفر مواد موحدة عالميًا ذات خصائص ثابتة مثل الرماد المتطاير.<br /><br />صعوبة ضبط زمن الشك بسبب تفاعلها السريع في البيئات الحارة.<br /><br />نقص المواصفات والكودات التصميمية الخاصة بها مقارنة بالخرسانة التقليدية.<br /><br />ارتفاع تكلفة المنشّطات القلوية في بعض المناطق.<br /><br />التوجهات المستقبلية<br /><br />تتجه الأبحاث الحديثة نحو:<br /><br />تطوير منشّطات قلوية صديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة.<br /><br />دمج النانوتكنولوجيا لتعزيز الخصائص الميكانيكية والديمومة.<br /><br />استخدام المخلفات الصناعية والزراعية كمصدر للمواد البوزولانية.<br /><br />وضع كودات ومعايير تصميم خاصة بالخرسانة الجيوبوليمرية لضمان استخدامها على نطاق واسع.<br /><br />الخاتمة<br /><br />تُعدّ الخرسانة الجيوبوليمرية ثورة في عالم مواد البناء، إذ تجمع بين الأداء العالي والاستدامة البيئية. ومن المتوقع أن تسهم في الحد من الانبعاثات الكربونية وتحقيق بنية تحتية أكثر صداقة للبيئة. ومع استمرار التطور في البحوث والتقنيات، يمكن أن تصبح الخرسانة الجيوبوليمرية البديل المستقبلي الموثوق للخرسانة البورتلاندية في مشاريع البناء الحديثة.<br /><br />المراجع (APA 7th Edition)<br /><br />Davidovits, J. (2015). Geopolymer chemistry and applications (4th ed.). Institut Géopolymère.<br /><br />Hardjito, D., & Rangan, B. V. (2005). Development and properties of low-calcium fly ash-based geopolymer concrete. Curtin University of Technology.<br /><br />Nath, P., & Sarker, P. K. (2014). Effect of GGBFS on setting, workability, and early strength properties of fly ash geopolymer concrete cured in ambient condition. Construction and Building Materials, 66, 163–171.<br /><br />Provis, J. L., & van Deventer, J. S. J. (Eds.). (2014). Alkali activated materials: State-of-the-art report, RILEM TC 224-AAM. Springer.<br /><br />Singh, B., Ishwarya, G., Gupta, M., & Bhattacharyya, S. K. (2015). Geopolymer concrete: A review of some recent developments. Construction and Building Materials, 85, 78–90.<br /><br />جامعة المستقبل الجامعة الاولى في العراق