تبدأ قصة كل مبنى قبل وقت طويل من ارتفاع جدرانه. تبدأ بالمواد المختارة لتحمل الزمن والطقس والتحديات غير المتوقعة. ومن بين تلك التحديات، تظل النار واحدة من أكبر اختبارات المرونة الهيكلية. تشير الأبحاث الجديدة إلى أن نوعًا مختلفًا من الخرسانة - أخف وزنًا وأقل انبعاثات كربونية - قد يثبت أيضًا أنه أكثر قدرة على تحمل الحرارة الشديدة.

تختلف الخرسانة الجيوبوليمرية عن الخرسانة التقليدية المصنوعة من الأسمنت البورتلاندي من خلال اعتمادها على المنتجات الثانوية الصناعية مثل الرماد المتطاير والخبث المسحوق الناتج عن الفرن العالي، والتي يتم تنشيطها باستخدام محاليل قلوية. لقد استكشف الباحثون هذه المادة بشكل متزايد لأنها يمكن أن تقلل من انبعاثات الكربون المرتبطة بإنتاج الأسمنت بينما تقدم أداءً ميكانيكيًا واعدًا. تشير الدراسات الحديثة إلى أن النسخ الخفيفة من الخرسانة الجيوبوليمرية يمكن أن تحتفظ بمزيد من قوتها الهيكلية بعد التعرض لدرجات حرارة مرتفعة مقارنة بالخرسانة التقليدية.

خضع العلماء لعينات من الخرسانة الجيوبوليمرية الخفيفة لدرجات حرارة تتراوح من عدة مئات من الدرجات المئوية إلى ما يصل إلى 800 درجة مئوية. على الرغم من أن كل من الخرسانة التقليدية والجيوبوليمرية شهدت خسائر في القوة مع زيادة درجات الحرارة، إلا أن الخلطات الجيوبوليمرية عمومًا حافظت على نسبة أكبر من قوتها الانضغاطية الأصلية وحافظت على سلامة هيكلية أفضل بعد التبريد.

ينسب الباحثون جزءًا من هذا الأداء المحسن إلى التركيب الكيميائي للمادة. على عكس معجون الأسمنت العادي، تحتوي الروابط الجيوبوليمرية على شبكات من الألومينوسيليكات التي تكون أكثر استقرارًا تحت ظروف درجات الحرارة العالية. كما تساهم المجاميع الخفيفة مثل البوميس في تقليل الإجهاد الحراري والحد من الأضرار الداخلية أثناء التسخين.

ميزة أخرى لوحظت أثناء الاختبار كانت انخفاض حدوث الانفجار التفتتي، وهو ظاهرة تتكسر فيها قطع من الخرسانة بسرعة أثناء الحرائق بسبب الرطوبة المحبوسة والضغط الداخلي. أظهرت بعض الخلطات الجيوبوليمرية تشققات أقل وفقدان كتلة أقل بعد التسخين مقارنة بالخرسانة التقليدية، مما يشير إلى مرونة أكبر في البيئات الحرارية الشديدة.

يعتقد المهندسون أن هذه الخصائص يمكن أن تفيد الهياكل التي تكون فيها مقاومة الحريق مهمة بشكل خاص، بما في ذلك الأنفاق والمرافق الصناعية والبنية التحتية للنقل والمباني الشاهقة. قد يقلل الوزن الأخف للخرسانة الجيوبوليمرية أيضًا من الأحمال الهيكلية مع الحفاظ على قوة كافية للعديد من تطبيقات البناء. لا تزال الأبحاث جارية لتحسين تركيبات المواد للاستخدام التجاري الأوسع.

على الرغم من النتائج المشجعة، يشير الباحثون إلى أن الخرسانة الجيوبوليمرية ليست محصنة ضد أضرار الحرارة. تنخفض القوة تدريجيًا مع زيادة درجات الحرارة، ولا تزال المتانة على المدى الطويل، والاتساق في التصنيع، والتنفيذ على نطاق واسع مجالات نشطة للتحقيق. سيساعد المزيد من الاختبارات الميدانية في تحديد كيفية ترجمة الأداء في المختبر إلى مشاريع البناء في العالم الحقيقي.

مع تحول البناء المستدام إلى هدف عالمي متزايد الأهمية، تستمر التقدم في علوم المواد في إعادة تشكيل التوقعات لما يمكن أن تحققه البنية التحتية الحديثة. تمثل الخرسانة الجيوبوليمرية الخفيفة مثالًا واحدًا على كيفية تقدم تقليل الأثر البيئي وتحسين مقاومة الحريق معًا، مما يوفر للمهندسين خيارًا آخر أثناء تصميم المباني التي تهدف إلى تحمل الاستخدام اليومي والأحداث الاستثنائية.

تنبيه حول الصور الذكية: الصور المرفقة هي رسومات تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي تم إنشاؤها لتمثيل المفاهيم العلمية المناقشة وليست صورًا من البحث.

المصادر (تم التحقق منها): Scientific Reports ScienceDirect Research on Engineering Structures & Materials