الخرسانة سالبة الكربون |عالم الهندسة

الخرسانة سالبة الكربون

اعزائنا الكرام متابعي وزائري موقع عالم الهندسة Engineering World نقدم لكم مقال عن الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete تعتبر الخرسانة سالبة الكربون Carbon-negative Concrete تطورًا مبتكرًا في صناعة البناء حيث تهدف إلى الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2) والتخفيف من تأثيرات تغير المناخ تعتبر الخرسانة واحدة من أكثر مواد البناء استخدامًا على مستوى العالم ولكن إنتاجها يعتبر مسؤولًا عن كميات كبيرة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون .

الخرسانة العادية تعتمد على الإسمنت البورتلاندي والذي يتطلب إجراءات إنتاجية تولد كميات كبيرة من CO2 ولكن الخرسانة سالبة الكربون تستخدم تقنيات مختلفة لتقليل هذه الانبعاثات وحتى إزالة الكربون من الغلاف الجوي وهناك عدة طرق وتقنيات تستخدم في إنتاج الخرسانة سالبة الكربون بما في ذلك :

استخدام مواد مركبة : يتم استبدال الإسمنت البورتلاندي بمواد مركبة أخرى تسبب انبعاثات CO2 أقل أثناء عملية الإنتاج. على سبيل المثال يمكن استخدام الرماد المتطاير Fly Ash أو السيليكا النانوية Nano Silica كبدائل للإسمنت البورتلاندي.
تخزين الكربون : يتم استخدام تقنيات تخزين الكربون لامتصاص الكربون من الغلاف الجوي وتخزينه داخل الخرسانة واحدة من هذه التقنيات هي استخدام الأسمدة الحجرية Mineral Carbonation حيث يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع المعادن لتكوين مركبات ثابتة غير قابلة للتحلل.
الاستفادة من النفايات الصناعة : يمكن استخدام بعض نفايات الصناعة كمواد خام في إنتاج الخرسانة سالبة الكربون على سبيل المثال، يمكن استخدام الرماد المتطاير الناتج عن محطات توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم كبديل للإسمنت.
تقليل الكمية المستخدمة للمواد : يمكن أيضًا تحقيق الخرسانة سالبة الكربون عن طريق تقليل الكمية المستخدمة من المواد الأساسية مثل الإسمنت دون التأثير على الأداء الهندسي للخرسانة.

كما ان الخرسانة سالبة الكربون تعتبر مجالًا ناشئًا في مجال الانشاء البناء ولا تزال قيد البحث والتطوير للعثور على طرق أكثر فعالية لإنتاجها واستخدامها من المتوقع أن تلعب الخرسانة سالبة الكربون دورًا مهمًا في جهود مكافحة تغير المناخ وتحقيق الاستدامة في صناعة البناء.

من الجدير بالذكر أن الخرسانة سالبة الكربون ليست بديلاً كاملاً للخرسانة التقليدية ولا تزال تحتاج إلى مزيد من البحث والتطوير لتحسين أدائها وتكلفتها كما يجب مراعاة عوامل أخرى مثل مصدر المواد الخام وتكلفة الإنتاج وتأثيرها على الأداء الهندسي للمنشآت.

وينبغي إجراء المزيد من البحوث والتجارب لتطوير تقنيات إنتاج الخرسانة سالبة الكربون وتحسينها وكذلك تبنيها في صناعة البناء بشكل أوسع. يتطلب ذلك التعاون بين الجهات الحكومية والصناعية والأكاديمية لتعزيز التكنولوجيا وتطوير السياسات والمعايير اللازمة لتعزيز استخدام الخرسانة سالبة الكربون في المستقبل .

المزايا والعيوب للخرسانة سالبة الكربون

استخدام الخرسانة سالبة الكربون يأتي مع مجموعة من المزايا والعيوب المحتملة وهي كالاتي :

اولاً : المزايا

التأثير البيئي المنخفض : تعتبر الخرسانة سالبة الكربون خيارًا صديقًا للبيئة نظرًا لقدرتها على الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أو حتى إزالته من الغلاف الجوي مما يساهم في تقليل تأثيرات تغير المناخ.
تخزين الكربون : تقنيات تخزين الكربون المستخدمة في الخرسانة سالبة الكربون تساهم في إزالة الكربون من الغلاف الجوي وتخزينه بشكل دائم داخل المواد البنائية، مما يساهم في تحقيق التوازن الكربوني .
استخدام المواد المركبة : استخدام مواد مركبة بديلة للإسمنت البورتلاندي يقلل من انبعاثات CO2 الناتجة عن عملية الإنتاج، ويساهم في تطوير مصادر مستدامة للمواد البنائية.
تحسين أداء العزل الحراري : يمكن تحسين خواص العزل الحراري للخرسانة سالبة الكربون مما يؤدي إلى تقليل الاعتماد على أنظمة التدفئة والتبريد في المباني وتحسين كفاءة استخدام الطاقة.

ثانياَ : العيوب

تكلفة الإنتاج : قد تكون الخرسانة سالبة الكربون أكثر تكلفة في الإنتاج مقارنة بالخرسانة التقليدية تتطلب تقنيات الحصول على الكربون وتخزينه تكاليف إضافية ومعقدة.
التكنولوجيا المتقدمة : لا يزال تطوير تقنيات الخرسانة سالبة الكربون في مراحله المبكرة، وقد تتطلب تنفيذًا متقدمًا وخبرة تقنية لضمان جودة وأداء المنتج النهائي.
الأداء الهندسي : قد يكون للخرسانة سالبة الكربون بعض التأثير على الأداء الهندسي للمنشآت مثل قوة الضغط والمرونة يجب إجراء دراسات واختبارات هندسية لضمان أن الخرسانة المستخدمة تلبي المعايير المطلوبة.
قدرة الاستيعاب : في الوقت الحالي، لا تزال الخرسانة سالبة الكربون تعاني من القدرة الاستيعاب المحدودة في سوق البناء قد يكون من الصعب العثور على مصادر مواد وتقنيات تنتج الخرسانة سالبة الكربون بكميات كافية لتلبية الطلب.

كما أن استخدام الخرسانة سالبة الكربون لا يعتبر حلاً نهائيًا لمشكلة تغير المناخ يجب أن تتضمن الجهود البيئية الشاملة تحسينات في جميع جوانب البناء والتشييد بما في ذلك استخدام مواد مستدامة وتحسين كفاءة الطاقة والتصميم الذكي للمباني .

كما يمكن أن تكون الخرسانة سالبة الكربون خيارًا مثيرًا للاهتمام للحد من انبعاثات الكربون في صناعة البناء والتشييد وتحقيق بيئة أكثر استدامة يجب أن يتم تقييم كل مشروع بشكل فردي لتحديد ما إذا كانت الفوائد تتفوق على التكاليف والتحديات المحتملة.

دراسات و أمثلة على استخدام الخرسانة سالبة الكربون في المشاريع المنفذة

هناك بعض المشاريع التي تم استخدام الخرسانة سالبة الكربون فعلياً فيها وهي كالاتي :

مشروع The Caledonian Sleeper في المملكة المتحدة : يعد هذا المشروع واحدًا من أكبر مشاريع البنية التحتية في المملكة المتحدة التي تستخدم الخرسانة سالبة الكربون تم استخدام خليط خرساني متكامل يشتمل على مسحوق الكربون المنشط والذي يمتص ثاني أكسيد الكربون من الهواء ويخزنه في المواد البنائية.
مشروع SkyWay في روسيا : يعتبر مشروع SkyWay نموذجًا للنقل المستدام حيث تم استخدام الخرسانة سالبة الكربون في بناء الأعمدة والجسور والأنفاق. تم تطوير خرسانة خاصة تحتوي على مادة ممتصة للكربون للمساهمة في تقليل انبعاثات الكربون المرتبطة بالمشروع.
مشروع Nordhavnen في الدنمارك : يعد هذا المشروع واحدًا من أكبر مشاريع تطوير المناطق الحضرية في كوبنهاغن. يتضمن المشروع استخدام الخرسانة سالبة الكربون في الهياكل الخرسانية للمباني والطرق والأنفاق. تم تطوير تركيبات خرسانية مبتكرة تسمح بامتصاص الكربون وتخزينه.
مشروع CarbonCure في كندا : تعتبر شركة CarbonCure شركة رائدة في مجال تكنولوجيا الخرسانة سالبة الكربون. يتم استخدام تقنية مبتكرة تقوم بحقن ثاني أكسيد الكربون في الخرسانة أثناء عملية الصب تم استخدام هذه التقنية في العديد من المشاريع في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك مشروعات البناء السكنية والتجارية.

هذه بعض الأمثلة المحددة لاستخدام الخرسانة سالبة الكربون في المشاريع الحقيقية ويجب ملاحظة أن استخدام الخرسانة سالبة الكربون لا يزال في مراحل التطوير والتبني المبكر ومن المتوقع أن يزداد انتشارها في المستقبل مع تطور التكنولوجيا وزيادة الوعي بأهمية الاستدامة البيئية في صناعة البناء والتشييد .

الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للخرسانة سالبة الكربون Carbon-negative Concrete

الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete هي نوع من الخرسانة المصممة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتخزينه بدلاً من إطلاقه إلى الغلاف الجوي. تتميز هذه الخرسانة ببعض الخصائص الفيزيائية والميكانيكية المهمة، وتشمل:

مقاومة الضغط Compressive Strength : تحتفظ الخرسانة سالبة الكربون بمقاومة ضغطية عالية مماثلة للخرسانة التقليدية. وبالتالي يمكن استخدامها في الأعمال الإنشائية القوية والهياكل المتطلبة للأحمال العالية.
مقاومة الانحناء Flexural Strength : تتمتع الخرسانة سالبة الكربون بمقاومة جيدة للانحناء، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في الأعمال المعرضة للتشوهات والأحمال الجانبية.
امتصاص الكربون : تحتوي الخرسانة سالبة الكربون على مواد ممتصة للكربون، مثل مسحوق الكربون المنشط، والتي تساعد في امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتخزينه في المواد البنائية.
مقاومة للتآكل : تتمتع الخرسانة سالبة الكربون بمقاومة عالية للتآكل الكيميائي والتآكل الناتج عن التأثيرات البيئية، مما يعزز عمرها الافتراضي ويقلل من تكاليف الصيانة.
قابلية العمل والصب : تشبه الخرسانة سالبة الكربون الخرسانة التقليدية في عملية الصب والتشكيل يمكن استخدامها مع نفس أساليب البناء والتشييد المعتادة.

نسب الخلط للخرسانة سالبة الكربون Carbon-negative Concrete

نسب الخلط للخرسانة سالبة الكربون Carbon-negative Concrete تختلف اعتمادًا على التركيبة المستخدمة والتقنية المتبعة ومع ذلك، يمكن توفير بعض الإرشادات العامة لنسب الخلط التي يمكن أن تستخدم في إنتاج الخرسانة سالبة الكربون. قد تشمل هذه النسب :

الأسمنت : يمكن استخدام أنواع مختلفة من الأسمنت مثل الأسمنت العادي أو الأسمنت المضاف إليه الشوائب قد تتراوح نسبة الأسمنت في الخلطة بين 10٪ إلى 30٪ من وزن الخرسانة الكلي .
المواد الممتصة للكربون : تضاف مواد ممتصة للكربون إلى الخلطة لتساعد على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتخزينه ومثال على ذلك هو مسحوق الكربون المنشط .
المواد المستخدمة في الركام : يمكن استخدام الركام التقليدي مثل الحصى والرمل مع الأخذ في الاعتبار تعزيز قابلية الامتصاص للكربون يمكن أيضًا استخدام مواد ركامية بديلة مثل الرماد المتطاير أو الرماد البركاني .
الخلط المائي : تستخدم كمية الماء المناسبة للحصول على خلطة متماسكة وقابلة للصب يجب تحقيق التوازن بين متطلبات العملية الصب وأداء الخرسانة المطلوب .

تهدف نسب الخلط للخرسانة سالبة الكربون إلى تحقيق التوازن بين الأداء الميكانيكي والاستدامة البيئية يُنصح بالتعاون مع مهندسين متخصصين في الخرسانة والاستدامة لتطوير نسب الخلط المناسبة لمشروعك الخاص مع الأخذ في الاعتبار الظروف المحلية ومتطلبات المشروع .

المعايير والمواصفات الفنية التي يجب اتباعها عند تنفيذ الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete

عند تنفيذ الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete يجب اتباع مجموعة من المعايير والمواصفات الفنية لضمان أداء عالي والامتثال للمعايير البيئية والاستدامة. قد تختلف هذه المعايير والمواصفات من بلد لآخر وتعتمد على التشريعات والمعايير المحلية ومع ذلك يمكن أن تشمل العناصر التالية :

استخدام المواد المناسبة : يجب استخدام مواد ذات جودة عالية ومعتمدة من قبل الجهات الرسمية يجب أن تطابق المكونات المستخدمة في الخلطة المواصفات الفنية المحددة للخرسانة سالبة الكربون .
نسب الخلط : يجب اختيار نسب الخلط الملائمة وفقًا للتصميم الهندسي والمتطلبات البيئية يجب أن تتماشى نسب الأسمنت والركام والمواد الممتصة للكربون مع المواصفات المعتمدة .
الاختبارات المعملية : يجب إجراء اختبارات معملية لتقييم خصائص الخرسانة سالبة الكربون مثل قوة الضغط والانحناء وامتصاص الكربون يجب أن تتوافق النتائج مع المعايير المحددة.
التوجيهات البيئية : يتعين اتباع التوجيهات البيئية والاستدامة المعتمدة في المشروع. يجب أن تتوافق الخرسانة سالبة الكربون مع معايير الانبعاثات البيئية وإدارة الموارد.
توثيق المعلومات : يجب توثيق جميع المعلومات المتعلقة بعملية الإنتاج والتنفيذ، بما في ذلك نسب الخلط ونتائج الاختبارات. قد يتطلب ذلك تقديم تقارير وشهادات من قبل المقاولين.

اختبارات الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete

توجد عدة اختبارات يمكن إجراؤها لتقييم وضمان جودة وأداء الخرسانة سالبة الكربون Carbon-negative Concrete إليك بعض الاختبارات الشائعة التي يتم تنفيذها :

اختبار قوة الضغط : يتم قياس قوة الضغط لتحديد مقاومة الخرسانة للضغط. يتم ضغط عينات الخرسانة في ظروف معينة وفي فترات زمنية محددة لتحديد القوة المطلوبة.
اختبار قوة الانحناء : يستخدم لتقييم مقاومة الخرسانة للانحناء والتشقق. يتم اختبار عينات الخرسانة بوضعها في ظروف انحناء معينة وقياس القوة المقاومة للانحناء.
اختبار امتصاص الكربون : يستخدم لتحديد مدى قدرة الخرسانة على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتخزينه. يتم قياس امتصاص الكربون عن طريق تعريض العينات للكربون المشبع بالماء وقياس التغير في تركيز الكربون قبل وبعد التعرض.
اختبارات المتانة والمقاومة : تشمل هذه الاختبارات اختبار المقاومة للتآكل واختبار الثبات الحراري، واختبار الثبات الكيميائي تهدف هذه الاختبارات إلى تقييم مدى قدرة الخرسانة على مقاومة التحلل والتأثيرات البيئية المختلفة.
اختبارات الشد والانضغاط : تستخدم لتقييم مقاومة الخرسانة للشد والانضغاط يتم تطبيق قوة الشد أو الانضغاط على العينات وقياس التغيرات في التوتر والانفاصل.

يجب اتباع المعايير والإجراءات المحددة لكل اختبار ويجب أن يتم تنفيذ الاختبارات في مختبر معتمد ووفقًا للإرشادات والمعايير الفنية المحددة ينصح بالتعاون مع مهندسين متخصصين لتحديد الاختبارات المناسبة وتوفير النتائج الدقيقة والموثوقة.

الكودات العربية والعالمية المستخدمة في تصميم الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete

هناك عدة كودات عربية وعالمية تستخدم في تصميم الخرسانة بشكل عام، ويمكن أن تكون قابلة للتطبيق في تصميم الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete إليك بعض الكودات الشائعة المستخدمة على المستوى العربي والعالمي :

الكود الأوروبي للخرسانة Eurocode : يعتبر الكود الأوروبي للخرسانة واحدًا من الأكثر شيوعًا في العالم يغطي Eurocode الجوانب المختلفة لتصميم وتنفيذ الهياكل الخرسانية بما في ذلك الخرسانة سالبة الكربون .
الكود الأمريكي للخرسانة المسلحة ACI 318 : يستخدم الكود الأمريكي للخرسانة المسلحة لتصميم الهياكل الخرسانية في الولايات المتحدة يحتوي الكود على توجيهات ومتطلبات لتطبيق الخرسانة بشكل عام ويمكن تطبيقه على الخرسانة سالبة الكربون أيضًا .
الكود البريطاني للخرسانة المسلحة BS 8110 : يستخدم في المملكة المتحدة ويغطي تصميم الهياكل الخرسانية المسلحة يمكن تطبيق الكود البريطاني على الخرسانة سالبة الكربون أيضًا.
الكود العربي للخرسانة المسلحة ACIAR : يستخدم في الدول العربية ويعتمد على الكود الأمريكي ACI 318 يمكن تكييف الكود العربي لتشمل توجيهات لتصميم الخرسانة سالبة الكربون .

يجب الإشارة إلى أنه يمكن أن تكون هناك تعديلات محلية على هذه الكودات أو كودات إضافية محددة لكل دولة أو منطقة ينبغي الرجوع إلى الجهات الرسمية المعنية أو الهيئات الهندسية في الدولة المعنية للحصول على الكودات والمواصفات المحدثة والمعتمدة لتصميم الخرسانة سالبة الكربون في تلك الدولة.

افضل واشهر المراجع والمصادر العربية والعالمية عن الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete

هناك العديد من المراجع والمصادر المهمة في مجال الخرسانة سالبة الكربون Carbon negative Concrete سواء على المستوى العربي أو العالمي إليك بعض المراجع والمصادر البارزة التي يمكنك الاستفادة منها :

Carbon Negative Concrete : Building Sustainable Construction الخرسانة سالبة الكربون : بناء البنية التحتية المستدامة)، تأليف محمد الحمد وعبد الرحمن الجربوع وجيسون كريستوفر توماس: يعتبر هذا الكتاب مرجعًا مهمًا في مجال الخرسانة سالبة الكربون حيث يغطي الجوانب الفنية والتقنية والمفاهيم الأساسية للتصميم والتنفيذ.
Carbon Negative Design: Case Studies التصميم سالب الكربون : دراسات الحالة : يعرض هذا الكتاب سلسلة من الدراسات العملية والحالات التطبيقية التي تستخدم الخرسانة سالبة الكربون ويقدم نماذج وأمثلة تطبيقية تساعد على فهم المفاهيم والتقنيات المستخدمة.
Carbon Negative Concrete : A Review on Current Status and Future Prospects الخرسانة سالبة الكربون : مراجعة للوضع الحالي والآفاق المستقبلية لمجموعة من الباحثين والخبراء : يقدم هذا البحث مراجعة شاملة للتقنيات والمواد المستخدمة في الخرسانة سالبة الكربون ويستعرض التحديات والفرص المستقبلية لهذا المجال.
Low Carbon Concrete: Advances in Research and Development الخرسانة ذات انبعاثات منخفضة للكربون : التقدم في البحث والتطوير تحرير نينو رانتالا: يهدف هذا الكتاب إلى تسليط الضوء على آخر التطورات والأبحاث في مجال الخرسانة ذات انبعاثات منخفضة للكربون ويشمل فصولًا متعددة تغطي مجموعة متنوعة من الجوانب المتعلقة بالتصميم والمواد والتنفيذ.
Handbook of Low Carbon Concrete كتيب الخرسانة ذات انبعاثات منخفضة للكربون تحرير أليكساندرو لامبروسي : يعد هذا الكتاب مرجعًا شاملاً يغطي مواضيع متنوعة مثل تكنولوجيا الخرسانة الخضراء، وتقليل الانبعاثات وتصميم الخلطات واستراتيجيات التنفيذ .

هذه مجرد بعض المراجع والمصادر التييمكنك الاستفادة منها في مجال الخرسانة سالبة الكربون هناك المزيد من المراجع والأبحاث المتاحة في هذا المجال، ويمكنك استكشافها بناءً على احتياجاتك ومتطلبات المشروع الخاص بك.