أظهرت دراسة بحثية حديثة أن استبدال الأسمنت بنسب عالية من الرماد المتطاير في كتل الرصف الخرسانية النفاذة يمكن أن يحقق توازنًا بين الأداء الميكانيكي وتقليل انبعاثات الكربون، مما يفتح آفاقًا للبنية التحتية الحضرية المستدامة.
تفاصيل الدراسة وتصميم الخلطات
أجرى باحثون من بينهم سوبيت وبونسرم وبريونو تحقيقًا تجريبيًا نُشر في دورية "المدينة والبيئة المبنية" عام 2025، حيث اختبروا خصائص ميكانيكية ومعدلات نفاذية وكثافة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكتل رصف خرسانية نفاذة تضم 40 إلى 70 بالمئة من الرماد المتطاير بديلًا مباشرًا للأسمنت. استخدم الرماد المتطاير من محطة أمورانغ للطاقة في شمال سولاويسي، ويحتوي على 28.13 بالمئة أكسيد كالسيوم و18.77 بالمئة ثنائي أكسيد سيليكون، مما يمنحه خصائص بوزولانية.
صُممت نوعان من الخلطات: النوع (أ) بنسبة أسمنت-رابط إلى ركام خشن إلى ركام ناعم 1:2:1 بسمك 80 مم، والنوع (ب) دون ركام ناعم وبنسبة رابطة إلى ركام خشن 1:3 بسمك 60 مم. ثبتت نسبة ماء إلى رابطة عند 0.3 مع إضافة ملدن فائق من النوع (ف).
النتائج الميكانيكية: قوة الضغط والانحناء
سجلت خلطات النوع (أ) أعلى قوة ضغط عند استبدال 30 بالمئة رماد متطاير، بلغت 17 ميجاباسكال بعد 7 أيام و23 ميجاباسكال بعد 28 يومًا، وهو ما يلبي المواصفة الإندونيسية SNI 03-0691-1996 لكتل رصف مواقف السيارات (جودة ب). في المقابل، أظهرت خلطات النوع (ب) قوة ضغط منخفضة لم تتجاوز 9 ميجاباسكال عند 60 بالمئة استبدال، مما يقصر استخدامها على الممرات والأماكن الخفيفة.
بلغت أعلى قوة انحناء في النوع (أ) عند 40 بالمئة استبدال (3.7 ميجاباسكال بعد 28 يومًا)، بينما حافظ النوع (ب) على قيم انحناء مستقرة بين 1.0 و3.7 ميجاباسكال رغم زيادة الاستبدال.
البنية المسامية ومعدلات النفاذية
أظهر التحليل المسامي أن إضافة الرماد المتطاير زادت المسامية الإجمالية مقارنة بالكتل المرجعية، لكن زيادة نسبة الاستبدال قللت المسام المستمرة وزادت المسام المنفصلة بسبب ملء المعجون للفراغات. انخفض معدل نفاذية الماء السطحي من 5.37 مم/ساعة في الكتلة المرجعية إلى 2.71 مم/ساعة عند 60 بالمئة استبدال، ما يصنف الكتل ضمن فئة النفاذية المنخفضة.
تقييم الأثر البيئي وتقليل الكربون
باستخدام إرشادات جمعية المهندسين المدنيين اليابانية، صنفت الكتل عالية الرماد المتطاير في المنطقة الرابعة من المصفوفة البيئية: قوة ضغط منخفضة مع أداء بيئي عالٍ بفضل تخفيضات كربونية كبيرة. تشير الدراسات إلى أن استبدال المواد البوزولانية بالأسمنت البورتلاندي يمكن أن يخفض الانبعاثات بنسبة 23 إلى 55 بالمئة.
تحديات التطبيق العملي والتوصيات
رغم المزايا البيئية، يواجه التطبيق الميداني تحديات منها تباين التركيب الكيميائي للرماد بين محطات الطاقة، والحاجة لخبرة تقنية متخصصة، ومتطلبات تنظيمية إضافية. أوصى الباحثون باختبارات ما قبل البناء الشاملة، وفحص مصادر موحدة، وخلط محتمل مع مواد بوزولانية ثانوية مثل سيليكا فيوم أو ميتاكاولين لتعزيز القوة المبكرة دون التضحية بالفوائد البيئية.