الخرسانة لها تأثير بيئي كبير. على سبيل المثال، تشير التقديرات إلى أنه يتم إنتاج 1.6 مليار طن من الخرسانة سنويًا وهي مسؤولة عن حوالي 7% من ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى استنفاد المصادر الطبيعية وإلقاء كميات كبيرة من النفايات. تتكون الخرسانة من ثلاث مواد رئيسية تشمل الأسمنت والركام والماء. يحتاج إنتاج الخرسانة إلى استهلاك طاقة ضخم ويطلق كمية كبيرة من انبعاثات الدفيئة. سيتم مناقشة طرق مختلفة لتقليل التأثير البيئي للخرسانة مثل الحفاظ على المواد. يؤدي استخدام الركام والمياه إلى تقليل الموارد الطبيعية وربما يؤدي إلى تلوث المياه.
بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من المواد التي تستخدم كمضافات لتحسين خصائص الخرسانة وقد تسبّب هذه المواد المضافة تأثيرًا ضارًا على البيئة. أخيرًا، يُعَد نقص المواد شديدة التحمل مصدرًا آخر للقضية البيئية الملموسة ويتم تصميم الخرسانة بشكل عام لعمر خدمة يبلغ 50 عامًا. إذا كانت متانة الخرسانة أعلى، فسيكون تأثيرها البيئي أقل، على سبيل المثال سيكون معدّل استخدام الموارد الطبيعية أقل. هناك عدد من الطرق التي يمكن من خلالها تقليل التأثير البيئي للخرسانة وسوف تلقي هذه المقالة الضوء على هذه التقنيات.
فيما يلي الطرق المختلفة التي يمكن اعتبارها لتقليل التأثير البيئي للخرسانة:
يُعتبر الحفاظ على الأسمنت الخطوة الأولى والأكثر أهمية في تقليل استخدام الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري. ينص اعتبار إنتاجية الموارد على خصم استخدام الأسمنت البورتلاندي مع تلبية المتطلّبات المستقبلية لمزيد من الخرسانة. يجب أن يكون هذا هو جدول الأعمال الأول لصناعة ملموسة ناجحة. يتزايد استخدام الأسمنت البورتلاندي المحتوي على المواد البوزولانية على سبيل المثال خبث أفران الصهر الحبيبية والرماد المتطاير ودخان السيليكا بشكل كبير.
ومع ذلك، يتم استخدام هذه المضافات عن طريق المنتجات التي يتم استخدامها كمواد بديلة للأسمنت في تطبيقات قليلة أو منخفضة القيمة مثل مدافن النفايات والقواعد الفرعية للطرق. يمكن تقليل استخدام الأسمنت في التطبيقات الإنشائية باستخدام مادة اسمنتية أو مادة البوزلان كبديل للأسمنت. هذا يؤدي إلى انخفاض الطلب على إنتاج الأسمنت.
يُذكر أن استبدال الأسمنت بالخبث أو الرماد المتطاير بنسبة 50% سيوفر منتجًا أفضل متانة مقارنةً بمنتج الأسمنت البورتلاندي مع عدم استبدال، وبالتالي يتم تقليل استخدام الموارد الطبيعية. علاوة على ذلك، فإنّ إعداد وتصلّب الخرسانة التي تحتوي على نسبة كبيرة من المواد الأسمنتية منخفضة ولكن يمكن معالجة ذلك إلى حد معين باستخدام الملدّن الفائق. من الممكن أن تتم الموافقة على عملية البناء البطيئة في المستقبل عندما يصبح تعظيم الموارد هو أهم غرض صناعي بدلاً من إنتاجية العمالة.
يُزعم أنه في أمريكا الشمالية واليابان وأوروبا، يتكون حوالي ثلثي نفايات البناء والهدم من الخرسانة القديمة المكسورة والبناء. إذا أُعيد استخدام هذه النفايات كركام خشن، فسوف تتحسّن إنتاجية المواد بشكل كبير. علاوة على ذلك، يمكن معالجة الرمال المجرفة ونفايات التعدين الموجودة في عدد من البلدان حول العالم، وتطبيقها كمجمعات دقيقة. على الرغم من أن معالجة مواد النفايات هذه تتطلّب ميزانية، إلّا أنها يمكن أن تكون اقتصادية إلى حد كبير خاصة في تلك البلدان حيث تكون تكلفة تخميد النفايات كبيرة والأراضي نادرة.
من الأهمية بمكان إعادة التدوير وإعادة استخدام مواد النفايات التي تحل مشكلة استنفاد الموارد الطبيعية في العديد من المناطق وتتجنّب التكلفة العالية لنقل الركام البكر لمسافات طويلة. تدعي شركة الشحن الدنماركية (Lauritzen) أنه يتم إنتاج مليار طن من الركام الخرساني والبناء سنويًا ويتم إعادة استخدام كمية صغيرة من نفايات الخرسانة والبناء مرة أخرى. دفع التخلّص من النفايات باهظة الثمن والاعتبارات البيئية غالبية الدول الأوروبية إلى تحديد أهداف قصيرة المدى لإعادة تدوير ما بين 50 إلى 90% من مخلفات الهدم والبناء.
أخيرًا، يمتلك الركام المعاد تدويره بشكل عام وركام البناء بشكل خاص مسامية كبيرة مقارنة بالركام الطبيعي. لذلك، من أجل نفس قابلية التشغيل، يكون الطلب على المياه لإنتاج الخرسانة الطازجة أعلى مقارنة بحالة استخدام الركام الطبيعي وتتأثر الخواص الميكانيكية للخرسانة الصلبة بشكل ضار. لمعالجة هذه المشكلة، يمكن استخدام مزيج من الركام الطبيعي وإعادة التدوير أو يمكن استخدام الرماد المتطاير ومضافات تقليل المياه في الخرسانة.
إنّ توافر المياه العذبة والنظيفة يتناقص باستمرار وإنّ 3% فقط من جميع المياه على الأرض هي مياه عذبة يقع معظمها إمّا في أعماق سطح الأرض من الأنهار الجليدية سريعة الذوبان المحاصرة. نتيجة لزيادة الطلب الصناعي والزراعي والحضري على المياه، ينخفض منسوب المياه الجوفية بالإضافة إلى زيادة تلوث المياه. يوصى بأن يكون الحل العملي والمعقول الوحيد لهذه المشكلة هو استخدام الموارد المتاحة بشكل أكثر كفاءة.
يستهلك منتجو الخرسانة المياه على نطاق واسع ويجب إجبار هؤلاء المنتجين وغيرهم من كبار المستهلكين الجدد على استخدام المياه بكفاءة. تشير التقديرات إلى أن 100 لتر لكل م 3 تستخدم لتنظيف شاحنات الخلط الجاهزة وتستخدم كمية كبيرة من المياه للخلط. يُعتقد أنه يتم استخدام 1 تريليون لتر من الماء للخلط سنويًا ويمكن تقليل هذه الكمية الضخمة إلى النصف عن طريق زيادة الخلطات المعدنية واستخدام الملدّنات الفائقة وتحسين درجات الركام.
علاوة على ذلك، مع الموافقة على نتائج الاختبار، يجب استخدام المياه قليلة الملوحة والمياه الصناعية المعاد تدويرها بدلاً من المياه النظيفة، ويجب أن يكون هذا ضروريًا تمامًا في حالة معدات الغسيل. علاوة على ذلك، تم الإبلاغ عن توفير كمية كبيرة من المياه عند استخدام المثبّط للخرسانة الطازجة. أخيرًا، أثناء معالجة الخرسانة، يؤدي استخدام المنسوجات، التي تحتوي على غشاء خارجي غير منفذ ونسيج ماص للماء على الوجه الداخلي، إلى قطع استخدام المياه.
بالإضافة إلى تلك الإجراءات التي تمت مناقشتها في الأقسام المذكورة أعلاه، فإنّ تعزيز متانة الخرسانة يوفر حلاً طويل المدى وانطلاقة استثنائية لتحسين إنتاجية صناعة الخرسانة وبالتالي تقليل التأثير البيئي على إنتاج الخرسانة، على سبيل المثال إذا تم إنشاء هيكل خرساني لمدة خدمة تبلغ 500 عام بدلاً من 50 عامًا، ستزداد إنتاجية الموارد في صناعة الخرسانة بمعامل 10. تُعتبر متانة الهياكل الحديثة موضع تساؤل لأن التدهور يبدأ بعد حوالي 20 عامًا حيث توجد مبانٍ وجدران بحرية مبنية من الخرسانة الرومانية غير المسلّحة والتي تحافظ على حالتها الجيدة بعد ما يقرب من 2000 عام.
قد يكون هذا بشكل أساسي بسبب الخرسانة الأسمنتية البورتلاندي المعرّضة للتشقق والتي أصبحت بالتالي قابلة للاختراق خلال فترة خدمتها. علاوة على ذلك، فإنّ حديد التسليح في الخرسانة المنفذة يتآكل ويؤدي إلى تلف تدريجي للهيكل. في العصر الحديث، يتم التحكّم في ممارسة البناء من خلال ثقافة تسريع سرعة البناء حيث يتم استخدام كمية كبيرة من الأسمنت البورتلاندي عالي القوة في وقت مبكّر. وبالتالي، يتم بناء هيكل خرساني ضعيف مقاوم للتصدّع بسبب انكماش الجفاف الكبير والانكماش الحراري والاسترخاء والزحف الصغير.
علاوة على ذلك، تصنع الخرسانة الرومانية من خليط من الرماد البركاني والجير المطفأ، وتنتج منتجًا مائيًا متجانسًا يتماسك ويتصلّب بوتيرة بطيئة ولكن أفضل من منتج الأسمنت البورتلاندي المائي من الناحية الديناميكية الحرارية. يضاف إلى ذلك أن كمية المياه المستخدمة في الخرسانة الرومانية أقل ولم تتعرّض للتشققات بنفس درجة الخرسانة الأسمنتية البورتلاندي. لذلك، إذا كانت متانة الخرسانة هي مصدر قلق أو غرض رئيسي، فيجب التركيز على إنتاج خرسانة أقل عرضة للتشقق بدلاً من البناء عالي السرعة، وبالتالي يجب أن تخضع ممارسة البناء لتغيير النموذج نحو هذا الاتجاه.
من الواضح أنه يمكن منع مُعظم التشقق والانكماش في الخرسانة بالكامل وبالتالي يمكن إنتاج خرسانة عالية التحمل بشرط أن يتم استخلاص الماء إلى المادة الأسمنتية في الخرسانة من خلال تطبيق الملدّن الفائق. وصف (ميهتا ولانغلي) أساسًا خرسانيًا مترابطًا وخاليًا من التشققات لمعبد يقع في كاواي وهي جزيرة في المحيط الهادئ. الأساس مصنوع من جزأين متوازيين من بلاطة خرسانية غير مسلّحة. لإنتاج الخرسانة مع ضغوط انكماش صغيرة إلى حد كبير، كان من الضروري التقليل للحد من الانكماش الحراري والتجفيف من خلال تقليل كبير في الأسمنت البورتلاندي والمياه في الخرسانة.
كان الركود الخرساني المستخدم في الأساس 125 ± 25 مم وقوة الانضغاط بعد 90 يومًا كانت 20 ميجا باسكال مع ارتفاع درجة الحرارة 13 درجة مئوية. تم فحص السطح المكشوف للمؤسسة بعناية وبشكل صحيح بعد عامين تقريبًا ولم يكن هناك أي دليل على التشققات. أظهر التحقيق في العينات الأساسية المأخوذة من البلاطة أنه لم يكن تجانس منتج الماء لنظام الرماد المتطاير بشكل أفضل مقارنة بالخرسانة التقليدية فحسب، بل كان الرابط بين الركام ومنتج الترطيب جيدًا جدًا. هذا هو الشرط المُسبق لتحقيق الخرسانة المقاومة للتشقق وعالية التحمّل.
العربية
