دراسة أجراها باحثون إكوادوريون ونُشرت في مجلة "البناء ومواد البناء"، قيّمت أداء الخرسانة عند استبدال الركام الناعم جزئياً برماد قش الأرز (RHA)، والبولي إيثيلين تيريفثالات المطحون (PET)، ومطاط الإطارات المستعملة. اختبر فريق البحث خرسانة تم فيها استبدال الركام الناعم بنسب وزنية 2.5% و5% و10%، وقارنوها بالخرسانة التقليدية، مع تقييم مؤشرات تشمل الهبوط، والكثافة، ومحتوى الهواء، ومقاومة الضغط، ومقاومة الشد الانشطاري، ومعامل المرونة.

(أ) المطاط، (ب) البولي إيثيلين تيريفثالات المحتوي على الزيت المتبقي، (ج) رماد قش الأرز.

أظهرت النتائج أن رماد قش الأرز يتمتع بأفضل أداء عام. عند نسبة استبدال 2.5%، انخفضت مقاومة الضغط لمدة 28 يوماً بنسبة 1.6% فقط، وأكد تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) تحسن الترابط في المنطقة الانتقالية البينية (ITZ) بين الركام وعجينة الأسمنت. يُعزى الأداء المتفوق لرماد قش الأرز إلى محتواه العالي من السيليكا ونشاطه البوزولاني، إلا أن امتصاصه العالي للماء يتطلب تعديل نسبة الماء إلى الأسمنت للحفاظ على قابلية التشغيل. وترى الدراسة أن نسبة الاستبدال 5% مجدية تقنياً.

في حالة البولي إيثيلين تيريفثالات، انخفضت مقاومة الضغط بنحو 10% ومقاومة الشد بنحو 18% عند نسبة استبدال 2.5%، وذلك بسبب طبيعته الكارهة للماء وعدم تفاعله مع تشكيل روابط كيميائية مع مصفوفة الأسمنت، لكنه يحافظ على قابلية تشغيل جيدة دون الحاجة لتعديل نسبة الماء إلى الأسمنت. ويُعتبر الفقد الميكانيكي عند نسبة استبدال 5% مقبولاً للتطبيقات غير الإنشائية أو منخفضة المتطلبات.

كان الانخفاض في الخواص الميكانيكية لمطاط الإطارات المستعملة هو الأكثر وضوحاً، حيث أظهر المجهر الإلكتروني الماسح أن الواجهة البينية مع عجينة الأسمنت كانت أقل استمرارية، لكن فقدان الأداء يظل قابلاً للتحكم عندما لا تتجاوز نسبة الاستبدال 5%.

أكد التحليل الإحصائي (تحليل التباين واختبار توكي) أن نوع المادة ومستوى الاستبدال لهما تأثير كبير على الخواص الميكانيكية. عندما تكون نسبة الاستبدال أقل من 5%، يكون انخفاض مقاومة الضغط ومقاومة الشد عادة أقل من 25%؛ وعندما تصل نسبة الاستبدال إلى 10%، يصبح الانخفاض في الخواص الميكانيكية أكثر وضوحاً، حيث يصل الانخفاض في معامل المرونة إلى 34%. من الناحية التقنية، يمثل مستوى الاستبدال بنسبة 5% نقطة توازن بين الاستدامة والأداء الإنشائي.

في عينات الخرسانة، تم استبدال الركام الناعم بنسبة 10% من (أ) البولي إيثيلين تيريفثالات المطحون و(ب) المطاط المعاد تدويره.

أظهر التحليل الحراري الوزني (TGA) أن رماد قش الأرز يتمتع بخواص حرارية أكثر استقراراً، بينما أظهر البولي إيثيلين تيريفثالات والمطاط فقداناً أكبر في الكتلة عند نسب الاستبدال المتوسطة بسبب خصائصهما البوليمرية. تُعتبر جودة المنطقة الانتقالية البينية عاملاً رئيسياً في تحديد الأداء.

تشير خلفية الدراسة إلى أنه في عام 2023، أنتج العالم حوالي 2.3 مليار طن من النفايات الصلبة البلدية، ومن المتوقع أن تصل إلى 3.8 مليار طن بحلول عام 2050، حيث يتم حرق 35% من البولي إيثيلين تيريفثالات، مما ينتج عنه حوالي 534 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنوياً. ويساهم قطاع البناء بنسبة تتراوح بين 40% و50% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، ويستهلك ما يقرب من 40% من الطاقة العالمية و60% من المواد الخام، حيث يبلغ الطلب السنوي على الرمال 50 مليار طن.

مزيد من المعلومات: المؤلفون: فاليريا فرانكو-كينيونيز وآخرون، العنوان: "خرسانة مستدامة باستخدام رماد قش الأرز والبولي إيثيلين تيريفثالات ومطاط الإطارات كبدائل للركام الناعم"، نُشر في: "البناء ومواد البناء" (2025).