من البحر إلى ناطحات السحاب.. .. خرسانة أقوى 17 مرة من العادية
نيسان ـ نشر في 2025-12-29 الساعة 12:38
نيسان ـ طور فريق بحثي في جامعة برينستون الأمريكية تركيبة جديدة من الخرسانة تجمع بين القوة والمرونة بشكل غير مسبوق، مستلهمين في ذلك من بنية أصداف الرخويات البحرية.
وأكد الباحثون أن هذه الخرسانة الجديدة يمكن أن تكون أقوى 17 مرة وأكثر مرونة 19 مرة مقارنة بالخرسانة التقليدية، وهو ما قد يغيّر مستقبل البناء حول العالم، وفقا لوسائل إعلام أمريكية.
الأسمنت هو مادة البناء الأكثر استخداما على مستوى العالم، إذ يُنتَج أكثر من 4 مليارات طن سنويا لتلبية احتياجات الصناعات المختلفة، لكن إنتاج الخرسانة يُسهم أيضا بشكل كبير في التلوث البيئي، إذ تُقدّر نسبة الانبعاثات الكربونية الناتجة عنه بين 4 و8 في المئة من إجمالي الانبعاثات العالمية، وهنا يكمن الدافع وراء البحث عن بدائل أو طرق لتعزيز خصائص الخرسانة لتقليل كمياتها دون المساس بالقوة والمتانة.
وقد استلهم الباحثون في برينستون فكرتهم من الرخويات البحرية، التي تتميز بطبقة داخلية تُعرف باسم "الصدف اللؤلؤي" أو "أم اللؤلؤ"، وتُستخدم تقليديا في صناعة المجوهرات، هذه الطبقة تحتوي على سداسيات صلبة من معدن الأراغونيت مرتبطة بمادة بوليمرية لينة، ما يمنحها قدرة استثنائية على امتصاص الصدمات ومنع التشقق.
وأوضح شاشانك غوبتا، أحد الباحثين المشاركين في الدراسة، أن "التفاعل بين المكونات الصلبة واللينة في الصدف اللؤلؤي أساسي للخصائص الميكانيكية المميزة له، وإذا استطعنا نقل هذه الآلية إلى الخرسانة، فسنحصل على مادة أكثر متانة وأمانا".
لاختبار فكرتهم، صنع الباحثون ثلاث عوارض مكوّنة من طبقات متناوبة من الأسمنت والبوليمر، في عارضتين، أُضيفت أخاديد سداسية لمحاكاة البنية الجزيئية للصدف اللؤلؤي، وبعد الاختبارات، تبين أن جميع العوارض التي تحتوي على البوليمر كانت أكثر صلابة ومرونة من العارضة التقليدية، فيما أظهرت العارضة التي جمعت بين الأخاديد والبوليمر أكبر زيادة في المتانة دون أي فقد في القوة.
وأشار رضا مويني، أحد المشاركين في الدراسة، إلى أن النهج الذي اتبعه الفريق لا يقتصر على تقليد الطبيعة، بل على فهم المبادئ الكامنة وراءها واستخدامها في هندسة مواد بشرية أكثر قوة.
وأضاف: «نحن نُهندس عمدا عيوبا في المواد الهشة لزيادة متانتها، وهي طريقة مستوحاة من آلية عمل الصدف اللؤلؤي على مستوى النانو».
ويؤكد الفريق أن النتائج الأولية مستندة إلى تجارب مختبرية، وأنه يلزم إجراء المزيد من الدراسات قبل تطبيق هذه التقنية في مشاريع البناء الواقعية، مع ذلك، يرى الباحثون أن الخرسانة الجديدة قد تفتح آفاقا واسعة لاستخدام مواد بناء أكثر أمانا وقوة ومرونة، مع تقليل التأثير البيئي لإنتاج الإسمنت التقليدي.
وأكد الباحثون أن هذه الخرسانة الجديدة يمكن أن تكون أقوى 17 مرة وأكثر مرونة 19 مرة مقارنة بالخرسانة التقليدية، وهو ما قد يغيّر مستقبل البناء حول العالم، وفقا لوسائل إعلام أمريكية.
الأسمنت هو مادة البناء الأكثر استخداما على مستوى العالم، إذ يُنتَج أكثر من 4 مليارات طن سنويا لتلبية احتياجات الصناعات المختلفة، لكن إنتاج الخرسانة يُسهم أيضا بشكل كبير في التلوث البيئي، إذ تُقدّر نسبة الانبعاثات الكربونية الناتجة عنه بين 4 و8 في المئة من إجمالي الانبعاثات العالمية، وهنا يكمن الدافع وراء البحث عن بدائل أو طرق لتعزيز خصائص الخرسانة لتقليل كمياتها دون المساس بالقوة والمتانة.
وقد استلهم الباحثون في برينستون فكرتهم من الرخويات البحرية، التي تتميز بطبقة داخلية تُعرف باسم "الصدف اللؤلؤي" أو "أم اللؤلؤ"، وتُستخدم تقليديا في صناعة المجوهرات، هذه الطبقة تحتوي على سداسيات صلبة من معدن الأراغونيت مرتبطة بمادة بوليمرية لينة، ما يمنحها قدرة استثنائية على امتصاص الصدمات ومنع التشقق.
وأوضح شاشانك غوبتا، أحد الباحثين المشاركين في الدراسة، أن "التفاعل بين المكونات الصلبة واللينة في الصدف اللؤلؤي أساسي للخصائص الميكانيكية المميزة له، وإذا استطعنا نقل هذه الآلية إلى الخرسانة، فسنحصل على مادة أكثر متانة وأمانا".
لاختبار فكرتهم، صنع الباحثون ثلاث عوارض مكوّنة من طبقات متناوبة من الأسمنت والبوليمر، في عارضتين، أُضيفت أخاديد سداسية لمحاكاة البنية الجزيئية للصدف اللؤلؤي، وبعد الاختبارات، تبين أن جميع العوارض التي تحتوي على البوليمر كانت أكثر صلابة ومرونة من العارضة التقليدية، فيما أظهرت العارضة التي جمعت بين الأخاديد والبوليمر أكبر زيادة في المتانة دون أي فقد في القوة.
وأشار رضا مويني، أحد المشاركين في الدراسة، إلى أن النهج الذي اتبعه الفريق لا يقتصر على تقليد الطبيعة، بل على فهم المبادئ الكامنة وراءها واستخدامها في هندسة مواد بشرية أكثر قوة.
وأضاف: «نحن نُهندس عمدا عيوبا في المواد الهشة لزيادة متانتها، وهي طريقة مستوحاة من آلية عمل الصدف اللؤلؤي على مستوى النانو».
ويؤكد الفريق أن النتائج الأولية مستندة إلى تجارب مختبرية، وأنه يلزم إجراء المزيد من الدراسات قبل تطبيق هذه التقنية في مشاريع البناء الواقعية، مع ذلك، يرى الباحثون أن الخرسانة الجديدة قد تفتح آفاقا واسعة لاستخدام مواد بناء أكثر أمانا وقوة ومرونة، مع تقليل التأثير البيئي لإنتاج الإسمنت التقليدي.
