كشف أسرار الأسمنت

لا شك أن الأسمنت مادة أساسية في صناعة البناء. هل أنت على دراية بتاريخ الأسمنت؟ ستأخذك هذه المقالة في رحلة عبر تاريخه. بالإضافة إلى ذلك، قد يُنتج التعامل مع الأسمنت غبار سيليكا ضارًا، لذا يُنصح بارتداء أقنعة واقية من الغبار. من الضروري حماية أنسجة الرئة من التلف بسبب التعرض لفترات طويلة.

ما هو الاسمنت؟

الأسمنت مادة مسحوقة، تُشكّل عند خلطها بالماء عجينةً تتصلب في الهواء وتحت الماء. يعمل الأسمنت كعامل رابط، يربط مواد مثل الرمل والحصى.

تاريخ الأسمنت

يعود تاريخ الأسمنت إلى عام ١٧٥٦، عندما اكتشف المهندس البريطاني ج. سميتون أن الحجر الجيري المحتوي على الطين يُنتج مادةً قادرةً على التصلب تحت الماء. وقد أرسى هذا الأساس النظري للأسمنت الحديث.

في عام ١٧٩٦، أنتج المخترع البريطاني ج. باركر أسمنتًا بنيًا من الرخام، عُرف باسم الأسمنت الروماني. تميّز هذا الأسمنت بمقاومة ممتازة للماء وسرعة تصلب، مما جعله مثاليًا للبناء تحت الماء.
في عام 1813، وجد المهندس المدني الفرنسي لويس فيكا أن خليط الجير والطين بنسبة 3:1 ينتج أفضل أنواع الأسمنت.
في عام ١٨٢٤، اخترع البناء البريطاني جوزيف أسبدين أسمنت بورتلاند وحصل على براءة اختراع له. مزج الحجر الجيري والطين، وأحرقهما في فرن، وطحن الخليط إلى مسحوق ناعم. سُمي هذا الأسمنت بهذا الاسم لتشابهه مع الحجر من جزيرة بورتلاند، وقد أحدث ثورة في صناعة البناء بخصائصه الفائقة.
في عام ١٨٧١، شيدت اليابان أول مصنع أسمنت فيها، إيذانًا بانطلاق صناعة الأسمنت فيها. وفي عام ١٨٧٧، حسّن المهندس البريطاني فريدريك رانسوم الفرن الدوار، مما ساهم في تطوير تكنولوجيا إنتاج الأسمنت. وبحلول عام ١٨٩٣، طوّر المخترعان اليابانيان هيديكي إندو وسابورو أوتسومي أسمنتًا بورتلانديًا مقاومًا للكبريتات للاستخدام في مياه البحر.
في عام 1907، قام الفرنسي جول بيد بتطوير أسمنت البوكسيت عن طريق استبدال الطين بالبوكسيت، بسبب محتواه العالي من أكسيد الألومنيوم.

طوال القرن العشرين، أدت جهود تحسين أسمنت بورتلاند إلى تطوير أنواع متخصصة من الأسمنت، مثل الألومينا العالية، وأنواع أخرى متنوعة لتلبية احتياجات البناء المحددة. وبحلول عام ٢٠٠٧، بلغ إنتاج الأسمنت العالمي حوالي ملياري طن سنويًا. وفي أبريل ٢٠٢٣، ابتكر علماء في جامعة ولاية واشنطن بالولايات المتحدة أسمنتًا جديدًا سالب الكربون باستخدام الفحم الحيوي الصديق للبيئة.

تركيب الأسمنت

المكونات الكيميائية الأساسية لإسمنت بورتلاند هي أكسيد الكالسيوم (CaO)، وثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، وأكسيد الحديديك (Fe2O3)، وأكسيد الألومنيوم (Al2O3). أما المكونات المعدنية الرئيسية فتشمل سيليكات ثلاثي الكالسيوم (C3S)، وسيليكات ثنائي الكالسيوم (C2S)، وألومينات ثلاثي الكالسيوم (C3A)، وألومينوفيريت رباعي الكالسيوم (C4AF).

التفاعلات الكيميائية في الأسمنت
عند خلط الأسمنت بالماء، تحدث سلسلة من التفاعلات الكيميائية، مكونةً بنية صلبة. أهم هذه التفاعلات:
1. 3CaO·SiO2 + H2O → CaO·SiO2·H2O (هلام) + Ca(OH)2
2. 2CaO·SiO2 + H2O → CaO·SiO2·H2O (جل) + Ca(OH)2
3. 3CaO·Al2O3 + 6H2O → 3CaO·Al2O3·6H2O (غير مستقر)
3CaO·Al2O3 + 3CaSO4·2H2O + 26H2O → 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O (الإترينجيت)
4. 4CaO·Al2O3·Fe2O3 + 7H2O → 3CaO·Al2O3·6H2O + CaO·Fe2O3·H2O

ضبط الأسمنت وضبطه الخاطئ

يشير التصلب السريع للأسمنت إلى تصلب مبكر غير طبيعي أو تصلب سابق لأوانه. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة العالية إلى جفاف الجبس، مما يفقده قدرته على تنظيم زمن التصلب. غالبًا ما يحدث التصلب الخاطئ نتيجةً لدرجات الحرارة العالية أثناء الطحن، مما يؤدي إلى جفاف الجبس وتحويله إلى نصف هيدرات. عند خلطه بالماء، يتفاعل نصف هيدرات بسرعة لتكوين بنية بلورية، مما يؤدي إلى تصلب المعجون. يمكن أن يتعرض الأسمنت عالي القلوية أيضًا لتصلب خاطئ بسبب التكوين السريع لكبريتات البوتاسيوم وبلورات الجبس. على عكس التصلب السريع، يُطلق التصلب الخاطئ حرارة قليلة، ويمكن للخلط القوي أن يعيد لدونة المعجون دون التأثير على متانته.

لماذا تحتاج إلى ارتداء قناع الغبار ؟

في صناعة الأسمنت، يُشكل ثاني أكسيد السيليكا (SiO2)، أحد المكونات الرئيسية، خطرًا على صحة العمال، إذ يُمكن أن ينطلق على شكل غبار أثناء إنتاج الأسمنت واستخدامه. وقد يؤدي التعرض المُطول لتركيزات عالية من غبار ثاني أكسيد السيليكا إلى الإصابة بالسُحار السيليسي، وهو مرض رئوي مهني خطير. يُلحق السُحار السيليسي الضرر بأنسجة الرئة، مُسببًا ضعفًا واختلالًا دائمًا في وظائف الجهاز التنفسي.

لذلك، عند التعامل مع الأسمنت، يجب على العمال ارتداء أقنعة مناسبة لمنع استنشاق غبار ثاني أكسيد السيليكا. وهذا أمر بالغ الأهمية خاصةً في البيئات التي يتطلب فيها الأسمنت قطعًا أو طحنًا، حيث قد تكون تركيزات الغبار أعلى، مما يستلزم اتخاذ احتياطات إضافية لحماية صحة الجهاز التنفسي. يُعد اختيار نوع القناع المناسب والتأكد من ملاءمته أمرًا أساسيًا لتصفية جزيئات الغبار من الهواء بفعالية، مما يقلل من تأثيره المحتمل على صحة العمال.

السبب وراء كون أقنعة BASE CAMP MASK مناسبة لأعمال الأسمنت يكمن في العديد من الميزات الرئيسية:

1. الترشيح الفعال للغبار والجسيمات :

يتميز فلتر BASE CAMP بطبقتين من طبقات النفخ المنصهر مع إلكترونات امتصاص كهروستاتيكية، تُرشّح بفعالية ما يصل إلى 99.6% من الجسيمات الصلبة والغبار. هذا يُتيح للقناع حماية فعّالة من ترشيح الجسيمات، مما يجعله قناع وجه مُرشّح لأعمال البناء، ومناسبًا لأعمال الأسمنت.

2. تقليل الروائح والغازات :

يستطيع الفحم النشط في الفلتر امتصاص بعض الغازات والروائح، مما يُحسّن جودة الهواء في بيئة العمل. قد تُنتج أعمال الأسمنت روائح أو غازات ضارة، ويعمل الفحم النشط في القناع كمنظف، مما يوفر بيئة تنفس أكثر راحة.

3. الراحة والقدرة على التكيف :

صُممت أقنعة BASE CAMP مع مراعاة الراحة. يتميز قناع BASE CAMP M Pro الجديد بحزام رأس قابل للتعديل بالكامل ومشابك أنف لضمان ملاءمة محكمة. يوفر هذا التصميم مرونة ممتازة، مما يسمح بارتداء القناع لفترات طويلة أثناء أعمال الأسمنت دون التسبب بأي إزعاج، مع الحفاظ عليه محكمًا.

خرسانة جديدة صديقة للبيئة وخالية من الكربون

طوّر علماء في جامعة ولاية واشنطن خرسانة جديدة خالية من الكربون، مُدمجةً فيها الفحم الحيوي الصديق للبيئة. تحافظ هذه الخرسانة على قوة الخرسانة التقليدية، وتُوفّر عزلًا أفضل، مما يُقلّل استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون. ونظرًا لأن صناعة الإسمنت العالمية تُصدر حوالي 2.8 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا، فإن هذه الخرسانة الجديدة قادرة على خفض انبعاثات الكربون بشكل كبير، مما يُقدّم فوائد بيئية واقتصادية.

نُشر هذا الابتكار في العدد الأخير من مجلة " Materials Letters "، وحظي باهتمام واسع وإشادة واسعة من المنظمات البيئية العالمية. ومن المتوقع أن يُعتمد هذا الأسمنت سالب الكربون على نطاق واسع مستقبلًا، مما يُسهم في دفع عجلة التنمية المستدامة في صناعة الأسمنت، وفي الجهود العالمية للحد من انبعاثات الكربون.