الرماد المتطاير هو أحد النفايات الرئيسية الناتجة عن محطات الطاقة التي تعمل بالفحم. وتؤثر خصائصه الفيزيائية بشكل كبير على علم المواد. وتؤثر خصائص الرماد المتطاير، مثل الكثافة والصلابة، بشكل كبير على علم المواد. حجم الجسيماتوتؤثر هذه الظاهرة على استخدامها في مواد البناء وتأثيرها البيئي. وتتم دراسة الخصائص الفيزيائية للرماد المتطاير بعمق. كما يتم استكشاف إمكاناته في مجال علم المواد. وقد يوفر هذا حلولاً جديدة ومستدامة لحماية البيئة.
الخصائص الفيزيائية للرماد المتطاير مثل الكثافة وحجم الجسيمات:
يتميز الرماد المتطاير بخصائص فيزيائية مثل الكثافة والكثافة الظاهرية والنعومة. هذه هي الانعكاسات العيانية لخصائصه. المواد الكيميائية و المعدنية تبلغ كثافة الرماد المتطاير من 1.9 إلى 2.9 جم/سم3. وتبلغ كثافته الظاهرية من 0.531 إلى 1.261 جم/سم3. وتبلغ مساحته السطحية النوعية من 800 إلى 19500 سم2/جم عن طريق امتصاص النيتروجين ومن 1180 إلى 6530 سم2/جم عن طريق نفاذية الهواء. وتعتبر دقة وحجم جزيئات رماد الوقود المسحوق من العوامل المهمة. فهي تؤثر بشكل مباشر على نشاطه وخصائصه الأخرى. وكلما كان رماد الوقود المسحوق أنعم، زادت نسبة المسحوق الناعم وزاد نشاطه.
تأثير الخصائص الفيزيائية لرماد الوقود المسحوق على أداء المواد:
تؤثر الخصائص الفيزيائية للرماد المتطاير بشكل كبير على أدائه في المواد. على سبيل المثال، يمكن أن تؤثر نعومة الرماد المتطاير وحجم جزيئاته على ترطيب الأسمنت. وهذا بدوره يؤثر على قوة المادة ومتانتها. تظهر الدراسات أن إضافة رماد الوقود المسحوق سيؤثر على المواد ذات المحتوى المائي العالي. سيغير وقت التصلب والكثافة ومحتوى الرطوبة. وهذا بدوره سيؤثر على خصائصها الهندسية. سيؤدي إضافة المزيد من الرماد المتطاير إلى خفض قوة الذروة للمواد ذات المحتوى المائي العالي. لكنه سيزيد من قوتها المتبقية. ستنخفض أيضًا معامل المرونة والتشوه. أيضًا، يمكن أن يتفاعل النشاط البوزولاني للرماد المتطاير مع منتجات ترطيب الأسمنت. هذا يشكل هلام CSH. سيزيد من قوة الملاط وكثافته.
استخدام الرماد المتطاير في تطوير مواد جديدة:
وقد استُخدم الرماد المتطاير، الذي يتميز بنشاط الرماد البركاني، في صنع مواد بناء جديدة. على سبيل المثال، يمكن استخدام الرماد المتطاير كمادة مضافة للأسمنت. فهو يحسن أداء الأسمنت، ويقلل الاستهلاك، ويخفض التكاليف. وفي الخرسانة، يمكن لرماد الوقود المسحوق أن يحسن قابلية العمل والسيولة والقدرة على التشغيل. كما يمكنه أيضًا تعزيز القوة والمتانة على المدى الطويل. كما يستخدم رماد الوقود المسحوق في صناعة البوليمرات الجيولوجية والسيراميك الصناعي والعزل الحراري. كما يُستخدم في مواد البناء الذكية الجديدة.
كيف يؤثر نشاط الرماد المتطاير البوزولاني على تفاعل ترطيب الأسمنت:
يتميز الرماد المتطاير بنشاط الرماد البركاني. فهو يتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)2) الناتج عن ترطيب الأسمنت. وينتج عن هذا التفاعل مواد أسمنتية، مثل سيليكات الكالسيوم المائية وألومينات الكالسيوم المائية. ويمكن لهذه المنتجات أن تعمل على تقوية الخرسانة وتصلبها. كما يمكنها مقاومة التآكل. ويتفاعل SiO2 وAl2O3 النشطان في الرماد المتطاير مع Ca(OH)2 في البيئة القلوية بعد ترطيب الأسمنت. وينتج عن هذا مواد أسمنتية صلبة. وهي تملأ الشعيرات الدموية للخرسانة وتحسن بنيتها الداخلية. ونتيجة لذلك، تزداد كثافة الخرسانة وقوتها.
تؤثر العديد من العوامل على نشاط الرماد المتطاير البركاني. وتشمل هذه العوامل تركيبه الكيميائي ومساحته السطحية وحجم الجسيمات ودرجة حرارة التكليس. ويعد SiO2 الزجاجي وAl2O3 في الرماد المتطاير المصدرين الرئيسيين لنشاط الرماد البركاني. ويتفاعلان مع Ca(OH)2 أثناء الترطيب. وهذا يجعل سيليكات الكالسيوم المائية وألومينات الكالسيوم المائية هلاميات. وهذه الهلاميات هي مفتاح قوة الخرسانة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن النشاط البوزولاني لرماد الوقود المسحوق مرتبط أيضًا بشكله المادي. تتميز الكرات الزجاجية الدقيقة الموجودة في الرماد المتطاير بسطح أملس وكثيف. وهي تقلل من الماء وتكثف الخرسانة وتوحدها وتحسن تدفقها. كما أنها تساعد في الترطيب الأولي للأسمنت. كما أنها تعمل على تحسين خصائص الخرسانة الصلبة.
ينعكس أيضًا تأثير النشاط البوزولاني لرماد الوقود المسحوق على تفاعل ترطيب الأسمنت في الجوانب التالية:
1. تحسين تجانس عجينة الأسمنت وزيادة تماسكها وتقليل النزيف والطبقية.
2. يمكن للرماد المتطاير أن يحسن من سيولة الخرسانة وقابليتها للضخ. وهذا ينطبق على الخرسانة ذات نسبة الماء إلى الأسمنت المنخفضة.
3. يؤدي التفاعل البوزولاني للرماد المتطاير إلى إبطاء معدل ترطيب الأسمنت. وهذا بدوره يقلل من ارتفاع درجة حرارة الخرسانة بسبب حرارة الترطيب. ويساعد ذلك في منع تشققات درجة الحرارة في الخرسانة.
4. تتفاعل المكونات النشطة في رماد الوقود المسحوق مع الإترنجيت في الأسمنت. وهذا يقلل من كمية الإترنجيت المتولدة. كما يزيد من منتجات الترطيب الأخرى. تؤثر هذه التغييرات على بنية الإترنجيت. وبالتالي، فإنها تقلل من قوة الضغط للمواد ذات المحتوى العالي من الماء.
باختصار، يتفاعل رماد الوقود المسحوق الناتج عن النشاط البركاني مع Ca(OH)2 الناتج عن ترطيب الأسمنت. وينتج عن ذلك المزيد من منتجات الترطيب. وهذا يحسن من قوة الخرسانة ومتانتها وبنيتها الداخلية. وبالتالي، يعزز من خصائصها.
خاتمة
إن دراسة الخصائص الفيزيائية للرماد المتطاير أمر حيوي، فهو يساعد على تحسين قيمته في علم المواد. وقد تشمل الأبحاث المستقبلية: تصنيف رماد الوقود المسحوق بالتفصيل، وتحسين استخدامه في الأسمنت والخرسانة، وتطوير استخدامات عالية القيمة له، واستكشاف استخدامات جديدة في العمل البيئي والزراعة. يمكن لهذه الدراسات تحسين استخدام رماد الوقود المسحوق. كما يمكنها تعزيز حماية البيئة والتنمية المستدامة.