انتقل إلى المحتوى

الأسمنت المعدل بالطاقة

مفحوصة
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
مادة EMC مصنوعة من الصخور البركانية (لوليا، السويد، 2020)

الأسمنت المعدل طاقيًا أو الأسمنت المعدل حركيًا (EMCs) هو فئة من الأسمنت المصنوع من البوزلانات (مثل رماد الفحم المتطاير، والرماد البركاني، والبوزلانا)، ورمل السيليكا، وخبث الفرن العالي، أو أسمنت بورتلاند (أو خلطات من هذه المكونات). [1] ينشأ مصطلح "معدل طاقيًا" بحكم عملية الكيمياء الميكانيكية المطبقة على المادة الخام، والتي تُصنف بشكلٍ أكثر دقةً على أنها "طحن كرات عالي الطاقة" (HEBM). ببساطة، هذا يعني طريقة طحن تُثير حركية عالية عن طريق تعريض "المساحيق لعملية ضرب متكرر للكرات" مقارنةً بـ (على سبيل المثال) الحركية المنخفضة لطواحين الكرات الدوارة. [2] يتسبب هذا، من بين أمورٍ أخرى، في حدوث تحول ديناميكي حراري في المادة لزيادة تفاعلها الكيميائي. [3] بالنسبة للأسمنت المعدل حركيًا، فإن عملية HEBM المستخدمة هي شكلٌ فريدٌ من أشكال الطحن الاهتزازي المتخصص الذي تم اكتشافه في السويد ويُطبق فقط على المواد الأسمنتية، ويُطلق عليه هنا "تنشيط الأسمنت المعدل بالطاقة". [4]

من خلال تحسين تفاعل البوزلانات، يتم زيادة مُعدل تطوير قوتها. ويسمح هذا بالامتثال لِمُتطلبات أداء المنتج الحديثة (المعايير الفنية) للخرسانة والملاط. ويسمح هذا بدوره باستبدال أسمنت بورتلاند في خلطات الخرسانة والملاط. وهذا له عددٌ من الفوائد لِصِفاتِها على المدى الطويل.[3] للأسمنت المعدل حركيًا مجموعة واسعة من الاستخدامات. على سبيل المثال، تم استخدام الأسمنت المعدل حركيًا في الخرسانة لمشاريع البنية التحتية الكبيرة في الولايات المتحدة، بما يُلبي معايير الخرسانة الأمريكية. [5]

مبررات

[عدل]
الحرم الجامعي لجامعة لوليا للتكنولوجيا في لوليا السويدية

يتضمن مُصطلح "الأسمنت المُعدل حركيًا" مُؤشرًا ديناميكيًا حراريًا بسيطًا للإشارة إلى فئةٍ من الأسمنت المُنتَج باستخدام عملية طحنٍ مُكثفةٍ للغاية تم اكتشافُها لأول مرةٍ عام 1993 في جامعة لوليا للتكنولوجيا في السويد. [6][7] تبدأ عملية التحويل ميكانيكيًا بالكامل بدلًا من تسخين المواد مُباشرةً.[8][9][7] غالبًا ما تكون آليات التحولات الميكانوكيميائية مُعقدةً ومُختلفةً عن الآليات الحرارية أو الكيميائية الضوئية "التقليدية". [5] [6] [10][11]

يُمكن لِطحن الكرات عالي الطاقة تحويل كلٍ من الخصائص الفيزيائية والديناميكية الحرارية التي يُمكن أن "تُؤديَ، على سبيل المثال، إلى تكوين الزجاج من خلائط المسحوق الأولية وكذلك من خلال تبلور مساحيق المُركبات المعدنية البينية". [12] تُؤدي تأثيرات تحويل طحن الكرات عالي الطاقة إلى تغيير ديناميكي حراري يكمن في نهاية المطاف في طاقة جيبس ​​المعدلة.[13] تُزيد العملية من سعة الربط ومُعدلات التفاعل الكيميائي للمواد التي تم تحويلُها. [4][14]ر

يستمر العمل الأكاديمي والبحث المُتعلق بخصائص "التعافي الذاتي" للأسمنت المُعدل حركيًا في جامعة لوليو للتكنولوجيا. [15] على سبيل المثال، حصل الأسمنت المُعدل حركيًا على جوائز من مُؤسسة إلسا وسفين ثيسيلز لِلبحوث في هندسة البناء في السويد.[16] كما تم الاعتراف بِمُساهمة الأسمنت المُعدل حركيًا في مجال الكيمياء الميكانيكية نفسِه. [17]

أصل الكلمة

[عدل]

تم استخدام مصطلح "الأسمنت المعدل حركيًا" لأول مرة عام 1992 من قبل فلاديمير رونين، وقُدم في ورقة بحثية لرونين وآخرين مؤرخة بعام 1993 وعرضت في اجتماع رسمي لمجموعة أبحاث الخرسانة الإسكندنافية الأكاديمية. [18] تم تحسين العملية من قبل رونين وآخرين، بما في ذلك لينارت إلفجرين (أستاذ فخري في جامعة لوليو للتكنولوجيا، قسم الهندسة المدنية والبيئية والموارد الطبيعية).[19] في عام 2023 منحت جامعة لوليو للتكنولوجيا إلفرغرين "ميدالية نائب رئيس الجامعة للجدارة للعمل المتميز والمستحق" بفضل عمله "...لنشر المعرفة والفهم الجديدين لمجال بناء الخرسانة على وجه الخصوص". [20]

في المعرض العالمي الخامس والأربعين للاختراع والبحث والابتكار، الذي عقد عام 1996 في بروكسل ببلجيكا، مُنح "EMC Activation" ميدالية ذهبية مع إشادة من قبل "يوريكا"، وهي منظمة حكومية دولية أوروبية (للبحث والتطوير)، لـ"التعديل الحركي للأسمنت". [21]

تم استخدام مصطلح "معدل حركيا" في أماكن أخرى - على سبيل المثال في عام 2017 - على الرغم من أن هذا الاستخدام لا يدل على أن الطريقة المستخدمة كانت تنشيط EMC كما هو معرف هنا. [22]

نظرة عامة

[عدل]

تتضمن المزاعم المقدمة ما يلي: [23] [24] [25] [26] [27] [28]

  • الأسمنت المعدّل حركيًا هو مسحوق ناعم (كما هو الحال في جميع أنواع الأسمنت) يعتمد لونه على المادة المعالجة.
  • يتمّ إنتاج الأسمنت المعدّل حركيًا باستخدام "جزء بسيط" فقط من الطاقة المستخدمة في إنتاج الأسمنت البورتلاندي (المدّعى ​​بأنّها ~ 100 كيلووات ساعة/طن، أقل بحوالي 8% من الأسمنت البورتلاندي).
  • لا تطلق العملية أيّ ثاني أكسيد الكربون. إنّها "خالية من الانبعاثات".
  • الغرض من الأسمنت المعدّل حركيًا هو استبدال متطلّبات الأسمنت البورتلاندي في الملاط أو الخرسانة المستخدمة. ويزعم أنّه يتمّ استبدال أكثر من 70%.
  • تنشيط الأسمنت المعدّل حركيًا هو عملية جافة.
  • لا تطلق العملية أيّ أبخرة ضارّة.
  • تنشيط الأسمنت المعدّل حركيًا هو عملية منخفضة الحرارة، على الرغم من أنّ درجات الحرارة يمكن أن تكون "شديدةً للحظات" على مقاييس "أقلّ من ميكرون".
  • لا يتطلب الأسمنت المعدّل حركيًا أيّ موادّ كيميائية في عملية التحويل الديناميكيّ الحراريّ.
  • هناك العديد من أنواع الأسمنت المعدّل حركيًا، اعتمادًا على الموادّ الخامّ التي تمّ تحويلها.
  • قد تتضمّن المنتجات الجافة المسلّمة أيضًا نسبةً ضئيلةً من الأسمنت البورتلاندي "عالي الكلنكر"، وذلك اعتمادًا على متطلّبات المستخدم.
  • يتمتّع كلّ نوع من أنواع الأسمنت المعدّل حركيًا بخصائص أداء خاصّة به، بما في ذلك الحمل الميكانيكيّ وتطوير القوّة. وقد تتمتع الخرسانة المصبوبة من الأسمنت المعدّل حركيًا بقدرات كبيرة على "التّعافي الذاتيّ".
  • يُصنع الأسمنت المعدّل حركيًا الأكثر استخدامًا من رماد الفحم المتطاير والبوزلانات الطبيعية. وهذه موادّ وفيرة نسبيًا، ويمكن أن تتجاوز خصائص أدائها خصائص بالأسمنت البورتلاندي.
  • في عام 2009، تمّ إثبات أنّ الأسمنت المعدّل حركيًا من رماد الفحم المتطاير يتجاوز معيار "خبث الصّنف 120" وفقًا لمعيار ASTM C989 - وهو الشّكل الأكثر تفاعلًا لخبث الفرن العاليّ الأسمنتيّ.
  • يمكن أيضًا معالجة رمل السيليكا والجرانيت من خلال العملية لتحل محل الأسمنت البورتلاندي.
  • تمّ اختبار منتجات الأسمنت المعدّل حركيًا على نطاق واسع من قبل مختبرات مستقلّة وتمّ اعتمادها للاستخدام من قبل العديد من إدارات النّقل في الولايات المتحدة، بما في ذلك في مشاريع إدارة الطرق السريعة الفيدرالية.
  • يتوافق الأسمنت المعدّل حركيًا مع المعايير الفنية ذات الصّلة، مثل (بالإنجليزية: ASTM C618-19)‏ في الولايات المتحدة، و(بالإنجليزية: EN-197 - EN-206 - EN 450-1:2012)‏ في مناطق اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي، بما في ذلك المنطقة الاقتصادية الأوروبية، وكذلك مع معايير (بالإنجليزية: BS 8615‑1:2019)‏ في المملكة المتحدة.
  • مقارنةً بالأسمنت البورتلاندي، لا يتطلّب خليط الخرسانة الناتج "محتوىً أسمنتيًا إجماليًا" أعلى لتلبية متطلّبات تطوير القوّة.
  • في اختبارات أجرتها شركة باسف، بلغت قوة الأسمنت بعد 28 يومًا من صب الخرسانة التي تم فيها استبدال 55% من الأسمنت البورتلاندي ببوزلان طبيعي من نوع الأسمنت المعدّل حركيًا 14,000 رطل لكل بوصة مربعة (psi) أو 96.5 ميغاباسكال (MPa)، أي أكبر من فئة C95. وكان ذلك لمزيج خرسانة يحتوي على محتوى إجمالي من المواد الأسمنتية يبلغ 335 كيلوجرامًا لكل متر مكعب (564 رطلًا لكل يارد مكعب).

أسمنت منخفض الكربون

[عدل]

على عكس الأسمنت البورتلاندي، لا تطلق عملية إنتاج الأسمنت المعدّل حركيًا ثاني أكسيد الكربون على الإطلاق. وهذا يجعله أسمنتًا منخفض الكربون. [8]

تمّ تقديم أوّل الادّعاءات المستشهد بها لقدرات الأسمنت المعدّل حركيًا على خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في عام 1999، عندما بلغ إنتاج الأسمنت البورتلاندي في جميع أنحاء العالم 1.6 مليار طنّ سنويًا.[24][29] ومن عام 2011 إلى عام 2019 ازداد إنتاج الأسمنت البورتلاندي في جميع أنحاء العالم من 3.6 إلى 4.1 مليار طنّ سنويًا.[30] وتمّ الاعتراف خارجيًا بإمكانات الأسمنت المعدّل حركيًا للمساهمة في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم منذ عام 2002 ولا تزال مستمرّةً. [6] [7] [9]

شمل الاعتراف الأخير تقرير لجنة انتقالات الطاقة لعام 2019 (اللورد أدير تيرنر واللورد ستيرن) بعنوان "المهمّة الممكنة: التركيز القطاعيّ: الأسمنت" (2019).[31] أشار تقرير لشركة ماكنزي صدر عام 2020 إلى إمكانية الوصول إلى مرحلة إنتاج إسمنت لا ينتج أي انبعاثات كربونية، وقدم خطوات عملية لتحقيق ذلك.[32] في عام 2023 تمّ الاعتراف بالمساهمة التي يقدّمها الأسمنت المعدّل حركيًا في تحقيق موادّ "منخفضة الكربون" بشكل أكبر في المجال الأكاديميّ للكيمياء الميكانيكية. [17]

الإنتاج والاستخدام الميداني

[عدل]
تطبيق الأسمنت المعدل طاقياً على الطريق السريع IH-10 بين الولايات في تكساس.

لا انبعاثات ضارة أو مواد كيميائية سامة أثناء الإنتاج

[عدل]

التاريخ

[عدل]

الاستخدام المبكر في السويد

[عدل]

الاستخدام في الولايات المتحدة

[عدل]

التطورات في عام 2024

[عدل]

الخصائص الخرسانية

[عدل]

التصميم المخصص للاستخدام النهائي

[عدل]

المتانة

[عدل]

مقاومة محسنة لهجوم مياه البحر

[عدل]

انخفاض تسرب EMC Concretes

[عدل]

EMCs باستخدام Pozzolans مثل المواد البركانية

[عدل]

خواص الشفاء الذاتي لـ EMCs pozzolanic

[عدل]

EMCs باستخدام pozzolans كاليفورنيا

[عدل]

تأثير التفاعلات pozzolanic

[عدل]

تنشيط EMC

[عدل]

مبرر الديناميكا الحرارية

[عدل]

التأثير الديناميكي الحراري الصافي لـ HEBM

[عدل]

الاضطراب البلوري الناتج

[عدل]

تقريب لتفعيل EMC

[عدل]

تفاعل درجة الحرارة المنخفضة

[عدل]

مبرر فيزيائي (التحول إلى حالة غير متبلورة)

[عدل]

مطاحن الكرات الاهتزازية (VBMs)

[عدل]

حركيات VBM

[عدل]

انظر أيضًا

[عدل]

الخلفية العلمية لتنشيط الأسمنت المعدل طاقياً:

  • ميكانيكا التلامس – ايفيت دي
  • تبلورية – quality of a material being made up of crystals
  • بنية بلورية – ترتيب فريد للذرات أو الأيونات أو الجزيئات في البلورة
  • صلادة – قياس مدى مقاومة المادة الصلبة لأنواع مختلفة من تغير الشكل الدائم عند تطبيق القوة
  • ثابت الشبكة البلورية – Physical dimensions of unit cells in a crystal
  • مقاومة المواد – الميكانيكا التطبيقية والمواد الهندسية
  • علم المواد – البحث واكتشاف وتصميم المواد المادية (خاصة المواد الصلبة)
  • بنية مجهرية – small-scale structure of material
  • بيتر أدولف تيسن – كيميائي ألماني
  • علم الاحتكاك – deals with the scientific description of friction, wear and lubrication

أكاديميًا:

ملاحظات

[عدل]

مراجع

[عدل]
  1. ^ Mark Anthony Benvenuto (24 فبراير 2015). Industrial Chemistry: For Advanced Students. De Gruyter. ص. 134–. ISBN:978-3-11-035170-5. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  2. ^ Pentimalli, M; Bellusci, M; Padella, F (2015). Aliofkhazraei, M (ed.). "High-Energy Ball Milling as a General Tool for Nanomaterials Synthesis and Processing". Handbook of Mechanical Nanostructuring (بالإنجليزية): 663–679. DOI:10.1002/9783527674947.ch28. ISBN:978-3-527-33506-0.
  3. ^ ا ب Tole، Ilda؛ Habermehl-Cwirzen، Karin؛ Cwirzen، Andrzej (1 أغسطس 2019). "Mechanochemical activation of natural clay minerals: an alternative to produce sustainable cementitious binders – review". Mineralogy and Petrology. Springer. ج. 113 ع. 4: 449–462. Bibcode:2019MinPe.113..449T. DOI:10.1007/s00710-019-00666-y.
  4. ^ ا ب Jean-Pierre Bournazel؛ Yves Malier (1998). PRO 4: International RILEM Conference on Concrete: From Material to Structure. RILEM Publications. ص. 101–. ISBN:978-2-912143-04-4. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  5. ^ Ronin، V (2010). An Industrially Proven Solution for Sustainable Pavements of High-Volume Pozzolan Concrete – Using Energetically Modified Cement, EMC (PDF). Washington DC, United States: Transportation Research Board of the National Academies. مؤرشف من الأصل (pdf) في 2023-11-09. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  6. ^ ا ب Humpreys، K.؛ Mahasenan, M. (2002). Toward a Sustainable Cement Industry Substudy 8: Climate Change. Geneva, Switzerland: World Business Council for Sustainable Development (WBCSD).
  7. ^ ا ب ج Harvey، D (2013). Energy and the New Reality 1 – Energy Efficiency and the Demand for Energy Services. Taylor & Francis. ISBN:9781136542718.
  8. ^ ا ب Kumar، Rakesh؛ Kumar، Sanjay؛ Mehrotra، S.P. (ديسمبر 2007). "Towards sustainable solutions for fly ash through mechanical activation". Resources, Conservation and Recycling. ج. 52 ع. 2: 157–179. Bibcode:2007RCR....52..157K. DOI:10.1016/j.resconrec.2007.06.007.
  9. ^ ا ب Hasanbeigi، Ali؛ Price، Lynn؛ Lin، Elina (أكتوبر 2012). "Emerging energy-efficiency and CO2 emission-reduction technologies for cement and concrete production: A technical review". Renewable and Sustainable Energy Reviews. ج. 16 ع. 8: 6220–6238. DOI:10.1016/j.rser.2012.07.019. S2CID:108511643. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02. وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "LB" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  10. ^ Hickenboth، Charles R.؛ Moore، Jeffrey S.؛ White، Scott R.؛ Sottos، Nancy R.؛ Baudry1، Jerome؛ Wilson، Scott R. (2007). "Biasing Reaction Pathways with Mechanical Force". Nature. ج. 446 ع. 7134: 423–427. Bibcode:2007Natur.446..423H. DOI:10.1038/nature05681. PMID:17377579. S2CID:4427747.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء عددية: قائمة المؤلفين (link)(الاشتراك مطلوب)
  11. ^ Carlier، Leslie؛ Baron، Michel؛ Chamayou، Alain؛ Couarraze، Guy (مايو 2013). "Greener pharmacy using solvent-free synthesis: Investigation of the mechanism in the case of dibenzophenazine" (pdf). Powder Technology. ج. 240: 41–47. DOI:10.1016/j.powtec.2012.07.009. S2CID:97605147. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  12. ^ Banerjee، S؛ Mukhopadhyay، P (2007). "Solidification, Vitrification, Crystallization and Formation of Quasicrystalline and Nanocrystalline Structures". Pergamon Materials Series. ج. 12: 122–255. DOI:10.1016/S1470-1804(07)80056-3. ISBN:978-0-08-042145-2. ISSN:1470-1804.
  13. ^ Živanović، Deana؛ Andrić، Ljubiša؛ Sekulić، Živko؛ Milošević، Siniša (1999). "Mechanical Activation of Mica". Advanced Science and Technology of Sintering. ص. 211–217. DOI:10.1007/978-1-4419-8666-5_29. ISBN:978-1-4613-4661-6.
  14. ^ Danny Harvey (12 أغسطس 2010). Energy and the New Reality 1:Energy Efficiency and the Demand for Energy Services. Routledge. ص. 385–. ISBN:978-1-136-54272-5. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  15. ^ Eflgren، Lennart (27 مارس 2013). "Future Infrastructure Forum: Scandinavian Points of View" (pdf). Future Infrastructure Forum, Cambridge University. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  16. ^ "Stipendieutdelning" (بالسويدية). Luleå tekniska universitet. 30 Aug 2006. Retrieved 2014-03-24.
  17. ^ ا ب Colacino, Evelina; Garcia, Felipe (2023). Mechanochemistry and Emerging Technologies for Sustainable Chemical Manufacturing (بالإنجليزية) (1st ed.). Routledge. p. 162. ISBN:9780367775018. Retrieved 2024-10-02. وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "Colacino" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  18. ^ Ronin, V.; Jonasson, J.E. "New concrete technology with the use of energetically modified cement (EMC)". Proceedings: Nordic Concrete Research Meeting: Göteborg 1993 (بالإنجليزية). Oslo, Norway: Norsk Betongforening (Nordic concrete research): 53–55. ISSN:0800-6377. Retrieved 2024-10-02.
  19. ^ LTU website (27 يناير 2024). "Professor Lennart Elfgren". ltu.se. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  20. ^ LTU website. "The Vice-Chancellor's Medal for Merit awarded to Lennart Elfgren". ltu.se. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  21. ^ EUREKA. "EUREKA Gold Award for EMC Cement" (pdf). اطلع عليه بتاريخ 2024-10-02.
  22. ^ Krishnaraj، L؛ Reddy، YBS؛ Madhusudhan، N؛ Ravichandran، PT (2017). "Effect of energetically modified Fly Ash on the durability properties of cement mortar". Rasayan Journal of Chemistry. ج. 10 ع. 2: 423–428. DOI:10.7324/RJC.2017.1021682.
  23. ^ Ronin، V (2010). An Industrially Proven Solution for Sustainable Pavements of High-Volume Pozzolan Concrete – Using Energetically Modified Cement, EMC (pdf). Washington DC, United States: Transportation Research Board of the National Academies. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-03.
  24. ^ ا ب Hedlund, H; Ronin, V; Jonasson, J.E.; Elfgren, L (1999). "Grönare Betong" [Green Cement]. Bygg & Teknik (بالسويدية). Stockholm, Sweden: Förlags AB Bygg & teknik. 91 (7): 12–13. ISSN:2002-8350.
  25. ^ Elfgren، L؛ Justnes، H؛ Ronin، V (2004). High Performance Concretes With Energetically Modified Cement (EMC) (pdf). Kassel, Germany: Kassel University Press GmbH. ص. 93–102. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-03.
  26. ^ United States Federal Highway Administration (FHWA). "EMC Cement Presentation January 18, 2011". Washington, DC. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-03.
  27. ^ EMC Cement BV. Summary of CemPozz® (Fly Ash) Performance in Concrete (pdf). EMC Cement BV, 2012. اطلع عليه بتاريخ 2024-10-03.
  28. ^ "Low Carbon Cement Homepage". An official website of EMC Cement. EMC Cement. اطلع عليه بتاريخ 2024-06-09.
  29. ^ "Cement Data Sheet" (pdf). U.S. Geological Survey. USGS. 2001. اطلع عليه بتاريخ 2020-08-14.
  30. ^ "Cement Data Sheet" (pdf). U.S. Geological Survey. USGS. 2020. اطلع عليه بتاريخ 2020-08-10.
  31. ^ Energy Transitions Commission؛ Stern، Nicholas؛ Turner، Adair (2019). "Mission Possible sectoral focus: cement". Energy Transitions Commission. ص. 15. اطلع عليه بتاريخ 2022-01-01.
  32. ^ Czigler، T؛ Reiter، S؛ Somers، K (مايو 2020). "Laying the foundation for zero-carbon cement". McKinsey & Co. مؤرشف من الأصل في 2020-09-16. اطلع عليه بتاريخ 2020-08-24.{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: BOT: original URL status unknown (link)

روابط خارجية

[عدل]
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=الأسمنت_المعدل_بالطاقة&oldid=68014960»