المنتجات مسبقة الصب هي هياكل خرسانية يتم إعدادها حسب الطلب, يقذف, وعلاجه باستخدام القوالب. يتم بناء الهياكل الخرسانية في منشأة التصنيع ثم يتم نقلها إلى موقع البناء لسهولة التركيب. يمكن استخدام الخرسانة سابقة الصب كعوارض, العوارض, أبواب, شبابيك, إلخ.

الميزة الرئيسية للهياكل مسبقة الصب هي أنها تجعل بناء الهياكل الحديثة سريعًا وتوفر التكاليف. حيث يتم إنتاج المكونات الخرسانية بكميات كبيرة في موقع التصنيع, فهو يساعد على تحقيق وفورات الحجم. من ناحية أخرى, يمكن للفرق المتخصصة إنتاج مكونات خرسانية عالية الجودة بالمواصفات الواردة من مدير مشروع المبنى. وفي حالة ما، تكون المكونات مطلوبة لهياكل مماثلة مثل المستشفيات, مساكن الطلبة, إلخ., يمكن بناؤها بسرعة كبيرة.

اتجاهات الصناعة

كانت روح صناعة الخرسانة الجاهزة هي التحضر التدريجي. وقد أدت المقاييس الهائلة للتوسع المستمر في التصنيع وبناء المساحات التجارية والمساكن إلى زيادة الطلب على المنتجات الجاهزة. تقلل الخرسانة مسبقة الصب من تكاليف البناء الإجمالية, يحسن سرعة البناء, ويقلل من هدر موارد البناء. تجد المنتجات الجاهزة استخدامًا شائعًا في بناء المساحات المكتبية التجارية, الجسور, الملاعب, إلخ. ويمكن إعادة استخدام المواد المستخدمة في مثل هذه الهياكل لتجنب الهدر. ركزت الدول النامية والمتخلفة على مشاريع البنية التحتية التي تساعد في تطوير الصناعة المحلية ورفع مستوى معيشة سكانها. تتوقع صناعة الخرسانة الجاهزة نموًا هائلاً بفضل منتجاتها التي يتم نشرها في مشاريع البنية التحتية الكبرى في جميع أنحاء العالم.

تقدم صناعة الخرسانة الجاهزة منتجات للاستخدامات النهائية المختلفة مثل الفئات السكنية وغير السكنية. يمكن أيضًا تصنيف المنتجات حسب النوع, بمعنى آخر., الجدران, طوابق, أسطح, سلالم, أشعة, إلخ.

النمو في ال صناعة مسبقة الصنع

خلال السنة 2020, بلغت قيمة المبيعات الإجمالية للمنتجات الجاهزة تقريبًا. دولار أمريكي 92.14 مليار. لكن, أدى الوباء إلى توقف مؤقت في الطلبات, حيث توقفت معظم مشاريع البناء. ومن المتوقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب لهذه الصناعة إلى 5.3% من السنين 2021 يصل إلى 2028. كما نوقش في وقت سابق, ومن المتوقع أن يكون معظم النمو المستقبلي في الاقتصادات النامية في منطقة آسيا والمحيط الهادئ. استؤنفت مشاريع البناء في الغالب في جميع الأماكن. لا تزال البنية التحتية هي المحرك الرئيسي لنمو الصناعة.

انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون

عندما يتم نشر الطريقة التقليدية للأسمنت, يعطي عنه 0.9 رطل من ثاني أكسيد الكربون لكل رطل من الأسمنت المنتج. تشتمل الخرسانة المستخدمة في صنع المنتجات مسبقة الصب على عدة مكونات أخرى غير الأسمنت. ويلاحظ أن إنتاج ياردة مكعبة واحدة من الخرسانة, بمعنى آخر., 3,900 رطل, ينبعث تقريبا 400 رطل من ثاني أكسيد الكربون. مثل هذا الإطلاق الضخم لغاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يساهم بشكل كبير في ظاهرة الاحتباس الحراري. ايضا, كمية غاز ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن ياردة مكعبة واحدة من الخرسانة تعادل الاحتراق 16 جالون من البنزين.

في تقرير حديث نشرته IDTechEx, تمت مناقشة الجانب التجاري والفني لاستخدام احتجاز الكربون. التقرير بعنوان "احتجاز الكربون, الاستخدام والتخزين 2021-2040” ويناقش أيضًا إمكانية التخفيف من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

أهمية ثاني أكسيد الكربون في الخلطة الخرسانية

ثاني أكسيد الكربون, بالطبيعة, هو غاز لا طعم له وعديم اللون الذي يتكون منه 0.04% من الغلاف الجوي. في المتوسط, البشر يزفرون تقريبا 0.0043 أوقية من ثاني أكسيد الكربون كل دقيقة. ويتم استخدام الغاز بدوره بواسطة النباتات الخضراء ويتم تحويله إلى غاز أكسجين قابل للتنفس. يتم تثبيت دورات التنفس الطبيعية للإنسان والحيوانات الأخرى عن طريق عملية التمثيل الضوئي الطبيعي للنباتات. لكن, وقد أثر التصنيع السريع على التوازن الطبيعي. ثاني أكسيد الكربون غير الطبيعي له حرق الوقود الأحفوري كمصدر رئيسي له. يؤدي الوجود المفرط لغاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى حبس الحرارة وارتفاع درجات الحرارة. مما يؤدي إلى "ظاهرة الاحتباس الحراري". ويعتقد أن ظاهرة الاحتباس الحراري هي أحد الآثار الجانبية لظاهرة الاحتباس الحراري.

يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع مركبات الكالسيوم الموجودة في الخلطة الخرسانية. إنها تنتج مادة كربونات الكالسيوم الصلبة كجزء من مصفوفة الربط. يتم إنتاج الكتل الخرسانية المعالجة بالبخار وألواح الأسمنت الليفي بكميات كبيرة في إطار عملية التصنيع النموذجية.

في كثير من الحالات, يتم استخدام غاز ثاني أكسيد الكربون بشكل فعال ليحل محل البخار في عملية المعالجة للحصول على قوة مبكرة. وتساعد مثل هذه الخطوة على المتانة على المدى الطويل وتقليل الانبعاثات واستخدام الطاقة. تتطلب نوافذ المعالجة على مدار 24 ساعة أن تتمتع الخرسانة بأقصى قدر من امتصاص الكربون 29%.

لتحقيق أقصى قدر من الامتصاص, يتم إجراء معالجة ثاني أكسيد الكربون لتعزيز كفاءة التفاعل 60-80%. تساعد مثل هذه العملية في تحسين المقاومة لدورة التجميد والذوبان وهجوم أيونات الكبريتات.

في الولايات المتحدة الأمريكية, تعتبر العمليات التالية من المصادر الرئيسية لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون (مصدر البيانات وكالة حماية البيئة):

1. توليد الكهرباء - 40%
2. مواصلات (المحلية والمسافات الطويلة) - 31%
3. العمليات الصناعية – 14%

ثاني أكسيد الكربون وصناعة الأسمنت

ينتج مصنع تصنيع الأسمنت النموذجي ثاني أكسيد الكربون خلال عمليتين, بمعنى آخر., التكليس والاحتراق. التكليس هو المساهم الأكبر لثاني أكسيد الكربون بحوالي 60%. والاحتراق, والتي تشمل حرق الوقود الأحفوري, يؤدي إلي 40% من إنتاج ثاني أكسيد الكربون. تستخدم عملية التكليس مركبات ينبعث منها ثاني أكسيد الكربون مثل الطين والحجر الجيري. حيث يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية, أنها تنتج الكثير من ثاني أكسيد الكربون. يمثل تصنيع الأسمنت تقريبًا 5% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم.

لقد تم تطوير التقنيات بوتيرة سريعة من أجل الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أو احتجازها. فمثلا, الآن يمكن التقاط ثاني أكسيد الكربون الناتج أثناء تفاعل التكليس وتخزينه بأمان. ويمكن استخدامه أيضًا لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية, مثل تصنيع الخرسانة. تقدر الأمم المتحدة أن استخدام احتجاز الكربون وتخزينه يمكن أن يساعد في التخفيف في نطاق 1.5 و 6.3 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون 2050. ولابد من اعتماد تقنيات احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه على نطاق واسع لتضخيم تأثيرها على الحفاظ على البيئة.

نموذج جديد في صناعة الخرسانة الجاهزة

لقد كان التطور هو اسم اللعبة في صناعة الخرسانة الجاهزة. بروتوكول كيوتو في 1990 أطلقت الكثير من التطورات التقدمية التي تهدف إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. أدى التقدم التكنولوجي في تطوير الخرسانة الجاهزة إلى خفض محتوى الكلنكر المستخدم في صناعة الأسمنت تدريجيًا. ينتج طن واحد من الكلنكر ما يعادل طنًا واحدًا من ثاني أكسيد الكربون.

تشعر صناعة الخرسانة الجاهزة بالقلق من أن بدائل الكلنكر قد أدت إلى انخفاض التفاعل في الأعمار المبكرة. يعد الأداء الميكانيكي أمرًا ضروريًا للمواد التي سيتم استخدامها في عملية الصب المسبق, خاصة في اليوم 28 الأعمار.

ومن هنا حقيقة أن الأسمنت CEMI-52.5R, متوافق مع المعيار الأوروبي NF EN 197-1, يستخدم. فهو يجمع بين محتوى الكلنكر العالي (حول 95% بالوزن) ويعطي تفاعلا أكبر في سن مبكرة (28-يوم). كما أنه يساعد على تحقيق قوة ضغط تبلغ 52.5MPa. علاج, وبالتالي قدم في درجة حرارة عالية, يسهل تطوير الخواص الميكانيكية في سن مبكرة.

ميتاكاولين وبراعته

ميتاكولين (إضافة معدنية) يمكن إضافته مع نوع CEMII-52.5N. يتم إنتاج الميتاكاولين كمنتج نتيجة لتكليس طين الكاولينيت عند درجة حرارة تتراوح بين 600-700 درجة مئوية.. إنها حقيقة ملحوظة أن تفاعل إزالة الهيدروكسيل العالمي للكاولين لا ينتج ثاني أكسيد الكربون. لا مزيد من مشكلة تخزين أو استخدام ثاني أكسيد الكربون الناتج عن العملية التقليدية. ايضا, الحد الأدنى من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي شوهدت أثناء إنتاج الميتاكاولين تأتي بشكل أساسي من العملية نفسها (أي. استخراج المواد الخام, فرن, إلخ).

يسبب معدن الميتاكاولين التأثير البوزولاني على الترطيب. أثناء ترطيب الأسمنت, تتفاعل المكونات السيليسية والألمنيومية الناتجة عن ذوبان الميتاكاولين مع هيدروكسيد الكالسيوم لتعطي خليط من C-S-H, C4AH13, C3AH6, C2ASH8, إلخ. تنتج مثل هذه الإضافة أفضل المتانة والتحسينات الميكانيكية وتتجنب التأثيرات السيئة على البيئة.

ومن ثم يمكن استبدال الإضافة التقليدية لـ CEMI-52.5R بمحتوى منخفض من الكلنكر مثل CEMII/A-S-52.5N.

أدى الاختبار الميكانيكي الذي تم إجراؤه بعد إضافة CEMII-A/S-52.5N مع رابط الميتاكاولين إلى تحسين تصميمات الخلطة الخرسانية. ومن ثم فإنه يثبت أنه نعمة لصناعة الخرسانة الجاهزة. تجدر الإشارة إلى قوة البنية المجهرية لمادة رابطة الميتاكاولين حيث أن لها تأثيرًا إيجابيًا على العمر المبكر للخرسانة.. تؤدي الزيادة في معدل استبدال الميتاكاولين إلى زيادة قوة الضغط للملاط بشكل متناسب.

تشمل التأثيرات الأخرى:

• The mechanical performances of CEMI-52.5R and CEMII-A/S-52.5N along with metakaolin lead to the development of hydrated silica calcium aluminates, which is caused by an increase in the amount of C-S-H.
• Greatly reduced carbon dioxide emissions – CEMII and metakaolin binder reduce clinker by about 30%, directly reducing CO2 gas released to the atmosphere.
• Precast industry can swiftly replace CEMI cement with low carbon dioxide producing binders like CEMII and metakaolin blend.

As the industry moved towards developing sustainable manufacturing processes, the CEMII and metakaolin blend presents itself as a giant leap towards curtailing the release of carbon dioxide into the atmosphere.