استخدام قـــــش الأرز
لإنتاج خرسانة ذات مواصفات خاصة
تكنولوجيا جديدة لإنتاج مادة بوزولانية من رماد قش الأرز
لصناعة خرسانة قوية
تأليف....
أحمد عادل أحمد عشره
كلية الهندسة - جامعة الأسكندرية
قسم الهندسة المدنية
مقدمة
يعتبر هذا المقال هو أول مقال باللغة العربية منشور على شبكة الانترنت .
وهو ملخص للبحث الذى قدمته بنفس العنوان للـ أ.د/ أشرف رجب - أ.د/ حافظ اليمانى
أساتذة مادة (مواد هندسية متقدمة) الفرقة الثالثة مدنى - كلية الهندسة جامعة الأسكندرية 2009.
وحصل البحث على المركز الأول فى المرحلة التمهيدية لأسبوع شباب الجامعات ومثل جامعة الأسكندرية فى المسابقة وحصل على المركز الثالث فى مسابقة الأبحاث العلمية لنوادى علوم جامعات مصر 2009.
واعتمد البحث المذكور على دراسة قدمها العلماء نهدى و دوكيتى و الدماطى من جامعة اونتاريو الغربية بكندا والتى أكدوا فيها ان حرق قش الارز المصرى باستخدام تقنية جديدة للسيطرة على مواصفات الاحتراق ينتج مادة عالية القيمة من حيث الخواص التى تضيفها الخرسانة(1) .
ويقدم هذا البحث طريقة علمية للتخلص من الآثار البيئية السلبية التى يسببها الحرق العشوائى لقش الارز حيث يتم حرق كميات مهولة من قش الارز دون رقيب ويقوم الفلاح المصرى بالتخلص من القش نظرا لانه يشكل عبئا عليه وليس له عائدا ماديا حيث لا يوجد طلب على خام قش الارز ، فهذا المشروع يمكن ان يحقق عائدا يجعل الفلاح يفكر كثيرا قبل حرق مخلفات انتاجه من الارز .
وفى هذا المجال قدمت عدة ابحاث ودراسات جميعها تؤكد ان استخدام قش الارز اذا تمت السيطرة على احتراقه وتمت عملية الاحتراق بمواصفات معينة تنتج عنه مادة السيليكا النشطة والتى تعتبر اساسا للمادة البوزولانية ، بينما يناقش هذا البحث التكنولوجيا الجديدة فى عملية الانتاج ويقدم البحث المواصفات الفنية المطلوبة فى الحريق باستخدام التكنولوجيا الجديدة .
ومن جانب الدولة والجهات العلمية ومن منطلق الحرص على توفير المواد التكميلية لصناعة البناء والتشييد المحلية وكذلك تطوير مجال انتاج الخرسانة فى مصر فإن هذا المقال يقدم فرصة عظيمة للدخول فى سباق الخرسانة ذات المواصفات الخاصة والتى يتطلبها سوق العمل الان حيث اصبحت المنشآت فى منطقة الشرق الاوسط ذات مواصفات فنية عالية تتطلب خرسانة ذات مواصفات خاصة كالتى تصنع فى الدول الاسكندنافية واليابان والولايات المتحدة الامريكية وهى الدول التى تحتكر مجال تطوير الخرسانة .
وفى الوقت الحالى فإن العديد من الشركات العالمية ومنها العاملة الان بمنطقة الشرق الاوسط تعانى عجزا فى الكوادر الهندسية ليس فى مواقع العمل فى الشرق الاوسط فقط ولكن ايضا فى بلدانها الاصلية ويقدر العجز الاوروبى والامريكى والكندى للكفاءات حتى عام 2020 بحوالى 20 مليون وظيفة فى مختلف المجالات .
لذلك اعتمدت كلية الهندسة - جامعة الاسكندرية مشروعا للتطوير الشامل على اساس حاجة السوق وايضا بمشاركة الجامعات والمراكز البحثية الاوروبية والتى تعتمد ميزانية للبحث العلمى للاعوام من 2007 الى 2013 حوالى 54 بليون يورو لدول الاتحاد الاوروبى وبمشاركة دول حوض البحر المتوسط , وهو مشروع The Framework Programmes "FP7" لذلك فان استخدام التكنولوجيات الحديثة فى مجال التشييد فى مصر سوف يسمح بتطور كبير فى شكل العلاقة البحثية بين مصر واوروبا من وضع الاستقبال احادى الاتجاه الى وضع تبادل الابحاث كما يخطط مسئول مشروع التطوير بكلية الهندسة "أ.د/ عصام الكردى" - عميد كلية الهندسة جامعة الاسكندرية (15).
ويقدم هذا البحث افضل تكنولوجيا فى هذا المجال والتى اعتمدت على اساس استخدام قش الارز المصرى خاصة كمادة خام ، وباستخدام مفاعلات جديدة مجهزة (افران) توفر كفاءة الاحتراق لقش الأرز بالمواصفات المطلوبة فى وقت أقل وفى وجود تيار هواء شديد من زاوية ثابتة في سرعات فائقة وتحت درجة حرارة مدروسة .
تمت الدراسات على رماد قش الأرز المنتجة باستخدام التكنولوجيا الجديدة وشملت الاختبارات الاتية:
التشغيلية ، تحليل الأكسيد ، حيود الأشعة السينية ، ومحتوى الكربون ، كمية المياه اللازمة للخرسانة ، تاثير العنصر البوزولاني النشط على الخرسانة ، مساحة سطح الرماد بالنسبة للوزن وبالإضافة إلى ذلك ، تضمنت مقارنة بين نسب السيليكا فيوم (SF) او قش الارز المصري EG-RHA فى الخرسانة وتمت مقارنة رماد قش الارز المصرى المصنع عند درجات حرارة مختلفة واضافة ملدنات عالية الاداء وتم حساب نسبة الهواء المحبوس بالخلطة الخرسانية ومقاومتها لقوة الضغط فى مختلف الأعمار ومقاومة الخلطة لاملاح الكلوريد وعمليات ذوبان الجليد.
تشير النتائج التى يناقشها هذا البحث ان تلك العينات التى تحتوى على رماد قش الارز المصرى تستطيع تحمل قوة ضغط اكبر من تلك التي حققتها خرسانة تحتوى على نسب مماثلة من السيليكا فيوم , كما حققت مقاومة ضد تآكل سطح القطاع الخرسانى باستخدام رماد قش الارز المصرى أفضل من الخرسانة التى تتضمن نسب مماثلة من السيليكا فيوم.
1. إنتاج قش الأرز فى مصر
يتركز إنتاج الأرز في مصر بمنطقة دلتا النيل حيث يتم انتاج ما يقرب من 8 مليون طن من الأرز سنويا ، مما يؤدي إلى توليد كميات كبيرة من قش الأرز وغالبا يكون حرق قش الارز هو ابسط وارخص الطرق للتخلص من تلك المخلفات.
| حرق قش الأرز بدون ضوابط |
ويسبب حرق هذه المخلفات بدون رقابة سحابة سوداء موسمية تكون ضخمة للغاية وتغطى سماء القاهرة وتزيد نسب التلوث فى الجو بالقاهرة والمدن المجاورة ، الامر الذي أصبح يشكل خطرا وداعى للقلق بالنسبة للمواطنين والسلطات وباستخدام التكنولوجيا الجديدة التي تسيطر علي حرق قش الارز في محاولة لتحويل قش الأرز المصري الى بوزولانية عالية اى كمادة محسنة لخواص الخرسانة وذلك لانشاء مبانى ذات مواصفات خاصة تستطيع تحمل أحمال أكبر وبحيث يزداد العمر الافتراضى لهذه المنشأت مما يعطى توفير اقتصادى كبير على المدى البعيد ويعطى بعد تكنولوجي لمجال الانشاءات فى مصر.
| السحابة السوداء تغطى سماء القاهرة |
2. حرق قش الارز فى المفاعلات
بدأت محاولات انتاج مواد بوزولانية من رماد قش الأرز في عام 1973 وذلك بواسطة الباحث "مهتا" (2,3) واعتمادا على نتائجه اكمل الباحث "بييت" (4) العمل عن طريق فرن الاحتراق ذو قاعدة التسخين للسيطرة على درجات الحرارة ودراسة الوقت المطلوب ليصبح الرماد البوزولانى ذو التكوين المطلوب ومنذ ذلك الحين ، بذلت العديد من محاولات الإنتاج واستخدام البوزولانية في عدة بلدان منها " الصين ، واليابان ، والهند ، غانا ، ماليزيا ، السنغال ، تايوان ، و المملكة المتحدة " .
نتائج احتراق قش الأرز باستخدام الاسلوب التقليدى
تعتمد خواص السيليكا التى حصلنا عليها بعد احتراق رماد قش الارز على درجة الحرارة ومدة الاحتراق.
كان الباحث "مهتا" (8) قد اقترح ان حريق قش الارز ينتج السيليكا فى درجة حرارة أقل من 500 درجة مئوية للاحتراق بموجب شروط مؤكسدة و فى فترات احتراق طويلة .
ومع ذلك يرى الباحث "يووه" (9) انه يمكن ألا تنتج السيليكا حتى فى الاحتراق في درجات حرارة تصل إلى 900 درجة مئوية إذا احترق لوقت أقل من 1 ساعة .
وباستخدام حيود الأشعة السينية ، لاحظ الباحث "شبرا" (10) أن درجات حرارة حرق قد تصل الى 700 درجة مئوية ، بالرغم إن السيليكا لا تزال في شكل غير متبلور.
درس الباحثين "ووانج و ووا" (5) الأثر الناتج من التاثير بدرجات حرارة مختلفة على التكوين الكيميائي لرماد قش الأرز وكانت التجارب على قش الارز التايوانى حيث حدث تبلور عند درجة حرارة فوق 700 درجة مئوية ، وعند تحليل رماد قش الارز الناتج بالأشعة السينية والتحليلات الكيميائية على عينات قد تعرضت لدرجات حرارة حرق مختلفة وجد أن ارتفاع درجة حرارة الحريق قدم نتائج اعلى ونسب اكبر من السيليكا.
3. تكنولوجيا جديدة لاحتراق قش الأرز
فى هذا البحث سوف يعتمد انتاج المادة البوزولانية من رماد قش الارز على تكنولوجيا جديدة .
1.3 طريقة عمل المفاعل
يتم اضافة المادة الخام من اعلى المفاعل ، ويتم ضبط درجة الحرارة ويقوم تيار من الهواء القوى بدفع الحبيبات المطحونة على القواطع وعلى جدار المفاعل ، وفي هذا المفاعل يمكن التحكم بدقة في درجة الحرارة وهو أمر ضروري لنوعية البوزولانية المنتجة .....
2.3 مقارنة التكنولوجيا الجديدة بالفرن القديم ذو قاعدة التسخين
مزايا هذه التكنولوجيا انها تشمل فرن إحتراق أصغر حجما وأكثر اقتصادية ، ومعالجة شاملة لتحسين خواص البوزولانية الناتجة .
ويمكن للمفاعل الجديد أن يعمل مع الغاز بسرعات من 3-12 م / ثانية ، في حين ان الفرن القديم يعمل على 0.1-0.6 م / ثانية , ولذلك فان قطر المفاعل الجديد أصغر 20 أو 30 مرة من المفاعل القديم لنفس ضغط الغاز , لذلك فهو يساعد على توفير الطاقة وباستخدام التكنولوجيا القديمة حصلنا على عينات بأقطار حوالى 107 µm ، في حين أن جميع العينات المنتجة باستخدام التكنولوجيا الجديدة تراوحت أقطارها بين 44 و 46 µm. وكان من المتوقع أن يؤثر الحجم على الوقت اللازم للطحن النهائى للرماد للوصول إلى متوسط قطر 7 µm فى شكل رقم 2 طبقا للبحاثين "هارديتو و رانجون" (14) .
ساحة النقاش