ما هو مستقبل الخرسانة في العمارة؟

الخرسانة هي ثاني أكثر المواد المستخدمة على وجه الأرض في التشييد والبناء. كما أنها ثاني أكبر مصدر لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، حيث تمثل صناعة الأسمنت نسبة 5 % إلى 7 % من الانبعاثات السنوية. وهذا يدفعنا للتسائل ما هو مستقبل الخرسانة في العمارة ؟

إن الشهرة المستمرة للخرسانة كمواد مفضلة في صناعة التصميم والبناء ، بالإضافة إلى زيادة عدم الارتياح للعواقب البيئية ، وضعت الخرسانة بقوة في دائرة تسليط  الضوء على الابتكار والتجريب. نتيجة لذلك ، يقوم المصممون والمهندسون المعماريون والباحثون حول العالم بتكوين رؤى متعددة لما يمكن أن يكون عليه مستقبل الخرسانة في الهندسة المعمارية.

تعتبر الخرسانة من المواد المفضلة للمهندسين المعماريين والبنائين منذ آلاف السنين ، حيث يرجع تاريخ الاستخدام الأول إلى سوريا والأردن في عام 6000 قبل الميلاد. تكلفته  المنخفضة وتعدد استخداماته وسرعته في الحصول عليه يعني أن ما يقرب من 22 مليار طن من الخرسانة يتم سكبها سنويًا. وفقًا لدراسة حديثة أجرتها هيئة الإذاعة البريطانية (BBC) ، زاد إنتاج الأسمنت ثلاثين ضعفًا منذ عام 1950 ، وأربعة أضعاف أخرى منذ عام 1990 ، و من المتوقع أن يواكب الطلب في جنوب شرق آسيا وأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى زيادة إنتاج الأسمنت بنسبة 25٪ بحلول عام 2030.

مع التمحيص المتجدد لإسهام البيئة المبنية في تغير المناخ ، حافظت الخرسانة على مستواها . لـ بي بي سي نيوز ، “إذا كانت صناعة الأسمنت دولة ، فستكون ثالث أكبر دولة تنبعث منها في العالم – خلف الصين والولايات المتحدة. إنه يساهم بأكثر من ثاني أكسيد الكربون من وقود الطائرات (2.5٪) ، وهو ليس بعيدًا عن الأعمال الزراعية العالمية (12٪). ”

في مؤتمر الأمم المتحدة 2018 COP24 المعني بتغير المناخ في بولندا ، تم تسليط الضوء على أنه من أجل تلبية متطلبات اتفاقية باريس المناخية لعام 2015 ، يجب أن تنخفض انبعاثات الأسمنت السنوية بنسبة 16٪ بحلول عام 2030. وعلى هذه الخلفية ، أنشأ المهندسون المعماريون والباحثون مجموعة كبيرة من الاحتمالات لكيفية تطور الخرسانة لعملية بناء أكثر اخضرارًا.

تركز العديد من هذه الابتكارات على تقليل الأسمنت في الخلائط الخرسانية. في الآونة الأخيرة ، كشف باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن طريقة تجريبية لتصنيع الأسمنت مع التخلص من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. باستخدام طريقة كهروكيميائية تلتقط ثاني أكسيد الكربون قبل إطلاقه ، يقترح الفريق استخدام الكربون المحتجز في صناعة الوقود.

في الآونة الأخيرة يأتي أحد جوانب الابتكار ذات الصلة من دمج المواد والعناصر الحيوية في الخلطات الخرسانية حيث كشف باحثون من جامعة لانكستر في المملكة المتحدة عن مقاربة جديدة لاستخدام الصفائح النانوية المستخرجة من نبات الجزر والخضروات الجذرية لتعزيز الخلطات الخرسانية. هناك اتجاه آخر يتمثل في “الخرسانة المستقبلة للبيولوجيا” ، التي طورتها الدكتورة ساندرا مانسو بلانكو ، وهي ترى الخرسانة الهيكلية ذات طبقات لتشجيع نمو الطحالب الممتصة لثاني أكسيد الكربون.

مزيج بديل والذي يدخل بالفعل العمارة السائدة هو GFRC (الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية). تتكون المادة من ملاط ​​مصنوع من الخرسانة والرمل والألياف الزجاجية المقاومة للقلويات والماء. اللدونة هي واحدة من الصفات الرئيسية ل GFRC ، مما يتيح صب قطع واجهة أرق وبالتالي أخف وزنا.

على سبيل المثال ، يتم استخدام هذه المواد في تغليف مركز حيدر علييف المصمم من قبل المعمارية  زها حديد ، كما يتم استخدامها لتنفيذ الأشكال المعقدة لكنيسة غاودي في كنيسة العائلة المقدسة.

بالإضافة إلى احتضان GFRC في عملية البناء ، عرضت Zaha Hadid Architects أيضًا مقاربة أكثر حداثة للخرسانة ، حيث كشفت النقاب عن قذيفة ثلاثية الأبعاد في متحف Universitario Arte Contemporaneo في مدينة مكسيكو.

يشكل KnitCandela جزءًا من أول معرض لـ ZHA في أمريكا اللاتينية ، ويشيد المهندس المعماري والمهندس الأسباني المكسيكي فيليكس كانديلا من خلال إعادة تخيل هياكله الخرسانية المبتكرة من خلال تقنية صندقة مبتكرة من KnitCrete.

يسمح نظام الشباك وأنسجة القوالب بتشكيل أسطح خرسانية معبرة وحرة دون الحاجة إلى قوالب. تم نقل النسيج المحبوك لـ KnitCandela ، الذي تم تطويره في ETH Zurich ، من المكسيك إلى سويسرا في حقيبتين تم فحصهما ، ويبلغ مجموع غزلهما 350 كيلومترًا ويبلغ وزنهما 25 كيلوجرامًا. يبلغ وزن الأغطية الرقيقة المنحنية المزدوجة في الجناح 5 أطنان فقط ، على الرغم من مساحة سطحها 50 مترًا مربعًا.

بينما تلعب ETH Zurich دورًا مهمًا في تقنية KnitCrete بين معرض ZHA ، فقد كانت في طليعة عدد من الابتكارات المتعلقة بالخرسانة. بقصد زيادة المساحة المتاحة وتجنب تكاليف البناء الحادة ، ابتكر باحثون من قسم الهندسة المعمارية في ETH Zurich لوحة أرضية خرسانية بسماكة لا تزيد عن 2 سم ، ولا تزال قابلة للحمل ومستدامة في نفس الوقت.

على عكس الأرضيات الخرسانية التقليدية المسطحة بشكل واضح ، تم تصميم هذه الألواح مقوسة  من أجل دعم الأحمال الكبيرة ، التي تذكرنا بالسقوف المقببة الموجودة في الكاتدرائيات القوطية

دون الحاجة إلى تعزيز الصلب وبأقل  تكاليف وجهود ملموسة ، يتم تقليل إنتاج ثاني أكسيد الكربون إلى الحد الأدنى ، وتكون الأرضيات الناتجة التي يبلغ طولها 2 سم أخف وزناً بنسبة 70٪ من مثيلاتها في الخرسانة.

في الآونة الأخيرة ، عرضت المؤسسة أيضًا إمكانات الخرسانة المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تركيب Concrete Choreography

في ريوم ، سويسرا ، أول مرحلة خرسانية مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، تتكون من أعمدة ملفقة دون صندقة. بالتعاون مع مهرجان Origen في ريوم ، سويسرا ، يتميز التثبيت بتسعة أعمدة بطول 2.7 متر ، تم تصميمها بشكل فردي مع برامج مخصصة وملفقة مع عملية طباعة روبوتية ثلاثية الأبعاد جديدة طورتها ETH Zurich بدعم من NCCR DFAB. تتم طباعة الهياكل الخرسانية المجوفة للسماح باستخدام المواد بشكل استراتيجي ، مما يسمح بنهج أكثر استدامة لهندسة الخرسانة.

إقرأ أيضاً: عناصر نجاح تصميم اللاند سكيب Landscape

بالإضافة إلى ذلك ، تمثل زخرفة المواد المصممة على أساس الحوسبة والملمس السطحي مثالًا على التنوع والتأثيرات الجمالية المحتملة للطباعة الخرسانية ثلاثية الأبعاد عند استخدامها في هياكل واسعة النطاق.

من الواضح أن هناك العديد من العقود المستقبلية المحتملة للخرسانة للاستمرار كمواد مفضلة في صناعة التصميم والبناء. وتسهيل التوسعات السريعة والارتفاعات الجديدة ، حان الوقت الآن للنظر في كيف يمكن لمواد مثل الخرسانة أن تستمر في دعم الابتكار ، من خلال أن تكون موضوعًا للابتكار بنفسها.

يتمثل التحدي الذي يواجه المهندسين المعماريين في ضمان أن تصبح هذه الحلول المبتكرة ، مع إمكانية تغيير طريقة العمل أو عدم استخدام الخرسانة بشكل أساسي ، خلاف ذلك ، فمن الواضح أن التأثير البيئي للخرسانة كما يتم تشكيلها حاليًا سيشاهد مواجهة منافسوها الأخضرون.