إعداد: م.م احمد سعيد حاكم قسم الهندسة المدنية – كلية الهندسة – جامعة المستقبل مشكلة الإطارات التالفة تُعد الإطارات المنتهية عمرها من أكثر النفايات الصلبة صعوبة في التخلص منها، فهي ضخمة الحجم وبطيئة التحلل ولا تصلح للدفن العادي لأنها تميل إلى الطفو والارتفاع داخل المطامر. ويُقدّر عدد الإطارات التي تنتهي صلاحيتها سنوياً في العالم بأكثر من مليار إطار. وتتراكم هذه الإطارات في مواقع مكشوفة، فتتحول إلى بيئة صالحة لتكاثر الحشرات والقوارض، وتشكل خطر حريق شديداً يصعب إخماده وينتج عنه دخان سام ومخلفات زيتية تلوث التربة والمياه الجوفية. ومن هنا اتجهت أغلب الدول إلى سن تشريعات تحظر دفن الإطارات الكاملة وتشجع على إعادة تدويرها واستعمالها في تطبيقات هندسية مفيدة، ومنها الإنشاءات المدنية التي تستوعب كميات كبيرة من هذه المخلفات. تركيب الإطار وطرق المعالجة يتكون الإطار من مطاط طبيعي وصناعي بنسبة تقارب النصف، وكربون أسود يضاف لزيادة المتانة ومقاومة التآكل، وأسلاك فولاذية وألياف نسيجية، إضافة إلى مواد مالئة ومواد معالجة مثل الكبريت وأكسيد الزنك. وبسبب عملية الفلكنة التي تربط سلاسل المطاط ببعضها، لا يمكن إعادة صهر المطاط وتشكيله كما يحدث للبلاستيك، ولذلك يُعاد استعماله غالباً على شكل جسيمات. تمر عملية التدوير بمراحل تبدأ بالتقطيع الأولي إلى قطع كبيرة، ثم التمزيق والطحن مع فصل الأسلاك الفولاذية بالمغانط وفصل الألياف النسيجية بالهواء أو الغربلة. وتُنتج المعالجة أحجاماً متدرجة تُصنَّف إلى: أولاً: القطع والشرائح (Tire Derived Aggregate) بأحجام تتراوح من عدة سنتيمترات إلى نحو 30 سم، وتُستعمل في الردم الخفيف وطبقات التصريف. ثانياً: الفتات المطاطي (Crumb Rubber) بأحجام تتراوح تقريباً بين 0.075 و4.75 مليمتر، ويُستعمل في الخرسانة والإسفلت. ثالثاً: المسحوق المطاطي الدقيق بأحجام أصغر، ويُستعمل في التعديل الكيميائي للقار وفي بعض المنتجات المطاطية. وتتم عملية الطحن بطريقتين رئيسيتين: الطحن في درجة الحرارة المحيطة، وهو الأكثر شيوعاً وينتج جسيمات خشنة السطح تتماسك جيداً مع الأوساط الأسمنتية والقارية، والطحن بالتبريد بالنيتروجين السائل، وينتج جسيمات أنعم وأملس لكنه أعلى كلفة. استخدام المطاط في الخرسانة مبدأ الاستخدام: يُستعمل الفتات المطاطي في الخرسانة بديلاً جزئياً عن الركام الناعم (الرمل) في الغالب، وأحياناً عن جزء من الركام الخشن، بنسب تُحسب بالحجم. وتنتج بذلك ما تسمى الخرسانة المطاطية (Rubberized Concrete). ولما كانت كثافة المطاط تتراوح بين 1.1 و1.2 فقط مقابل 2.6 إلى 2.7 للركام الطبيعي، فإن إضافته تقلل الكثافة والوزن الوحدوي للخرسانة تناسباً مع نسبة الاستبدال. تأثيره في الخواص الطازجة: تنخفض قابلية التشغيل عادةً مع زيادة نسبة المطاط بسبب خشونة سطح الجسيمات وزيادة الاحتكاك، ويحدث ميل لطفو الجسيمات الخفيفة نحو السطح عند سوء الدمج أو الاهتزاز المفرط. كما يزداد المحتوى الهوائي المحبوس. ويمكن تحسين التشغيل بإضافة ملدنات أو ملدنات فائقة. تأثيره في خواص الخرسانة المتصلدة: تنخفض مقاومة الانضغاط ومقاومة الشد ومعامل المرونة كلما زادت نسبة المطاط. وتختلف الأرقام باختلاف الدراسات والتصاميم، لكن عموماً تتراوح الانخفاضات في مقاومة الانضغاط بين نحو 10% و30% عند استبدال 10% إلى 20% من الركام بالحجم، وقد تتجاوز 80% عند استبدال الركام الخشن كلياً حسب ما ورد في الدراسات الرائدة. وتعود هذه الخسارة إلى ضعف الترابط بين سطح المطاط وعجينة الأسمنت، وإلى انخفاض صلابة جسيمات المطاط التي تعمل كفراغات مرنة داخل الكتلة الخرسانية، وإلى زيادة الهواء المحبوس. وفي المقابل تتحسن خواص أخرى بشكل ملحوظ، منها المطيلية وقدرة امتصاص الطاقة بعد الوصول إلى الحمل الأقصى، فبدلاً من الانهيار الهش المفاجئ تُظهر الخرسانة المطاطية تشوهات أكبر قبل الانهيار الكامل. كما تتحسن مقاومة الصدمات ومقاومة التشقق الناتج عن الانكماش والقدرة على التخميد وامتصاص الاهتزازات، وتنخفض الموصلية الحرارية فتزداد قدرة العزل، ويتحسن العزل الصوتي. تحسين الالتصاق: لتخفيف فقدان المقاومة، تُعالج جسيمات المطاط قبل خلطها، وأشهر أساليب المعالجة غسلها بمحلول هيدروكسيد الصوديوم لإزالة الزيوت والشوائب السطحية وتخشين السطح، أو معالجتها بمواد الربط السيلانية، أو تغليفها بعجينة أسمنتية أو مواد ناعمة مثل دخان السيليكا. وتختلف النتائج حسب نوع المعالجة وظروفها، لكن عموماً تحسّن الالتصاق وتقلل جزءاً من الفقد في المقاومة. التطبيقات المناسبة: بسبب انخفاض المقاومة، تُستعمل الخرسانة المطاطية غالباً في العناصر غير الإنشائية أو قليلة الأحمال، ومنها الأرصفة وأحواض المشاة، والحواجز الخرسانية والحواجز الصوتية على الطرق، وأرضيات الملاعب، وبلاطات الأرضيات التي تتطلب امتصاص الصدمات، وقواعد المعدات المهتزة، وبعض عناصر السكك الحديدية. وتتناول دراسات عديدة إمكانية استعمالها في عناصر إنشائية بنسب صغيرة، لكن ذلك يتطلب تصميماً خاصاً وفحوصاً خاصة. استخدام المطاط في الخلطات الإسفلتية يُعد قطاع الطرق من أكثر القطاعات استيعاباً لمطاط الإطارات المعاد تدويره، وله طريقتان: الطريقة الرطبة (Wet Process): يُخلط الفتات المطاطي مع القار الساخن مسبقاً ويُترك ليتفاعل معه عند درجة حرارة مرتفعة (نحو 170 إلى 200 درجة مئوية) لمدة تتراوح بين نحو 45 و60 دقيقة، فيتضخم المطاط ويمتص المكونات الخفيفة من القار، ويتكوّن قار معدل ذو لزوجة مرتفعة يُعرف بالقار المطاطي (Asphalt Rubber). وتحدد المواصفة الأمريكية ASTM D6114 متطلبات هذا النوع من القار، ومنها حد أدنى لمحتوى المطاط في القار بنحو 15% بالوزن. الطريقة الجافة (Dry Process): يُضاف الفتات المطاطي إلى الركام بدلاً من جزء صغير من الركام الناعم، بنسبة صغيرة غالباً (نحو 1% إلى 3% من وزن الخلطة)، قبل إضافة القار، ويتفاعل جزئياً معه أثناء الخلط والتجهيز. وتتميز بسهولة التنفيذ نسبياً لكن نتائجها أقل ثباتاً من الطريقة الرطبة. وتتمثل أبرز فوائد الإسفلت المطاطي في تحسين مقاومة التخدد (Rutting) بسبب زيادة اللزوجة والصلادة عند درجات الحرارة المرتفعة، وتحسين مقاومة التشقق الحراري وتشقق الإجهاد (Fatigue Cracking) بفضل مرونة المطاط، وإمكانية تقليل سماكة الطبقة السطحية في بعض التصاميم، وتقليل ضجيج المرور بنحو عدة ديسيبلات حسب التصميم، وإطالة عمر الرصفة وتقليل الصيانة. كما أن الكيلومتر الواحد من الطريق قد يستهلك مئات إلى آلاف الإطارات حسب السماكة وعرض الحارة. ومن التحديات أن لزوجة القار المطاطي العالية تتطلب درجات حرارة خلط وفرش ودمك أعلى، وتزداد الكلفة الأولية مقارنة بالقار التقليدي، ويحتاج المزيج إلى تحكم دقيق في زمن التفاعل ودرجة الحرارة، وقد ينتج دخان وروائح أثناء التصنيع، كما يحتاج تخزين القار المطاطي إلى تحريك مستمر لمنع انفصال المطاط. الاستخدامات الجيوتقنية والردم تُستعمل قطع الإطارات المقطعة (TDA) في الأعمال الجيوتقنية بوصفها مادة ردم خفيفة الوزن، إذ يبلغ وزنها الوحدوي نحو ثلث إلى نصف وزن التربة التقليدية. وتُفيد في إنشاء الردميات على التربة الضعيفة للحد من الهبوط، وفي ردم خلف الجدران الاستنادية لتقليل الضغط الجانبي، وفي طبقات التصريف في المطامر والملاعب والطرق لأن نفاذيتها عالية، وكعازل للاهتزازات والصدمات في خطوط السكك الحديدية، وفي الحواجز المخففة للصدمات. وتضع المواصفة ASTM D6270 إرشادات لاستخدام الإطارات الخردة في التطبيقات المدنية، ومنها حدود لسماكة طبقات الردم لتقليل خطر التسخين الذاتي والاشتعال التلقائي، إذ قد ترتفع حرارة كتل كبيرة من القطع المطاطية في ظروف معينة. كما تتطلب المواقع الحساسة بيئياً دراسة احتمال تسرب بعض العناصر مثل الزنك والحديد والمنغنيز إلى المياه الجوفية. المحددات والتحديات العامة أولاً: انخفاض المقاومة الميكانيكية في الخرسانة، مما يقصر استعمالها غالباً على التطبيقات غير الإنشائية أو قليلة الأحمال. ثانياً: ضعف الالتصاق بين المطاط والعجينة الأسمنتية، ويحتاج إلى معالجة سطحية تزيد الكلفة والتعقيد. ثالثاً: الحاجة إلى تحكم دقيق في نسب الخلط والتجهيز، وتقلب خواص الفتات المطاطي بين مصدر وآخر. رابعاً: ارتفاع كلفة معالجة القار المطاطي والمعدات اللازمة، وحاجة العاملين إلى تدريب خاص. خامساً: مخاطر الحريق في ردميات الإطارات الكبيرة، والحاجة إلى تقييم بيئي لتسرب الملوثات. سادساً: محدودية المواصفات والأكواد المحلية في كثير من الدول التي لا تملك صناعة تدوير متطورة. إمكانية التطبيق في العراق يمتلك العراق عدداً كبيراً من الإطارات التالفة المتراكمة وتتعدد مشاكلها البيئية، ومنها حرقها العشوائي وما ينتج عنه من تلوث للهواء. وفي المقابل، تعاني الطرق في كثير من المناطق من ارتفاع درجات الحرارة صيفاً التي تؤدي إلى تخدد الطبقات الإسفلتية وتشوهها، وهي ظروف تلائم فوائد الإسفلت المطاطي. وتتوفر فرصة اقتصادية وبيئية في إنشاء معامل تقطيع وطحن للإطارات تستفيد منها قطاعات الطرق والبناء. ومن العقبات المحتملة قلة معامل التدوير الصناعية المتخصصة، ونقص الأكواد الوطنية الخاصة بالخرسانة والإسفلت المطاطي، وحاجة الكوادر الهندسية إلى التدريب، والحاجة إلى دراسات مختبرية محلية لتحديد النسب المثلى بما يناسب المواد المحلية والمناخ المحلي. وبناءً على ما سبق، تُقترح أولوية التطبيق بدءاً بالإسفلت المطاطي في الطرق التجريبية ثم الطرق الرئيسية، ثم استعمال الخرسانة المطاطية في العناصر غير الإنشائية مثل الأرصفة والحواجز، ثم الردميات الخفيفة في المواقع المناسبة بعد دراسة السلامة البيئية. الاستنتاجات تمثل إعادة تدوير مطاط الإطارات حلاً مزدوج الفائدة، إذ يخفف من مشكلة بيئية متفاقمة ويوفر مواد قابلة للاستعمال في الإنشاءات. وتتميز الخرسانة المطاطية بخفة الوزن والمطيلية والتخميد والعزل، لكنها تفقد جزءاً من المقاومة، فتصلح للتطبيقات غير الإنشائية أو قليلة الأحمال. ويُعد الإسفلت المطاطي من أنجح التطبيقات وأكثرها انتشاراً لما يحققه من مقاومة للتخدد والتشقق وإطالة العمر وتقليل الضجيج. وتقدم ردميات القطع المطاطية حلاً للتربة الضعيفة وأعمال التصريف مع الالتزام باشتراطات السلامة. ويبقى نجاح التطبيق مرهوناً بالتحكم في النسب والمعالجة والمواصفات. التوصيات نوصي بإنشاء مصانع محلية لتقطيع الإطارات وطحنها بمواصفات حبيبية معتمدة، وتنفيذ مقاطع تجريبية من الإسفلت المطاطي ومراقبة أدائها في الظروف الحارة، وإجراء دراسات مختبرية لتحديد نسب المطاط المثلى في الخرسانة وطرق المعالجة المناسبة للمواد المحلية، واستعمال الخرسانة المطاطية في الحواجز والأرصفة وعناصر امتصاص الاهتزازات، وإصدار مواصفات وطنية لاستخدام المخلفات المطاطية، وتدريب المهندسين والفنيين، وحظر الحرق العشوائي للإطارات وتنظيم جمعها وتخزينها. المصادر 1. Eldin, N. N., and Senouci, A. B., “Rubber-Tire Particles as Concrete Aggregate,” Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, Vol. 5, No. 4, 1993, pp. 478–496. 2. Siddique, R., and Naik, T. R., “Properties of Concrete Containing Scrap-Tire Rubber – An Overview,” Waste Management, Vol. 24, No. 6, 2004, pp. 563–569. 3. Khaloo, A. R., Dehestani, M., and Rahmatabadi, P., “Mechanical Properties of Concrete Containing a High Volume of Tire-Rubber Particles,” Waste Management, Vol. 28, No. 12, 2008, pp. 2472–2482. 4. Najim, K. B., and Hall, M. R., “A Review of the Fresh/Hardened Properties and Applications for Plain- (PRC) and Self-Compacting Rubberised Concrete (SCRC),” Construction and Building Materials, Vol. 24, No. 11, 2010, pp. 2043–2051. 5. Thomas, B. S., and Gupta, R. C., “Properties of High Strength Concrete Containing Scrap Tire Rubber,” Journal of Cleaner Production, Vol. 113, 2016, pp. 86–92. 6. Presti, D. L., “Recycled Tyre Rubber Modified Bitumens for Road Asphalt Mixtures: A Literature Review,” Construction and Building Materials, Vol. 49, 2013, pp. 863–881. 7. Sienkiewicz, M., Kucinska-Lipka, J., Janik, H., and Balas, A., “Progress in Used Tyres Management in the European Union: A Review,” Waste Management, Vol. 32, No. 10, 2012, pp. 1742–1751. 8. ASTM D6270: Standard Practice for Use of Scrap Tires in Civil Engineering Applications, ASTM International. 9. ASTM D6114/D6114M: Standard Specification for Asphalt-Rubber Binder, ASTM International.