MIT يستخدم التعلم الآلي للبحث عن بدائل جزئية للأسمنت في الخرسانة

يبحث مهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن مواد يمكن أن تحل محل جزء من الأسمنت في الخلطات الخرسانية بهدف خفض الأثر البيئي والتكلفة المحتملة. وقد عرض الفريق في يونيو 2025 إطارًا يستخدم التعلم الآلي لاستكشاف الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمواد المرشحة من الأدبيات العلمية.

لماذا يعد الأسمنت محورًا مهمًا؟

يرتبط تصنيع الأسمنت بانبعاثات ناتجة عن الطاقة والعمليات الكيميائية، بينما تستخدم الخرسانة على نطاق واسع في المباني والبنية التحتية. ولهذا فإن خفض جزء من المواد الأسمنتية قد يكون ذا أثر كبير إذا توافرت بدائل آمنة وقابلة للإنتاج.

من البحث إلى خلطة معتمدة

يستطيع النموذج ترتيب مواد مقترحة، مثل مخلفات خزفية أو مواد صناعية معينة، لكنه لا يثبت بمفرده مقاومة الخرسانة أو دوامها في بيئات مختلفة. وتحتاج الوصفات إلى فحوص قوة وانكماش ومتانة وتوافق مع معايير البناء المعمول بها.

أثر القيود المحلية

قد يكون البديل مناسبًا في منطقة تتوافر فيها مواد خام محددة، وغير اقتصادي في مكان يحتاج إلى نقل لمسافات بعيدة. لذا يجب حساب دورة الحياة والتكلفة الفعلية وليس التركيز على المؤشرات الكيميائية وحدها.

ماذا أُثبت؟

المنجز هو إطار بحث وتصفية مرشحين بمساعدة البيانات، وليس اعتماد خلطة خرسانية شاملة لكل الاستخدامات. وتحدد الاختبارات الهندسية والقرارات التنظيمية لاحقًا إذا كان بإمكان وصفة معينة الخروج إلى موقع البناء.

لماذا يُعد الأسمنت تحديًا مناخيًا؟

تتكون انبعاثات صناعة الأسمنت من احتراق الوقود اللازم للعمليات الحرارية ومن التفاعلات الكيميائية نفسها خلال إنتاج المادة الرابطة. لذلك لا يعني تغيير نسب مكونات الخرسانة أو استعمال مادة بديلة اختفاء جميع الانبعاثات. كما أن الخرسانة يجب أن تحقق مواصفات مقاومة وضبط جودة مختلفة بحسب الاستخدام، من الأجزاء غير الإنشائية إلى العناصر التي تحمل أحمالًا عالية وتتطلب اعتمادات فنية صارمة.

دور الذكاء الاصطناعي في تصميم الخلطة

يمكن للخوارزمية مساعدة الباحث على فرز خيارات كثيرة من نسب المواد والخصائص المستهدفة قبل إجراء الاختبارات. لكنها لا تستطيع إلغاء الحاجة إلى قياس المقاومة على أعمار مختلفة، واختبار المتانة في الظروف البيئية المناسبة، واحتساب المصدر الفعلي لكل مكوّن. وقد تبدو خلطة أقل كربونًا حسابيًا مع أن بعض مكوناتها نادرة أو مكلفة أو يصعب الحصول عليها في موقع المشروع.

من البحث إلى كود البناء

الانتقال إلى السوق يتطلب تكرار النتائج على مواد خام متنوعة، ومراجعة المواصفات والمعايير المحلية، وقياس تكلفة إنتاج المتر المكعب والمخاطر المرتبطة بجودة التوريد. ولا تكفي نتائج النموذج أو العينات المخبرية لإثبات نجاح التطبيق في جسور ومبانٍ عامة دون مسار اعتماد مناسب.