חיזוי חוזק לחיצה של טיט המכיל זכוכית CRT ממוחזרת באמצעות שיטות GMDH ו-GEP

הפיכת טלוויזיות ישנות לגושי בניין בטוחים וחזקים יותר

מיליוני טלוויזיות ומסכי CRT (צינור קרינת קתודה) שאינם בשימוש נערמים במטמנות ברחבי העולם. הזכוכית הכבדה בהם מכילה רמות גבוהות של עופרת, שעלולות לדלוף לקרקע ולמים. מחקר זה בוחן שיטה לנעילת הזכוכית המסוכנת בתוך טיטי בניין באופן בטוח, תוך שמירה על חוזק מספק לשימוש מעשי. באמצעות שילוב של מיחזור ומודלים מודרניים מבוססי נתונים, החוקרים מראים כיצד ניתן להפוך פסולת רעילה למרכיב שימושי לבנייה סביבתית, ואף לקירות מיגון מפני קרינה.

מדוע זכוכית מסכים ישנים היא בעיה וגם הזדמנות

זכוכית CRT צפופה מהרגיל ומכילה כ-20–25% תחמוצת עופרת. אם תנוקה ותישלך, העופרת עשויה להישטף לאט ולזהם את הסביבה. ניסויים קודמים הראו שכאשר זכוכית CRT מעורבת בטיטי מלט, הנוזל הפורי האלקליני של המלט מסייע לכידות מתכתיות כבדות ומפחית באופן ניכר את דליפתן. במקביל, הצפיפות הגבוהה של הזכוכית יכולה לשפר את מיגון ה-X והקרינה. החיסרון הוא שהחלפת חול טבעי בזכוכית CRT ממוחזרת (RCRT) לעיתים מחלישה את הטיט, מאחר שהחלקיקי זכוכית החלקים אינם נצמדים היטב לשכבת המלט. מהנדסים עומדים אפוא בפני איזון בין יתרונות סביבתיים, ביצועי מיגון ומאפיינים מכניים.

מבחנים מעבדתיים יקרים לעומת חיזוי חכם

עיצוב תערובות טיט המייצרות את האיזון הנכון בדרך כלל דרש ניסויי ניסוי וטעייה רבים במעבדה, מה שלוקח זמן ויקר. מחקרים קודמים דיווחו ברובם על תוצאות ניסוי ספציפיות ולעיתים השתמשו בנוסחאות סטטיסטיות מסורתיות לחיזוי חוזק, אך גישות אלה התקשו להתמודד עם האינטראקציות המורכבות והלא־ליניאריות בין רכיבי התערובת. במיוחד, לא נבנו עד כה מודלים חזויים המותאמים ספציפית לטיטים עם זכוכית RCRT, ורוב מחקרי למידת המכונה המודרניים התמקדו בחומרים ממוחזרים אחרים או השתמשו באלגוריתמים "קופסה שחורה" המציעים מעט תובנה לגבי השפעת כל מרכיב על החוזק. מחקר זה נועד למלא פער זה באמצעות מודלים שקופים המבוססים על משוואות.

כיצד החוקרים אילפו את המודלים

הצוות ארגן מסד נתונים של 139 דגימות טיט שהוכנו עם פרופורציות שונות של מים, מלט, אפר קמיני, חול טבעי, זכוכית RCRT וזמני ריפוי שונים. ראשית נוקו הנתונים על ידי הסרת חריגים וסטנדרטיזציה של סקלות כל המשתנים. לאחר מכן אומנו שתי שיטות "קופסה לבנה" בתחום המחשוב הרך לחיזוי חוזק לחיצה: שיטת Group Method of Data Handling (GMDH), שבונה רשת רב־שכבתית של משוואות פולינומיאליות פשוטות, ו-Gene Expression Programming (GEP), שמפתחת נוסחאות מתמטיות בהשראת גנטיקה. שתי השיטות מפיקות משוואות מפורשות שאותן מהנדסים יכולים להכניס למחשבון או גיליון אלקטרוני במקום קוד לא־שקוף. הנתונים חולקו לערכות אימון ובדיקה, והמודלים נבדקו גם בעזרת אימות צולב בחמש קפלים כדי להעריך את היציבות שלהם.

איזו שיטה ניצחה ומה חשוב ביותר

מודל GMDH עלה בבירור על מודל GEP ושיטות רגרסיה קלאסיות. על נתוני בדיקה שלא נראו קודם לכן, GMDH השיג מקדם קביעה (R²) של 0.942 עם שגיאות ניבוי נמוכות, כלומר החוזקים המחושבים התאימו כמעט בחומרתן למדידות מעבדה. GEP הציג ביצועים סבירים אך הראה פיזור רב יותר ושגיאות גבוהות יותר, בעוד שרגרסיות ליניאריות ולא־ליניאריות פשוטות פספסו חלק גדול מהמורכבות הבסיסית. כדי להבין אילו מרכיבים השפיעו הכי הרבה על החוזק, החוקרים השתמשו בכלי הסבר מודרני בשם SHAP. הוא חשף שתכולת המים היא הגורם הדומיננטי: כמות מים מופרזת יוצרת נקבוביות נוספות ומפחיתה חוזק. זמן הריפוי הגיע במקום השני — ריפוי ארוך יותר אפשר תגובות הידרציה רבות יותר וחיזוק הטיט. תכולת המלט השפיעה במידה בינונית, בעוד שאחוזי זכוכית RCRT וחול שיחקו תפקידים משניים וקטנים יותר בטווח התערובות שחוקרו.

מה משמעות הדבר לבנייה ירוקה

לקורא כללי, המסקנה המרכזית היא שכנראה ניתן למחזר כמויות מתונות של זכוכית CRT לתוך טיטי מלט בצורה בטוחה ופרקטית מבלי לפגוע קשות בחוזק — בתנאי שהתערובת מעוצבת בקפידה. משוואות GMDH מספקות למהנדסים כלי מהימן ונוח לשימוש לחיזוי חוזק של טיט המכיל RCRT לפני הכנת אצווה אחת. מאחר שהשיטה שקופה, המעצב יכול גם לראות כיצד שינויי מים, מלט או זמן ריפוי ישפיעו על הביצועים ולפצות על אובדן החוזק הקטן הנגרם על ידי הזכוכית. בקיצור, המחקר מראה ששילוב מיחזור פסולת תעשייתית עם מודלים ממסבירים של למידת מכונה יכול לסייע בהפיכת פסולת אלקטרונית מסוכנת למרכיב צפוי ובטוח מבחינה מבנית עבור חומרים לבנייה בת-קיימא ואף למיגון מפני קרינה.

ציטוט: Ghorbani, V., Seyedkazemi, A. & Kutanaei, S.S. Predicting compressive strength of mortars containing recycled CRT glass using GMDH and GEP methods. Sci Rep 16, 6655 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36553-8

מילות מפתח: זכוכית CRT ממוחזרת, חוזק טיט מבוסס מלט, בנייה בת קיימא, מודלי למידת מכונה, חומרי מיגון מקרינה