Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

חיזוק כפיפה של קורות בטון מזוינת באמצעות טיט מחוזק טקסטיל בזלתי: חקירה ניסויית ואנליטית

· חזרה לאינדקס

גשרים ובניינים חזקים יותר עם מעטה חדש ודק

גשרים, חניונים ובניינים מזדקנים רבים מסתמכים על קורות בטון מזוינות שלא תוכננו לעומסי תנועה כבדים יותר או לתוחלת חיים ארוכה יותר של היום. החלפה מלאה של קורות אלה מפריעה לפעילות ויקרה, ולכן מהנדסים מחפשים פתרונות חכמים לשדרוג מבנים קיימים מבחוץ. המאמר בוחן שיטה אחת כזו: עטיפת הקורות במעטה דק על בסיס צמנטי המשלב סיבי בזלת מסודרים כבד, במטרה להגביר חוזק ובטיחות ללא הרס משמעותי.

Figure 1
Figure 1.

לעטוף בטון עייף בעור עשיר בסיבים

החוקרים התמקדו בקורות בטון מזוינות, שהן מרכיב העבודה שנושאות רצפות וסיפוני גשרים. עם הזמן עלול הפלדה שבתוכן להיחלש עקב קורוזיה והבטון להיחלש, מה שמקטין את מרווח הבטיחות. טכניקת תיקון מבטיחה היא טיט מחוזק טקסטיל (TRM), שבו רשת סיבים דקה מוטמעת בשכבת טיט דקה שמודבקת לחיצוני לקורה. בשונה מפולימרים מחוזקי סיבים שמשתמשים באפיוקסי ועלולים לאבד חוזק בחום או על משטחים לחים, TRM משתמש בטיט על בסיס צמנט שמסבול לחות וטמפרטורות גבוהות טוב יותר.

מדוע טקסטילים מבזלת הם אופציה מפתה

המחקר מתמקד בסוג ספציפי של TRM המיוצר מסיבי בזלת, שנקרא טיט מחוזק טקסטיל בזלתי (BTRM). סיבי בזלת מופקים מסלע וולקני ומציעים חוזק גבוה, עמידות טובה לקורוזיה ועלות פוטנציאלית נמוכה יותר מפחמן. הצוות רצה לדעת כיצד בחירות תכנוניות שונות — מספר שכבות הטקסטיל, גודל פתחים ברשת, הוספת מוטות בזלת דקיקים בתוך המעטה ושימוש בעוגנים מכניים — משפיעות על ההגברה בחוזק ובעמידות של קורות בטון מזוינות שעוטפו ב-BTRM.

מבחנים על קורות בממדים אמיתיים

כדי לענות על שאלות אלה, החוקרים יצקו שישה קורות בטון בקנה מידה מלא, כל אחת באורך 2.3 מטר ומחוזקת בפלדה פנימית כמקובל במבנים אמיתיים. קורה אחת שימשה כהתייחסות לא מחוזקת, בעוד חמשת האחרות עוטפו במעטות BTRM שונים שהוחלו בצורת U מתחת ובצדדים התחתונים. בחלקן הושמו שלוש שכבות טקסטיל בזלת, באחרות חמש או אפילו שמונה שכבות; בחלקן נעשה שימוש ברשת עדינה של 5 מ״מ ובאחרות ברשת גסה של 34 מ״מ; בגרסה אחת הוכנסו מוטות בזלת נוספים בתוך המעטה; ובאחרת נעשה שימוש בעוגני פלדה שמודבקים לבטון כדי לשפר את אחיזת המעטה. כל הקורות הוטענו במכונה עד לכשל בעוד מכשירים הקליטו את העומס שנשא וכמה הן כופפו.

עליות חוזק מתונות, אבל חולשה עיקשת

הקורות המחוזקות נשאו בין 11 ל-18 אחוז יותר עומס מהקורה הבקרה הבלתי עטופה לפני הכשל, מה שאישר ש-BTRM יכול לספק הגברה מיידית בקיבולת. עם זאת, הוספת שכבות טקסטיל נוספות לא הגדילה את החוזק באופן רציף; קורות עם שלוש וחמש שכבות הגיעו לעומס סופי כמעט זהה, מה שמעיד שהשיפור מפסיק כשהחולשה השלטת היא הקשר בין המעטה לבטון. גודל פתיחת הרשת (5 לעומת 34 מ״מ) השפיע מעט על החוזק הכולל, והמוטות הבזלתיים שיפרו את הביצועים במעט בלבד, בעיקר על ידי החלקת האופי לאחר סדיקה וקליטת אנרגיה טובה יותר. עוגנים מכניים אפשרו לקורות להתכופף יותר לפני כשל, אך הם לא העלו משמעותית את העומס המרבי כיוון שהכשל עדיין התרחש כאשר המעטה כולו נשלף מפני הבטון. ברוב הקורות המחוזקות, שכבות הטיט והטקסטיל נשארו שלמות ונפרדו בניקיון מהבטון, מה שמצביע על כך שהבעיה העיקרית נמצאת בממשק בטון–טיט.

Figure 2
Figure 2.

כלים תכנוניים מחודדים לשדרוגים בטוחים יותר

מעבר לניסויים במעבדה, המחברים בדקו כמה טוב שיטות חישוב קיימות חוזות את חוזק הקורות המחוזקות הללו. נוסחאות תכנוניות מקובלות נטו להעריך נמוך מדי את הקיבולת כשהשתמשו במגבלות עיוות שמרניות מאוד לטקסטיל, או להעריך יתר על המידה את ההגברה כשהניחו אחיזה מושלמת בין המעטה לבטון. על ידי השוואה זהירה בין תחזיות לנתוני הניסוי, החוקרים הציעו נוסחה מתוקנת וקלה לשימוש המשתקפת טוב יותר את ההתנהגות במצבים של אחיזה לא מושלמת, והמליצו להגביר בבטחה את הערך המותרים לעיוות הטקסטיל המשמש בתכנון. נוסחה מתוקנת זו התאימה בקירוב גבוה לתוצאות הניסויים שלהם ולנתונים שפורסמו ממעבדות אחרות.

מה המשמעות למבנים בעולם האמיתי

לא-מומחים, המסר המרכזי הוא שעיטוף קורות בטון קיימות במעטה דק של טקסטיל בזלתי וטיט הוא דרך מעשית להשיג כ-10–20 אחוז חוזק נוסף ולשפר את אופיין של קריסות, מה שיכול להעניק בטיחות ותוחלת שירות יקרי ערך. עם זאת, הפוטנציאל המלא של טקסטילי בזלת מעוכב כיום לא על ידי הסיבים עצמם אלא על ידי איכות ההדבקה של המעטה על הבטון הישן. שיפור הכנת המשטח, חומרים דבקים ופרטי עיגון יהיה הצעד הקריטי הבא כדי להפוך את הטכניקה לכלי חזק וחיזוי יותר לחיזוק תשתיות הבטון המיושנות ברחבי העולם.

ציטוט: Shamseldein, A., ELgabbas, F., Kohail, M. et al. Flexural strengthening of RC beams using basalt textile reinforced mortar: experimental and analytical investigation. Sci Rep 16, 7382 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37322-3

מילות מפתח: חיזוק בטון מזויין, טיט מחוזק טקסטיל בזלתי, טיט מחוזק טקסטיל, התנהגות כפיפה של קורות, שדרוג מבני