ייצור בטון גאופולימרי באמצעות ניצול אפר מאגרים לא מעובד כחומר מילוי עדין ואפר מאגר טחון כמאבט

הפיכת פסולת תחנת כוח למשאב בניה

תחנות כוח הפועלות על פחם משאירות אחריהן הרים של אפר שלעיתים מושלכים לבריכות גדולות ונשארים שם במשך שנים. לגונות אפר אלה תופסות אדמה, מדליפות מזהמים ומהוות משאב עצום שלא מנוצל במלואו. מחקר זה בוחן האם ניתן להפוך את אפר האגמים הזה למרכיב מרכזי בבטון ידידותי יותר לאקלים, שעשוי להפחית פליטות פחמן ובו בזמן לנקות פגם תעשייתי עיקש.

מאגמי אפר לבטון חדש

אפר פחמי המאוחסן באגנים הוא תערובת של חלקיקים דקים וגסים שטבולים במים לפרקי זמן ארוכים. הכותבים מתייחסים לחומר הנכרת ישירות מאגמים אלה כ"אפר מאגר לא מעובד" ובוחנים שתי דרכים לשימוש בו בבטון גאופולימרי, סוג של בטון השואב ממוצרי לוואי תעשייתיים במקום מלט מסורתי. ראשית, הם מחליפים את החול הטבעי שבדופן בבטון באפר מאגר לא מעובד, בשלבים החל מחלק קטן ועד 100 אחוז. שנית, הם טוחנים מכנית חלק מהאפר לאבקה דקה יותר — "אפר מאגר טחון" — ומשתמשים בו כדי להחליף חלקית או מלא את אפר הטיסה, שהוא מאבט נפוץ בתערובות גאופולימריות.

תכנון תערובת ירוקה יותר

בכל התערובות, הדבק המחבר נוצר על ידי הפעלת אבקות אלומינוסיליקט באמצעות תמיסה של הידרוקסיד נתרן וסיליקט נתרן, בעוד שחלק קבוע של סלאג תנור פלדה מספק סידן נוסף המאיץ את ההתקשות. החוקרים יצקו סדרת דגימות רבות של בטון, כאשר הם משנים כמה מהחול הטבעי הוחלף באפר מאגר לא מעובד וכמה מאפר הטיסה הוחלף באפר מאגר טחון. לאחר מכן קיבעו את הדגימות בטמפרטורת החדר, תוך הימנעות מריפוי בחום שנחשב לצרכני אנרגיה ולעתים נלווה לגאופולימרים, ומדדו את קלות העיבוד של הבטון הטרי, את חוזקו לאורך זמן ואת עמידותו בפני חשיפה כימית תוקפנית.

חוזק עם פחות חול טבעי

החלפת חול טבעי באפר מאגר לא מעובד הפכה את הבטון הטרי לקשה יותר וגמיש פחות בעבודה, בעיקר מפני שחלקיקי האפר מאוד נקבוביים ודקים יותר מחול קונבנציונלי ולכן סופגים יותר נוזלים. עם זאת, ההשפעה על החוזק הייתה צנועה במפתיע: גם כאשר האפר החליף לחלוטין את החול הטבעי, חוזק הלחיצה לאחר 28 יום ירד בכ־7 אחוזים בלבד והגיע לערך של כ־40 מגה־פסקל לאחר ריפוי ממושך — רמה מספקת לשימושים מבניים רבים. ניתוחים מיקרוסקופיים ואינפרא‑אדומים חשפו כי האפר אינו פסיבי לחלוטין; מרכיביו הריאקטיביים משתלבים ברשת הגאופולימרית עם הזמן, ממלאים נקבוביות ועוזרים לבטון להמשיך ולהתחזק בין 28 ל־56 יום.

טחינת אפר והתמודדות עם תנאים קשים

טחינת אפר האגמים לאבקה דקה יותר העלתה את תכולת הסיליקה הריאקטיבית, אך עדיין נותרה מאחור בהשוואה לאפר הטיסה המקובל כמאבט. כאשר אפר הטיסה הוחלף בהדרגה על ידי אפר מאגר טחון, חוזקי-הגיל המוקדם נותרו דומים מכיוון שחלק הסלאג שלט בתגובה ההתחלתית. בגילאים מאוחרים יותר, עם זאת, תערובות עם יותר אפר מאגר טחון פיתחו חוזק מעט נמוך יותר ומבנה פנימי מעט גס יותר. ניסויי עמידות הציגו תמונה מורכבת: כל הבטונים הגאופולימריים הראו עמידות גבוהה יותר לחומצה גופרתית מאשר בטון צמנט רגיל, שסבל מאבידות מסה וחוזק כבדות כאשר נוצרו גבישיות גיפסין ומוצרים מתרחבים אחרים. יחד עם זאת, במבחן חדירות יוני כלוריד הצטיין הבטון הצמנטי, בעוד שהתערובות הגאופולימריות — ובמיוחד אלה העשירות באפר מאגר טחון — הראו חדירות בינונית.

מה זה אומר לבנייה העתידית

ללא מומחים, המסר העיקרי הוא שמרבית האפר הנטוש בבריכות תחנות הכוח ניתן להפוך למרכיב שימושי עבור בטון ירוק יותר. באמצעות שימוש באפר מאגר לא מעובד במקום כל החול ובאפר מאגר טחון כחלק מהמאבט, החוקרים ייצרו בטון גאופולימרי שמתקשה בטמפרטורת החדר ובעל חוזק מבני בינוני, כאשר עד כ־37 אחוז מהמרכיבים המוצקים שלו מקורם בפסולת זו. הוא פחות נוח לעבודה ורגיש יותר לחלחול מלחים מאשר בטון סטנדרטי, אך עומד טוב יותר בסביבות חומציות, מה שהופך אותו מבטיח לרצפות תעשייתיות או לצינורות ביוב. עם שיפורים נוספים — כגון תוספים פעילים יותר ופעילים יבשים בטוחים וקלים יותר לטיפול — גישה זו עשויה לעזור להפוך בעיית זיהום גדולה למשאב בנייה יקר ערך.

ציטוט: Vidyadhara, V., Gowda, T.S. & Ranganath, R.V. Geopolymer concrete production by utilizing unprocessed pond ash as fine aggregate and ground pond ash as binder. Sci Rep 16, 9041 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38814-y

מילות מפתח: בטון גאופולימרי, אפר מאגר, שימוש חוזר באפר פחמתי, בנייה בת קיימא, בטון עמיד לחומצה