השפעת תכולת שבבי פלדה על ביצועי מורט מצמנט מותמר מבזלת פחמית-שבבי פלדה

הפיכת פסולת לבניינים חזקים וירוקים יותר

ערים מודרניות נשענות על בטון ומורט, אך ייצור המלט המסורתי משחרר כמויות גדולות של פחמן דו־חמצני והחומרים הנוצרים יכולים לסדוק ולהתכווץ עם הזמן. המחקר הזה בוחן דרך לטפל בשני הבעיות ביחד: הוא ממחזר פסולת תעשייתית מפקת פחם ומייצור פלדה לתוך סוג חדש של מורט שמקטין פליטות ובמקביל נעשה חזק יותר ופחות חשוף להתכווצות וסדקים.

למה סדקים הם סכנה סמויה

חלופות אקולוגיות רבות למלט, המכונות בקצרה חומרים מופעלי בסיס, מציגות חוזק ועמידות מרשימים. עם זאת, לעתים קרובות יש להן חסרון רציני: הן מתכווצות יותר ממלט פורטלנד רגיל בזמן הייבוש. ההתכווצות הזו יכולה לפתוח רשת של סדקים זעירים. עם הזמן הסדקים האלה מאפשרים למים וכימיקלים מאכלים לחדור לקירות ולקונסטרוקציות, מה שמחליש את בטיחותם ותקופת חייהן של מבנים. תיקון הבעיה בדרך כלל דורש תוספים מיוחדים או תנאי קיבוע מוקפדים, מה שמייקר ומגביל שימוש נרחב.

מתן חיים שנייה לפסולת פלדה ופחם

החוקרים התמקדו בשלושה תוצרי לוואי אבקתיים מתעשייה כבדה: שבבי פלדה מתהליך יציקת פלדה, גנג’ פחמי (coal gangue) מפחם ומלט ממותק אדווה (ground granulated blast furnace slag) מייצור ברזל. חומרים אלה לרוב נערמים בגושים עצומים, תופסים קרקע ומציבים סיכונים סביבתיים. בעבודה זו שמרו על מלט תחליב כמחצית מהבטון הכולל כדי להבטיח חוזק בסיסי, בעוד שהגנג’ הפחמי הוחלף בהדרגה בשבבי פלדה במינונים שונים. עם נוזל בסיסי שיזם את ההתמצקות, אבקות אלו נערבבו למורט, נשפכו לתבניות קטנות ונבדקו לניתן זרימה, חוזק והתכווצות ייבוש, ונבדקו במיקרוסקופים ובשיטות כימיות מגוונות.

מציאת נקודת האמצע האופטימלית לשבבי פלדה

הניסויים הראו שהוספת מעט שבבי פלדה משפרת את ניתנות הזרימה של המורט הרטוב, מה שמקל על הסידור בתבניות, ומגבירה משמעותית את החוזק לאורך זמן. כאשר הוחלפו 40% מהגנג’ הפחמי בשבבי פלדה, חוזק הלחיצה לאחר 28 יום עלה בכ־42% וכבש מעל 70 מגה־פסקל, בעוד שהתכווצות הייבוש ירדה בכמעט 29% בהשוואה לתערובות ללא שבבי פלדה. מתחת לרמה זו התוספת הייתה קטנה יותר; מעליה הביצועים החלו להיפגע. ב־50% שבבי פלדה המורט איבד חוזק ולא הציג עוד ירידה בהתכווצות. המחברים מייחסים את התרדמה למחסור בסיליקון ואלומיניום תגובתיים, שהם אבני הבניין החיוניות לג'לים המחברים שמחזיקים את החומר.

מה שקורה בתוך המורט המתקשה

כדי להבין מדוע 40% שבבי פלדה עבדו כל כך טוב, הצוות בדק את המורט המתקשה ברמה מיקרוסקופית. הם מצאו ששבבי פלדה משנים את האופן שבו המבנה הפנימי מתפתח לאורך הזמן. בתחילה הם מאטים מעט את התגובה, מסייעים לחומר לשמר מים ומצמצמים ייבוש מהיר. מאוחר יותר הם מגיבים באופן חזק יותר, מוסיפים סידן למערכת. הדבר מוביל לשלבי ג'ל מחברים נוספים ולמסה של גבישים בצורת מחטים הקרויים אתטרינגיט. יחד, תוצרים אלה שוזרים את החומר, ממלאים נקבוביות, קושרים חלקיקים ועמידים לעיוות. מדידות גודל הנקבוביות איששו שהתערובת האופטימלית כללה פחות נקבוביות בגודל־ביניים שאחראיות בעיקר להתכווצות, והתוצאה רשת צפופה ויציבה יותר.

ממורט במעבדה לשימוש בעולם האמיתי

בקצרה, המחקר מראה כי איזון מדוד של שבבי פלדה במורט מבוסס פסולת יכול להפוך חומר ירוק הנוטה לסדוק לחומר קשיח ואמין יותר. החלפת כ־40% בגנג’ הפחמי מספקת שילוב של חוזק גבוה, סיכון סדיקה מופחת וניתנות עבודה טובה יותר, תוך צריכה משמעותית של פסולת תעשייתית והימנעות מטביעת רגל פחמנית גבוהה של מלט קונבנציונלי. אף על פי שהעבודה התמקדה בתקופת 28 יום, היא מצביעה על מתכונים מעשיים לחומרי בניין ירוקים שעושים שימוש טוב יותר במה שהתעשייה זורקת כיום.

ציטוט: Huang, T., Xie, Q., Deng, J. et al. Effects of steel slag content on the performance of alkali-activated coal gangue-slag mortar. Sci Rep 16, 7993 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38962-1

מילות מפתח: שבבי פלדה, בטון ירוק, מיחזור פסולת תעשייתית, התכווצות ייבוש, מורט מופעל על ידי בסיס