אופטימיזציה של ביצועים של בטון מוקצף על-קל באמצעות תרכובת אורגנוסיליקון מועשרת דימתיקון

בנייה עם קירות קלים וחכמים יותר

מבנים מודרניים זקוקים לקירות שלא רק חזקים, אלא גם קלים, עמידים באש ומסוגלים לשמור על החום בפנים. בטון מוקצף על-קל כבר מציע משקל נמוך ובידוד מצוין, אבל לעתים קרובות הוא חלש מדי וסופג מים רב מדי לשימושים תובעניים. מחקר זה בוחן כיצד רכיב סיליקוני נפוץ בשם דימתיקון יכול לכוונן את הבועיות האוויר הקטנות בתוך הבטון המוקצף כך שהוא יהיה גם קל יותר וגם חזק יותר, וגם יעיל יותר בהתנגדות למים ולתנאי מזג אוויר קשים.

מדוע בטון חובק-אבוב חשוב

בטון מוקצף מיוצר על ידי ערבוב סיד, חול, מים וקצף מלא בבועות אוויר. הבועות הופכות את החומר הרבה יותר קל, דבר אטרקטיבי לבניינים גבוהים ולקירות חסכוני-אנרגיה. עם זאת, כאשר הבועות גדולות ולא אחידות, הבטון מאבד מחוזקו והופך למלא נתיבים שמאפשרים למים ולמלחים לחדור. מהנדסים מעוניינים בגרסה שמנצלת את יתרונות הבטון הממולא אוויר—משקל נמוך, בידוד טוב, עמידות באש—בלי להפוך את החומר לספוג שברירי.

פנייה סיליקונית למתכון

החוקרים בחנו הוספת כמויות קטנות של דימתיקון, תרכובת סיליקונית נפוצה במוצרים יומיומיים, לבטון מוקצף על-קל. הם הכינו מספר תערובות עם צפיפות יעד זהה אך תכולות דימתיקון שונות, מ-0.5% ועד 2.5% ממשקל המלט. על ידי פיזור מדוד של הדימתיקון במים ולאחר מכן ערבובו לתערובת מלט עשירה בקצף, הם שאפו לשנות את אופן היווצרות הבועות ויציבותן, ולבדוק כיצד זה משפיע על פלואידיות, זמן ייבוש, תנועת מים, עמידות וכריכות חום.

מה קורה בתוך הנקבוביות המיקרוסקופיות

מבחנים מפורטים הראו שהדימתיקון פועל במקביל כמייצב קצף וכחסר-רטיבות. הוא מוריד את מתיחות פני השטח של המים בתערובת, מסייע להיווצרות בועות ביתר קלות ולשמרן נפרדות במקום להתמזג לחללים גדולים. תמונות מיקרוסקופיות ומדידות נקבוביות חשפו שבתוספת דימתיקון, הבטון הכיל הרבה יותר נקבוביות קטנות ובצורה טובה והרבה פחות חללים גדולים ומחוברים. המבנה הפנימי המעודן הזה הקטין את קצב ספיגת המים וזרימת האוויר, והפחית את חדירת מלחי הכלוריד המזיקים בכ-שליש לעומת הבטון שלא טופל.

חזק יותר, יבש יותר, ועדיין קל משקל

השינויים ברמת המיקרו הובילו לרמות ביצועים מדהימות. במינון האופטימלי, בסביבות 2% דימתיקון, הבטון על-הקל הכפיל ואף יותר את הקשיחות ועוצמת הדחיסה שלו וכפל ואף יותר את ההתנגדות לסדיקה תחת מתיחה, וכל זאת תוך שמירה על משקל נמוך במיוחד, עם צפיפות יבשה בסביבות 450 קילוגרם למטר מעוקב. החומר הצטמצם פחות בייבוש, ספג באופן משמעותי פחות מים והציג נקבוביות מחוברת כוללת נמוכה יותר. ההתנהגות התרמית השתנתה גם היא: מאחר שרשת הנקבוביות התהדקה והמטריקס המוצק נהיה צפוף יותר, מוליכות וחילוף חום עלו באופן מתון, אך נשארו בתחום המתאים לחומרי בידוד.

מציאת הנקודה המתאימה

בהשוואת כל התערובות, המחקר מצא שכ-2% דימתיקון מספקים את האיזון הטוב ביותר: הם שומרים על אופיו העל-קל של הבטון בעוד הם מספקים חוזק ועמידות מוגברים במידה משמעותית ומשפרים מאוד את ההתנגדות ללחות ולחדירת מלחים. מינונים גבוהים יותר הביאו רק לשיפורים שוליים והחלו לצמצם את קלות העיבוד. במונחים מעשיים, משמעות הדבר היא שתוסף סיליקון פשוט יחסית יכול להפוך בטון מוקצף שברירי לחומר בניין חסין יותר, דוחה מים ועדיין בעל יכולת בידוד טובה, מה שעשוי להפוך אותו ליישים יותר לקירות חסכוני-אנרגיה ולרכיבים מבניים קלי משקל ועמידים לאורך זמן.

ציטוט: Othuman, M.A.O., Tobbala, D.E., Omar, R. et al. Performance optimization of ultra-lightweight foamed concrete using dimethicone-infused organosilicon compound. Sci Rep 16, 8108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39334-5

מילות מפתח: בטון מוקצף, חומרי בנייה קלי משקל, תוספים סיליקוניים, מבנה הנקבוביות, בידוד תרמי