שיפור בר-קיימא בעמידות כימית וביציבות מיקרו-מבנית של מרטון מלט המכיל מילוי דק ממוחזר מטופל בסיליקט נתרן–עשן סיליקה

מדוע חשוב להפוך בטון ישן לחדש

בכל רחבי העולם, מבנים מפונים מייצרים הרים של בטון שבור. הרבה מהחומר הזה מיועד להטמנה, אף על פי שהוא מכיל חול ואבן שניתן לשחזר לשימוש בבנייה חדשה. הבעיה היא שחלקיקים דקים ממוחזרים מבטון ישן לעיתים מקטינים את חוזק המרְטוֹן החדש ומגבירים את פגיעותו לסביבות קשות, במיוחד במקום שמערכות ביוב, פעילויות תעשייתיות או אדמות מליחות תוקפות מבנים. המחקר הזה בוחן טיפול פשוט שיכול להפוך את החלקיקים הבעייתיים האלה לחומרי בנייה אמינים, ולעזור לערים לבנות בצורה בת-קיימא ללא פגיעה בעמידות.

מפחיוני הריסה לחול בנייה דק

כאשר הבטון הישן נקדם, מתקבל מילוי דק ממוחזר — גרגירים בגודל חול שעדיין מצופים בשאריות משכבת מלט מזדקנת. גרגירים אלה סופגים יותר מים ומכילים הרבה נקבוביות וסדקים זעירים. כתוצאה מכך, מרטון שמכיל אותם נוטה להיות חדיר יותר ופחות עמיד לנזק מחומצות וממלחים לעומת מרטון מחול טבעי נהר. החוקרים בדקו האם שלב השרייה קצר בעזרת שני חומרים זמינים להפליא — סיליקט נתרן ("זכוכית מים" נוזלית) ועשן סיליקה (אבקה מינרלית על-עדינה) — יכול לחזק את שכבת המלט המוצמדת ולשפר את ביצועי המילוי הממוחזר בתערובות חדשות.

אמבטיה פשוטה שמאיטה את הנקבוביות

החוקרים אספו פסולת בניין והריסה, כתשו אותה והפרידו את השבר הדק. הם השרו את החלקיקים הממוחזרים האלה למשך 24 שעות בתמיסות מבוססות מים שכללו מינונים שונים של סיליקט נתרן ועשן סיליקה. לאחר הייבוש הוחלפו החלקיקים המטופלים בכל החול במרטוני מלט סטנדרטיים, אשר נשפכו לקוביות קטנות. הושוו חמש תערובות: אחת עם חול טבעי, אחת עם פין ממוחזר לא מטופל, ושלוש תערובות עם פין ממוחזר מטופל במינונים כימיים עולהים. לאחר שהמלט התקשה, הקוביות הוטבלו למשך חודשים בתמיסות חזקות של חומצה גופריתית וסולפט מגנזיום — תנאים המחקים ביוב חמור וסביבות אדמה עשירות בסולפטים. בפרקי זמן קבועים הצוות מדד אבידות משקל, חוזק, ספיגת מים ושלמות פנימית בעזרת פולסי על-קול, ובחן את המבנה הפנימי באמצעות הדמיה וספקטרוסקופיה מתקדמות.

עמידה בפני חומצה ומלחים

הפין הממוחזר שלא טופל הציג את הביצועים הגרועים ביותר גם בחשיפה לחומצה וגם בסולפט. מרטונים אלה איבדו את הכי הרבה מסה, חוו את הירידות החדות ביותר בחוזק, ספגו הכי הרבה מים והציגו את הירידה הגדולה ביותר במהירות הפולס האולטרסוני — סימנים לסדיקה נרחבת ונזק פנימי. מרטונים מחול טבעי הופיעו טוב יותר אך עדיין הראו שחיקה חיצונית גלויה והיחלשות הדרגתית לאורך הזמן. לעומת זאת, מרטונים מתערובות עם פין ממוחזר מטופל עמידו בצורה עקבית יותר בפני הנזק. התערובת שהושרה באמבטיה בעוצמה בינונית, שכללה 20% סיליקט נתרן ו-2% עשן סיליקה, בלטה: בחומצה היא איבדה כ-40% פחות מסה ושמרה כ-30% יותר חוזק מאשר התערובת הממוחזרת לא מטופלת, ובתמיסת סולפט היא הגבלת באופן דומה אובדן משקל וירידת חוזק תוך שמירה על מהירויות אולטרסוניות גבוהות יותר.

מה משתנה בתוך החומר

מבחנים מיקרוסקופיים וכימיים חשפו מדוע הטיפול עבד. במרטונים ממוחזרים לא מטופלים התמיסות התוקפות חדרו בקלות, המיסו תרכובות עשירות בסידן ויצרו גבישים מתרחבים של גבס ואתרינגיט שפיצלו את המיקרו-מבנה. תמונות הראו אזורי מגע נקבוביים סביב הגרגירים הממוחזרים וסדיקה נרחבת. לאחר הטיפול, המלט המוצמד סביב כל גרגיר היה דחוס יותר והדבקה חזקה יותר לפסטה החדשה. תמיסת סיליקט הנתרן חדרה לנקבוביות ונטתה להגיב עם סידן ליצירת ג'ל קשר נוסף, בעוד שעשן הסיליקה צרך עוד סידן חופשי לבניית רשת עשירה יותר בסיליקה ויציבה יותר. ניתוחי רנטגן ואינפרא-אדום אישרו שהתוצרים המזיקים הוקטנו באופן משמעותי ושהשלב המקשר העיקרי נשאר שלם יותר, אפילו לאחר חשיפה ממושכת.

נתיב מעשי למרטון ירוק וחזק יותר

עבור הקורא הלא-מומחה, המסקנה המרכזית היא כי שלב השרייה פשוט ועתיר פחות אנרגיה יכול להפוך את הפינים הממוחזרים הבעייתיים לחומר ביצועי גבוה לתערובות מרטון חדשות. על ידי איטום נקבוביות ושינוי הכימיה של שכבת המלט הישנה, אמבטיית סיליקט נתרן–עשן סיליקה מאפשרת שימוש של 100% מילוי דק ממוחזר התחרותי מול חול טבעי, ובכמה היבטים אף עליונה, בתנאים כימיים קשים מאוד. גישה זו מציעה דרך מציאותית למחזר יותר פסולת הריסה לחומרי בנייה עמידים, להפחתת הלחץ על מקורות חול נהר ובהארכת חיי המבנים בסביבות אגרסיביות.

ציטוט: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

מילות מפתח: בטון ממוחזר, עמידות מלט, בנייה בת-קיימא, טיפוח מילוי, פגיעה מחומצות וסולפטים