כִּבּוּל של מוטות פלדה מסולסלות ומולחמות שמותקנות לאחר יציקה בבטון בהתחשב באורך הדבקה וסוג הדבק

תיקון בטון עייף בלי להרוס אותו

מסביב לעולם גשרים, בניינים וחניונים מתבגרים מהר יותר מאשר ניתן להחליפם. הרס מלא ובנייה מחדש של מבנים אלה יקר ומפריע, ולכן מהנדסים מחפשים דרכים לחזק את הקיים. המחקר הזה חוקר שיטת תיקון כזו: קידוח חורים בבטון קשה, החדרת מוטות פלדה חדשים עם אפוקסי חזק, ושימוש במוטות "מותקנות לאחר-מילוי" כדי להעניק לבטון הישן חיים חדשים.

כיצד פלדה ודבק משתפים פעולה בתוך הבטון

בטון מזוין עובד כי מוטות הפלדה שמוסתרים בתוכו נשענים על החומר הסובב ומחלקים את העומסים. באופן מסורתי שמים את המוטות בתבניות ואז שופכים סביבם את הבטון. בעבודות תיקון, לעומת זאת, הבטון כבר קשה, ולכן העובדים מקדחים חורים, מזריקים דבק כימי ומכניסים מוטות פלדה חדשים בעין. הבטיחות של המבנה המשודרג תלויה עד כמה המוטות הנוספים הללו "דבוקים" בחוזקה לבטון ולדבק, ועד כמה הם מחליקים כשמושכים בהם. החוקרים בחרו למדוד את אותה הדבקות בתנאים מבוקרים ולבחון כיצד צורת המוט, גודל החור וסוגי הדבק משפיעים על הביצועים.

בדיקות עמידות למשיכה במעבדה

כדי לחקות מצבי תיקון אמיתיים, הצוות יצק עשרים ואחת קוביות בטון, כל אחת בגודל של אבן ריצוף קטנה. בשלוש מהן הוטמעו מוטות מסולסלים בדרך המסורתית בזמן היציקה כדי לשמש דגימות ייחוס. בשמונה-עשרה האחרות המוטות הוכנסו מאוחר יותר: קידחו חורים אנכיים, נקו אותם, מילאו באחד משני מוצרי אפוקסי מסחריים, ואז הוכנסו מוטות מסולסלים או מוטות מלאי-ברגים לעומקים מוגדרים. החוקרים שינו שלושה גורמים מרכזיים: אורך המוט שבמגע עם הדבק, קוטר החור ביחס לקוטר המוט, והאם פני המוט היו מסולסלים (עם שפיצים מפוצלים) או מלאי-ברגים (עם ספירלה רציפה). כל דגימה הוחזקה על-ידי ג'ק הידראולי והמוט נמשך לאט בזמן שכלים רשמו כוח ומדידת החלקה.

מה יוצר עוגן חזק ובטוח

הניסויים הראו שבכמעט כל המקרים הכשל התרחש כשהמוט הגיע לחיזוק המתיחה שלו בתוך תרחיש משיכה קלאסי, ולא על ידי קריעת הבטון. משמעות הדבר היא שמפרק הדבק והבטון הסובב היו בדרך כלל חזקים יותר מהמוט עצמו — תוצאה רצויה בתכנון. מוטות שהותקנו עם אפוקסי בחורים הגדולים במידה מתונה ביחס למוט (בערך 60–80 אחוז גדולים יותר בקוטר) השיגו יכולות משיכה דומות או מעט גבוהות יותר מהמוטות שהוטמעו ביציקה. חורים צמודים מאוד, רק כ-20 אחוז גדולים יותר, הפחיתו את החוזק. אורכי הדבקה ארוכים יותר אפשרו למוט לשאת עומס כולל גבוה יותר אך פיזרו את העומס, מה שהנמיך את מתח ההדבקה הממוצע לאורך המוט. בהשוואת צורות המוט, מוטות מסולסלים קונבנציונליים פיתחו בעקביות חוזק הדבקה גבוה יותר מאשר מוטות מלאי-ברגים, בעיקר כי הסריגים המחוספסים סיפקו אחיזה מכנית טובה יותר על הדבק והבטון.

כיצד נוקשות וגמישות פועלות יחד

מעבר לשיא החוזק, המחקר בחן גם עד כמה החיבור היה נוקשה או גמיש כשהמוט התחיל לזוז. עוגנים מולחמי-אפוקסי היו בדרך כלל נוקשים יותר מאשר מוטות מוטמעים ביציקה בתחילת העומס, כלומר התנגדו להחלקה הראשונית בחוזקה גבוהה יותר. עדיין, עבור תצורות רבות, ובמיוחד עם אורכי הדבקה ארוכים יותר, המוטות המותקנות לאחר-מילוי גילו "יכולת יתירות" גבוהה יותר: הן יכלו להחליק באופן משמעותי לאחר הגעה לנזילה מבלי אובדן פתאומי של קיבולת. שני סוגי האפוקסי התנהגו בדומה מבחינת החוזק, אם כי אחד נטה לייצר חיבורים מעט נוקשים ופחות גמישים והאחר אפשר החלקה רבה יותר לפני כשל. מוטות מלאי-ברגים, אף שהיו חלשים יותר בשיא ההדבקה, לעיתים הראו החלקות גדולות יותר בעומס גבוה, מה שמצביע על תהליך כשל הדרגתי וסלחני יותר.

הפיכת נתוני הניסויים לכללי תכנון מעשיים

באמצעות סט המדידות המלא פיתחו המחברים נוסחה פשוטה שמנבאת את מתח ההדבקה המקסימלי למוטות מותקנים לאחר-מילוי בהתבסס על חוזק הבטון, קוטר המוט, אורך ההטבעה, גודל החור וגאומטריית הסריגים של המוט. נוסחה זו, שנבדקה אל מול כל תוצאות הניסויים, הפיקה הערכות בטוחות ומדויקות במידה סבירה. עבור מהנדסים משמעות הדבר היא שהוספת מוטות פלדה עם דבקים מודרניים ניתנת לתכנון בביטחון, בתנאי שבוחרים בקפידה קוטר החורים, אורכי ההטבעה וסוגי המוטות. לציבור — המסקנה היא שעבודה מעבדתית קפדנית כזו תומכת בהרבה תיקונים "בלתי נראים", ומאפשרת לחזק מבני בטון מזדקנים ולשמור עליהם בשירות לאורך זמן מבלי את העלות וההפרעה של החלפה מלאה.

ציטוט: Fayed, S., Alkharisi, M.K., Bayoumi, ES.A. et al. Bond of ribbed and threaded steel reinforcement bars post-installed in concrete considering bonded length and adhesive type. Sci Rep 16, 10762 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42964-4

מילות מפתח: עוגנים מותקנים לאחר-מילוי, מוטות פלדה מולחמות באפוקסי, תיקון מבני בטון מזוין, עוצמת הדבקה, שדרוג מבני