הערכת שווי של אבקת בטון פסולת כשחלופה בת-קיימא לאבקות גיר בבטון קונבנציונלי: מקרה מבחן מפורטוגל

הפיכת פסולת בטון למשאב מועיל

הבטון הוא עמוד השדרה של הערים המודרניות, אך הוא מלווה בעלות סביבתית כבדה. ייצור הצמנט, המרכיב המרכזי בבטון, משחרר כמויות גדולות של פחמן דו‑חמצני, ובמקביל נפח עצום של בטון שנבדק או שימש הופך לפסולת. מחקר זה בוחן האם אבקה דקה המתקבלת מטחינה של דגימות בטון שנשברו בבדיקות איכות — ואשר בדרך כלל מושלכת — יכולה להחליף בבטחה חלק מהצמנט שמוחלף כיום על ידי אבקות גיר טחונות. אם הדבר יתממש, מפעלי הבטון שמייצרים פסולת זו יוכלו להפוך אותה למרכיב שימושי, ולצמצם הן פליטות והן הזרקה למזבלות.

מבלוקים שבורים לאבקה דקה

במפעל בטון טרי בפורטוגל יוצקים ופורצים מדי שנה אלפי קוביות בדיקה כדי לאמת חוזק, מה שיוצר בערך 200 טון של בטון פסולת לכל מפעל. במקום לנהוג בו כפסולת, המחקר שבר את החתיכות הנותרות והמשיך לטחון אותן בתוף טחינה ולמסנן לאבקה דקה. אבקת דגימות הבטון הזו שימשה אז להחליף חלק מהצמנט בפריזמות טיח קטנות ובתערובות בטון מלאות, ברמות של בין 10% ל‑30% בטיח ובין 10% ל‑20% בבטון. להשוואה, נבדקו אותן רמות החלפה גם באמצעות אבקות גיר המוכרות ונמצאות בשימוש על ידי רבים מהיצרנים.

תפקוד התערובות החדשות במעבדה

המהנדסים בדקו תחילה את החוזק שהושג לאורך זמן. כאשר הוחלף עד 10% מהצמנט באבקת בטון פסולת, הטיחים והבטונים שהתקבלו הגיעו לחוזקי לחיצה הקרובים לאלו של התערובת הסטנדרטית ולתערובות המבוססות גיר. מעבר לרמה זו החוזק ירד באופן ניכר, במיוחד בהחלפה של 20% ו‑30%, מפני שפשוט היה פחות צמנט פעיל שמקשר את החומר. התערובות עם גיר נשארו מעט חזקות יותר מאלו עם אבקת בטון, בעיקר מכיוון שחלקיקי הגיר היו דקים יותר והתמגנו צפופים יותר, אך בהחלפת 10% הפער היה קטן.

מים, מלחים והסיפור מבפנים

המחקר בחן גם כמה קל למים ולמלחים לנוע בתוך הבטון, מכיוון שתהליכים אלה משפיעים רבות על העמידות. ברמת החלפה מתונה של 10% גם אבקות הגיר וגם אבקת הבטון הפחיתו בפועל את קצב הספיגה של מים אל פני השטח, מה שמעיד שחלקיקים דקים אלה סייעו למלא ולדייק את הנקבוביות הזעירות הקרובות לפני השטח. ברמות החלפה גבוהות יותר היעילות הזו אבד והנפח הכולל של הנקבוביות גדל, מה שהקל על חדירת מים ובייחוד על יוני כלוריד, כגון ממלחי גרימת הקרח או התזת מי ים. בדיקות מיקרוסקופיות ומינרליות תמכו בממצאים: הן הראו שגם אבקות הגיר וגם אבקת הבטון מהפסולת התנהגו ברובם כממלאים אינרטיים, סייעו לכלי צמיחה גבישית מוקדמת אך לא הוסיפו הרבה תגובה כימית משלהן. חלקיקי אבקת הבטון היו גסים ובלתי סדירים יותר, מה שהביא למבנה פנימי מעט רופף יותר מאשר בתערובות גיר.

השפעה על האקלים ושימוש מעגלי בחומרים

מכיוון שהצמנט הוא המקור העיקרי לפליטות בבטון, כל הפחתה בתכולת הצמנט יכולה להקטין את טביעת הפחמן של התערובת. באמצעות כלי להערכת מחזור חיים חשבו החוקרים את כמות הפחמן הדו‑חמצני שמשתחררת לכל מטר מעוקב של בטון. החלפת 20% מהצמנט באבקות גיר או באבקת דגימות הבטון קיצצה את הפליטות המוטמעות בכ־17% בהשוואה לתערובת ההתייחסות. כאשר שוקלו הפליטות ביחד עם החוזק שהושג, כל התערובות נמצאו בתחום ביצועים צר, מה שמראה שחיסכון ניכר בפחמן אפשרי ללא וויתור משמעותי על החוזק, בתנאי שרמות ההחלפה נשארות מתונות.

מה המשמעות לעתיד הבטון

למי שאינו מומחה, המסר המרכזי הוא שפסולת מבדיקות שגרתיות של בטון יכולה להפוך למרכיב שימושי שמחליף חלק מהצמנט. בכ־10% החלפה, אבקה ממוחזרת זו שומרת על חוזק ועמידות בסיסית בדומה לפרקטיקה הנוכחית, תוך סיוע בהפחתת פליטות ומניעת הטמנה במזבלות. אם דוחפים את שיעור ההחלפה גבוה מדי, הבטון נעשה חלש ונחפר יותר. העבודה מציעה צעד מעשי וקרוב ליישום לכיוון בטון מעגלי ומודע לאקלים: לטחון את הפסולת שמפעלי הבטון כבר מייצרים מדי יום ולהחזיר אותה לתערובות חדשות, כשהשימוש מוגבל בקפידה לרמות שבהן הביצועים נשמרים באופן אמין.

ציטוט: Özkan, H. Valorization of waste concrete powder as a sustainable substitute for limestone fines in conventional concrete: a case study from Portugal. Sci Rep 16, 15701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46343-x

מילות מפתח: פסולת בטון, החלפת צמנט, אבקות גיר, כלכלה מעגלית, טביעת פחמן