Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

השפעת הוספת פסולת פלדה כהחלפה למלט על התכונות המכניות ועל יכולת ההגנה מרדיואציה של בטון בר קיימא

· חזרה לאינדקס

הפיכת גרוטאות פלדה לבטון בטוח יותר

החיים המודרניים תלויים הן בבטון והן בטכנולוגיות רדיואקטיביות, מבתי חולים ועד תחנות כוח. מחקר זה בוחן דרך לייצר בטון שלא רק ממחזר פסולת תעשייתית של פלדה אלא גם משפר את היכולת לחסום קרינה מזיקה. על ידי שילוב חלקיקי פלדה שנותרו ומינרל ברזל לתוך הבטון, החוקרים שואפים ליצור מבנים חזקים יותר ומיגון בטוח יותר תוך הפחתת פסולת תעשייתית.

למה לשקול מחדש את מרכיבי הבטון

בטון מסורתי מסתמך בעיקר על מלט וסלעים טבעיים, שלכרייה ולייצור שלהם יש מחיר סביבתי כבד. במקביל, מפעלי פלדה מייצרים כמויות גדולות של פסולת, כמו סקלות דקיקות, שבבי פלדה וחלקי בלימה משומשים, שלעתים קרובות נשלחות למזבלות. צוות המחקר שאל שאלה פשוטה: האם שאריות כבדות ועשירות בברזל אלה יכולות להחליף חלק מהמלט בבטון ולהפוך בעיית פסולת למרכיב שימושי, במיוחד עבור מבנים הזקוקים להגנה מפני קרינה?

הרכבת תערובות מבחן מחומרי תעשייה

כדי לבדוק זאת, החוקרים הכינו שלוש עשרה תערובות בטון שונות. בכל תערובת, האבנים הגסות שבדרך כלל משמשות בבטון הוחלפו בשלהב פלדה, תוצר לוואי מתהליך פלדה. אחר כך, הם החליפו כמויות שונות של מלט בארבעה חומרים מבוססי פלדה: חומרי רפידה של בלמים מושחלים, סקלות ממטחנות גלגול, שבבי ברזל והמַטִּיט — צורת תחמוצת ברזל צפופה. כל תוסף נבדק בשלוש רמות, שהחליפו 10%, 20% או 30% מהמלט. הצוות מדד את נזילות התערובת הטרייה, את החוזק לאחר התקשות, וכמה טוב כל תערובת חוסמת קרינת גמא בשלוש אנרגיות אופייניות. כמו כן נעשה שימוש במיקרוסקופים חזקים כדי לבחון את פנים הבטון ולראות כיצד חלקיקים זעירים מסודרים.

Figure 1. פסולת ממפעל פלדה מומרת לבטון חזק ובטוח יותר המגן טוב יותר מפני קרינה מזיקה.
Figure 1. פסולת ממפעל פלדה מומרת לבטון חזק ובטוח יותר המגן טוב יותר מפני קרינה מזיקה.

בטון חזק יותר, צפוף ופחות נקבובי

התוצאות הראו כי ברוב המקרים החלפת חלק מהמלט בתוספים מבוססי פלדה חיזקה את הבטון. חוזקי לחיצה ומתיחה בגיל 28 יום עלו בדרך כלל בהשוואה לבטון רגיל עם אותה כמות מלט ושלהב, במיוחד כאשר השתמשו בהמטיט. תערובת עם 10% המטיט סיפקה אחד השילובים הטובים ביותר, עם שיפור בולט בשני סוגי החוזק. תמונות מיקרוסקופיות הסבירו מדוע: החלקיקים הכבדים והעדינים מילאו רווחים בין גרגירי המלט ועזרו ליצור מבנה פנימי צפוף ואחיד יותר. בהשוואה לתערובת הבקרה, דגימות המכילות פסולת פלדה הראו נקבוביות פחותה וקטנה יותר, כלומר החומר היה צפוף יותר ופחות רגיש לנקודות תורפה.

איך הבטון חוסם קרינה

כאשר קרני גמא עוברות דרך חומר, חלק מאנרגייתן נספגת או מתפזרת—תהליך המכונה החלשה. המדענים מדדו באיזו מהירות עוצמת הקרינה פוחתת כאשר היא עוברת דרך דיסקים מכל סוג תערובת. כל התערובות שכללו פסולת פלדה או המטיט הגנו טוב יותר לעומת בטון הבקרה, בזכות הצפיפות הגבוהה ותכולת הברזל. תערובות ההמטיט, שוב, הציגו את הערכים הגבוהים ביותר של החלשה. במונחים מעשיים, זה אומר שקיר עשוי מאותם בטונים כבדים ועשירים בברזל יכול להשיג רמת הגנה זהה בעובי קטן יותר מאשר קיר מבטון רגיל. כפי שניתן לצפות, קרני גמא באנרגיה גבוהה יותר היו קשות יותר לעצירה, אך התערובות המשופרות עדיין עברו את ביצועי התערובת הסטנדרטית בכל אנרגיה שנבדקה.

Figure 2. חלקיקי ברזל כבדים ממלאים את הנקבוביות בבטון, מה שיוצר מעטפת צפופה שמאפשרת פחות מעבר של קרני גמא.
Figure 2. חלקיקי ברזל כבדים ממלאים את הנקבוביות בבטון, מה שיוצר מעטפת צפופה שמאפשרת פחות מעבר של קרני גמא.

מה המשמעות עבור מבנים עתידיים

לקהל שאינו מומחה, המסקנה המרכזית היא ששימוש חכם בפסולת פלדה יכול להפוך את הבטון לחומר בנייה בר-קיימא ומגן יותר. על ידי החלפה חלקית של המלט באבקות עשירות בברזל שנבחרו בקפידה, המחקר מצא כי ניתן לשפר את חוזק הבטון, צפיפותו ויכולתו לחסום קרינה מזיקה, וכל זאת תוך הפחתת כמות הגרוטאות הנשלחת למזבלות. המחברים מצביעים על תערובת עם 10% המטיט כבטוחה במיוחד, אך מדגישים כי יש לבדוק עוד את עמידות לטווח הארוך, עלויות וביצועים בתנאים קשים לפני שאימוץ נרחב יתבצע באתרי בנייה ממשיים.

ציטוט: Mukhtar, S., Sallam, H.ED.M. & Elsadany, R.A. The effect of steel waste addition as a cement replacement on the mechanical and radiation shielding properties of sustainable concrete. Sci Rep 16, 15036 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51323-2

מילות מפתח: בטון בר קיימא, פסולת פלדה, הגנה מפני רדיואציה, המטיט, החלשת גמא