השפעת חומרי קצף ביולוגיים וחקלאיים על פסולת בטון להכנת חומרים קרמיים נקבוביים

הפיכת בטון ישן לחומרים שימושיים חדשים

בעולם כולו הערים מתרחבות במהירות, ועם הגידול הזה מגיעה כמות הולכת וגדלה של בטון הרוס מבניינים שהורדו. רוב הפסולת הזו מסתיימת במטמנות, מבזבזת מקום ומשאבים טבעיים. המחקר הזה חוקר דרך יצירתית להפוך את אותו בטון לא רצוי לבלוקים קרמיים קלילים ונקבוביים שיכולים לסייע לשמור על חום או קרירות בבניינים, באמצעות חומרים יומיומיים כמו קמח, שמרים, שבבי עץ וקש חיטה כחלק מהתהליך.

מדוע נקבוביות וחורים יכולים להיות דבר טוב

החוקרים מתמקדים בסוג מיוחד של קרמיקה המלאה בנקבוביות זעירות. נקבוביות אלה יכולות להיות פתוחות ומחוברות, המאפשרות מעבר גזים ונוזלים, או יותר סגורות, כשלכודות אוויר בתוכן. חומרים כאלה מבוקשים לשימושים כמו פילטרים, מבערי גז ולוחות בידוד משום שהאוויר הלכוד או המנותב מאט את תעבורת החום ויכול לסנן חלקיקים. על ידי התחלה מבטון מגורען והוספת מרכיבים אורגניים פשוטים, הצוות שואף לבנות מבנה נקבובי בלי להסתמך על כימיקלים סינתטיים יקרים.

בישול עם פסולת בטון ומצרכים מהמטבח

להכנת החומרים הללו הקבוצה ייבשה והכתישה בטון ישן, ערבבה אותו עם חול, מים ועמילן תירס, ואז הוסיפה אחד ממספר סיועי קצף: קמח חיטה, שמרים, אבקת אפייה, שבבי עץ או קש חיטה. העמילן משמש גם כדבק וגם כמקור גז; בחימום הוא מתנפח, נשרף ויוצר חללים ריקים מאחוריו. סיועי הקצף הנוספים יוצרים גז נוסף או נשרפים במהלך האפייה, וכך חוצים נקבוביות נוספות. התערובת נערבבה לסלרי, הוחממה בעדינות כדי לאפשר לבועות לגדול ולהתייצב, ולאחר מכן נאפה ראשון ב־900 °C ולבסוף בטמפרטורות גבוהות יותר של 1200 °C, 1250 °C או 1300 °C כדי לקשות ולחזק את הבלוקים.

כיצד בחירת סיוע הקצף מעצבת את החומר

מבחנים הראו כי הטמפרטורה וסיוע הקצף יחדיו קובעים עד כמה צפופים, חזקים ומבודדים יהיו הקרמיקות המוגמרות. ככל שטמפרטורת האפייה עלתה, הנקבוביות נטו להתכווץ או להיסגר חלקית, כך שרוב הדגימות הפכו לפחות נקבוביות אך צפופות וחזקות יותר. קמח ושמרים יצרו חומרים בעלי נקבוביות גבוהה מאוד, כאשר דגימות מבוססות קמח הגיעו לנקבוביות העולה על חצי מנפחן ועדיין יצרו רשת מוצקה של נקבוביות מחוברות. שבבי עץ וקש, המכילים חלקיקים גדולים יותר, הובילו לנקבוביות גדולות ולא אחידות יותר אך שמרו על נקבוביות כוללת גבוהה. לעומת זאת, אבקת אפייה יצרה נקבוביות יחסית קטנות ובטמפרטורה הגבוהה ביותר עודדה שלבים זכוכיתיים שהקטינו את הנקבוביות יותר מאשר בדגימות אחרות.

איזון בין חוזק, קלילות וזרימת חום

המבחנים המכנית והתרמיים מדגישים פשרות חשובות. לדגימות עם יותר נקבוביות בדרך כלל היה כוח כתישה נמוך יותר, אך גם גודל וצורת הנקבוביות השפיעו במידה ניכרת. קרמיקות מבוססות שבבי עץ בלטו בחוזקן, והגיעו ליותר מ־5 מגה-פסקלים ב־1300 °C תוך שמירה על כ־38 אחוז מנפחן כנקבוביות. קרמיקות מבוססות קמח הציעו חוזק מעט נמוך יותר אך נקבוביות טובה במיוחד והעברת חום הנמוכה ביותר שנמדדה, מה שהופך אותן למבטיחות לבידוד. מדידות של העברת חום והולכת חום הראו שכל התוספים האורגניים הקטינו את זרימת החום יחסית לדוגמה מבוססת בטון פשוטה, כאשר קמח, שמרים ושבבי עץ הופיעו כהמשפרים הטבעיים הטובים ביותר לבידוד.

מפירוק מבנים לבידוד ומסננים עתידיים

בסך הכל, המחקר מראה שניתן להפוך בטון שבור לקרמיקה נקבובית שימושית באמצעות תופעות לוואי חקלאיות וביולוגיות נפוצות במקום כימיקלים תעשייתיים יקרים. על ידי כוונון טמפרטורת האפייה וסוג סיוע הקצף, ניתן לכוון את האיזון בין חוזק, משקל ובידוד. החומרים המתקבלים עשויים לשמש במבערי גז, יחידות סינון וציפויים עמידי חום, ובו בזמן להפחית פסולת במטמנות וביקוש למינרלים חדשים. עבור קוראים שאינם מומחים, המסר המרכזי הוא שמרכיבים יומיומיים כמו קמח, שמרים ושבבי עץ יכולים לעזור להפוך פסולת בניין לחומרי בנייה חכמים ובני-קיימא יותר.

ציטוט: Khattab, R.M., Abo-Almaged, H.H., Ali, .M. et al. Effect of biological and agricultural foaming agents on concrete waste for the preparation of porous ceramic materials. Sci Rep 16, 15463 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52176-5

מילות מפתח: קרמיקה נקבובית, מיחזור בטון, בידוד תרמי, שרידי עץ וקש, חומרי קצף