יום שבת, 23 במרץ 2013

מה הקשר בין פיתום ורעמסס לחזית הטכנולוגיה בחומרים מרוכבים?


מאמר לכבוד חג הפסח

לחומרים שונים תכונות שונות. בחומרים מרוכבים משלבים מספר חומרים יחד כדי להשיג תכונות העולות על אילו של כל חומר בנפרד. בימי הפרעונים מבנים פשוטים היו נבנים מלבני בוץ. לבוץ יש כמה יתרונות כחומר בניה: זול מאוד, נוח לעיצוב, ואינו דורש אנרגיה רבה ליצור לבנים. עם-זאת, לבוץ יש גם כמה חסרונות, כך שלא מפתיע שהיום השימוש בבוץ לבניה אינו רווח. חוזקן של לבני הבוץ מוגבל, הן אינן עמידות במים, החוזק שלהן הוא כמעט רק בלחיצה, וכשמיבשים את הבוץ הוא נסדק.
במצריים העתיקה, עלו היתרונות של שימוש בבוץ על החסרונות. זול, לא יורד גשם, בונים נמוך, ומה עם התכווצות וחוזק מתיכה נמוך? את זה פתרו על-ידי שריון הבוץ בתבן (קש). גם חומר הבניה המודרני הנפוץ ביותר, בטון, למרות חוזקו בלחיצה, חלש מאוד במתיחה. כדי להתגבר על החולשה במתיחה משריינים את הבטון במוטות פלדה.
על ידי שימוש בסיבים אפשר לשפר תכונות חומרים, לדוגמה פולימרים משוריינים בסיבי זכוכית (פיבר-גלס) חזקים יותר מפלסטיק רגיל. ניתן לשריין חומרים קרמים כדי למנוע כשל פריך, לדוגמה במערכות מיגון. אפשר לשריין בטונים בסיבים כדי לשלוט על גודל הסדק המקסימלי, לדוגמה כדי לצקת רצפות גדולות ללא תפרים.
בעבר הרחוק השתמשו בקש ובשיער כסיבים לשריון, בעבר הקרוב בסיבי פלדה, פלסטיק, וזכוכית, ובעתיד? מגוון הסיבים הזמינים לשריון הולך וגדל, והיום ניתן ליצור חומרים מרוכבים חדשים על-ידי שימוש בסיבים שלא היו קיימים בעבר. סיבי פחמן, וסיבי ארמיד נכנסים ליותר ויותר שימושים. תכונות חומרים מרוכבים עם ננו-סיבים כבר נבדקות באוניברסיטאות רבות. הטכנולוגיה מתקדמת, ואותם עקרונות ששמשו לפני אלפי שנים משמשים גם היום.

יום ראשון, 17 במרץ 2013

מה זה בטון?

משאלות ששואלים אותי למדתי שהרבה אנשים לא מבינים בעצם מה זה בטון. לכן החלטתי לכתוב מאמר קצר שמתמקד בבטון המודרני.

ככלל, בטון הוא תערובת של חומרי מילוי ודבק. חומרי המילוי נקראים אגרגטים, ובשפת היום-יום פשוט – חצץ וחול. הדבק הוא תערובת של אבקה ומים. לאבקה קוראים צמנט. לתערובת של האבקה עם המים קוראים מלט.
מה ההבדל בין בטון לבין עוגת בוץ של ילדים? כשמשתמשים בבוץ כדבק, הוא צריך להתיבש כדי להתחזק. אנשים שזוכרים את משחקי הילדות בבוץ מקשרים בין ההתיבשות להתחזקות, ולכן חושבים שהבטון צריך להתיבש. ההבדל בין בוץ לבטון הוא שהאבקה שמרטיבים, הצמנט, מגיבה כימית עם המים ויוצרת חומר חדש. החומר החדש שנוצר הוא הדבק. לכן, כדי שהבטון יתחזק, צריך להשאיר אותו רטוב. כל עוד הבטון רטוב, התגובה הכימית ממשיכה, והבטון מתחזק. התקן הישראלי דורש להשאיר את הבטון רטוב במשך שבוע מיום היציקה. להרטבה של הבטון קוראים אשפרה. ברגע שהבטון מתייבש, התגובה הכימית נפסקת ואיתה גם התחזקות הבטון.
מה עוד שונה בין בטון לעוגת בוץ? החוזק. חוזק בטונים רגילים בארץ הוא 30 או 40 מגה-פסקל (מגפ"ס). אם תדמיינו קוביה של 10 ס"מ על 10 ס"מ, המשמעות של החוזק הזה היא שניתן להעמיס על הקוביה כ- 30-40 מכוניות פרטיות בטרם הקוביה תקרוס. יש גם בטונים חזקים מאוד. בטונים חזקים שמיוצרים היום בארץ הם בחוזק של 60 מגפ"ס, אך ניתן ליצר גם בטונים בחוזק של 100 מגפ"ס, ובתנאים תעשייתיים אפשר להגיע אפילו ל- 200 מגפ"ס. בטונים מיוחדים אחרים הם בעלי חוזק נמוך מבוקר. כלומר החוזק שלהם דומה לבוץ היבש, אבל לא צריך ליבש אותם כדי שיתחזקו. בטונים כאלו משמשים כחומרי מילוי, ללא צורך בציפוף ע"י מכבש.
בפוסט הבא אכתוב עוד על הדומה והשונה בין בטון ובוץ, ולמה זה חשוב כדי למנוע סדקים

יום שלישי, 5 במרץ 2013

בטון ירוק לדרך בטוחה

שימוש בגומי ממחזור צמיגים ליצור בטון למעקי הפרדה שתי ציפורים במכה אחת. פתרון לבעיה סביבתית ופתרון לבעיה תחבורתית


במדינת ישראל יוצאים משימוש כ- 60 אלף טון צמיגים בשנה, כמות פסולת אדירה. החוק דורש מחזור מלא של הצמיגים. הבעיה היא שאין היום שימוש לכמות כזו גדולה של גומי. שימושים קיימים, כגון ריפוד של מגרשי משחקים, צורכים רק כמות זניחה מפסולת הגומי המיוצרת. שימוש בגומי בבטון יכול לצרוך בקלות את כל פסולת הגומי המיוצרת בארץ. בטון שמכיל גומי הוא בעל יכולת בליעת אנרגיה גדולה יותר מבטון רגיל. לכן שימוש בבטון עם גומי במעקי בטיחות בכבישים הופך את הדרכים גם לבטוחות יותר.
במחקרים שנעשו בעולם נמצא כי אף-על-פי שבטון המכיל גומי הוא חלש יותר מבטון רגיל, הוא יכול לבלוע יותר אנרגיה במקרה של התנגשות, וזאת מבלי להתפרק לרסיסים. כאשר מכונית מתנגשת במעקה מבטון כזה, המעקה מתעוות, ועוצמת המכה אותה סופג הרכב יכולה לרדת לכדי מחצית עוצמת המכה שבהתנגשות בבטון רגיל. בצורה זו ניתן להפוך את הדרך לסלחנית יותר כלפי נהגים הנקלעים למצב של תאונה.
לבטון המכיל גומי יש מספר יתרונות נוספים על-פני חומרים אחרים המשמשים לבניית מעקי בטיחות: הבטון זול משמעותית יחסית לפלדה, הוא מחזיק עשרות שנים ללא צורך בהחלפה, גנבי מתכת לא גונבים אותו, והוא מפחית את הרעש מהכביש.
לבטון גומי יש שימושים נוספים, לדוגמה: בטון בעל חוזק נמוך מבוקר, שמשמש למילוי מהיר של חפירות בעבודות תשתית. יסוד או מצע סופג זעזועים למכונות או מתקנים רגישים. בטון אקוסטי לצדי דרכים, מבני ציבור ואולמות. ואפילו בטון דקורטיבי.
למרות שהוא חומר אפרורי, בטון הוא לא חומר מרובע. ניתן להשתמש בו לקליטת חומרים למחזור. אפשר להנדס אותו למגוון שימושים. והוא יכול לתת פתרונות זולים ועמידים גם לבעיות יקרות ומורכבות. בטון זה יותר ממה שחשבת.