שימושים ענף הבניה

אפר מרחף בבטון

השימוש באפר פחם מרחף כמוסף מינרלי לצמנט ולבטון נפוץ בעולם זה שנים רבות ומידע על כך מופיע בפרסומים מקצועיים רבים, בתוכם גם מחקרים שהתבצעו במכון הלאומי לחקר הבנייה בטכניון מאז תחילת שנות השמונים אשר חלקם נמשכים גם בעצם ימים אלה (להלן בדף זה) וסיכומיהם שמורים בספריית מנהלת אפר פחם. הכנסת אפר פחם מרחף בתערובות הבטון מחליפה חול ביחס של 1.15 - 1.25 : 1, חול : אפר (יחס ההמרה נובע מההבדל במשקלים המרחביים של החומרים) ומאפשרת גם חיסכון של 10% - 20% מהצמנט. זאת בנוסף להחלפת הקלינקר (חומר הגלם בייצור צמנט) בשיעור עד 10% בצמנט עצמו. חיסכון גדול יותר בצמנט מותנה באיכות טובה של אפר במונחי שארית פחמן לא שרוף, גודל גרגר ואחידות.

לבטון המכיל אפר פחם מרחף תכונות מיוחדות המחייבות התנסות ומיומנות להשגת התוצאות הטובות ביותר. בין השאר יכול האפר להשפיע על התכונות הבאות:
  • שיפור העבידות הבטון הטרי,
  • הקטנת תצרוכת מים,
  • הגדלת לכידות הבטון,
  • הקטנת חדירות,
  • שיפור עמידות בפני סולפטים,
  • הגדלת חוזק בגילים מאוחרים,
  • הקטנת טמפרטורה מרבית בבטון רב נפח (חום הידרציה),
  • שיפור פני המוצר.
  • לעומת זאת, האפר גורם להאטת התפתחות החוזק בגילים צעירים. הוא עלול לעכב פירוק טפסות והוא מחייב הקפדה על האשפרה התקנית.
ניצול יעיל של האפר המרחף כמוסף לבטון מותנה באיכותו ובאחידותו. מחקר שהתבצע במכון הלאומי לחקר הבנייה בטכניון ע"י פרופ' ארנון בנטור וחובריו בשנים 2001 עד 2008 בחן את אפשרות החלפת צמנט מסוג CEM II (מעורב עם אפר) באפר הפחם בתלות בטיב האשפרה ובשארית הפחמן הלא שרוף (L.O.I - Loss On Ignition) ביחס החלפה המבטא את תרומת האפר לחוזק וקיים (משך חיי שרות) הבטון בהגנה מפני תהליכי בלייה הנגרמים מחשיפתו לסביבה: קרבונציה (חדירת פחמן דו חמצני) הפוגעת בהגנה שמעניק הבטון לפלדה בפני קורוזיה, וחדירת כלורידים (בעיקר בסביבה ימית) הגורמת לתקיפת הפלדה ולקורוזיה של ברזל הזיון. מממצאי שלב א' של המחקר (2003) נגזרו המלצות לשינויים בתקינת הבטון, מהן עולה כי מיצוי תרומת האפר על חשבון הצמנט לבטון תלוי במידה רבה באשפרה (ובמידה פחותה יותר ב- LOI), היות והריאקציה הפוצולנית באפר הפחם מאופיינת בתגובה איטית יחסית הבאה לידי ביטוי בתרומה להתחזקות הבטון בגילאים מאוחרים.

לא ניתן לאמוד את יעילות השימוש באפר בבטון על סמך מדד איכות יחיד, קרי האקטיביות הפוצולנית (היחס בין חוזק לחיצה של תערובת חול-צמנט לבין תערובת שבה 25% מהצמנט הוחלף באפר מרחף), אלא להסתמך על גורמים נוספים כגון:
  • שינויים באיכות הצמנט, כפי שעולה מממצאי מחקר המשך (2008), שהראו הפחתה ביעילות האפר בבטון יחסית לשלב א' וזאת למרות מדד אקטיביות פוצולנית גבוה יותר באפר במחקר ההמשך,
  • שינויים בפרמטרים של האפר והצמנט המשפיעים על יכולת השפעול (התנעת תהליכי הידרציה) של האפר את הצמנט, בהם פילוג חלקיקים.
  • לפיכך יש צורך באפיון ישיר של ההתנהגות בבטון, זאת לאורממצאי מחקר (2014) של פרופ' בנטור וד"ר עמית קני מהטכניון שבחן את השפעת איכות הצמנט על תפקוד האפר בבטון.

    בשנים האחרונות אנו עדים להפחתה מתמשכת בכמויות אפר הפחם המיוצרות בישראל, זאת לאור הקטנת התלות בפחם. בתנאים הקיימים יש יתרון בניצול האפר לשימושים בהם הערך המוסף שלו הוא הגבוה ביותר. שימוש אפשרי נבחן במסגרת מחקר של פרופ' ארנון בנטור ופבל לריאנובסקי מהטכניון המתבצע מאז 2016 לניצול היתרונות לשימוש באפר לייצור בטונים בעלי קיים משופר דוגמת מבני תשתית הנדרשים לעמוד בתנאי סביבה קשים למשך פרקי זמן ארוכים מעבר ל- 50 שנה. בשלב זה הוכנו הנחיות ראשוניות לתכן הבטונים במטרה לגבש בהמשך אומדנים טכנולוגיים-כלכליים המבוססים על חיסכון בצמנט או חיסכון שמקורו בהארכת חיי שרות המבנה.

    השימוש באפר פחם כמחליף חלקי של צמנט וחול בתערובות הבטון ומוצרי הבנייה תורם גם מבחינה סביבתית לפיתוח בר קיימא בהחלפת חומרי גלם שכרייתם פוגעת בסביבה, בהחלפת חול המצוי היום במחסור, בהפחתת פליטות מזהמים לאויר הכרוכות בייצור חומרי הגלם המוחלפים (לדוגמה: כל טון צמנט נחסך, המוחלף ע"י אפר פחם, מונע פליטת כ- 0.8 - 1.0 טון פחמן דו חמצני לסביבה) ובחסכון במטבע זר על האנרגיה הנדרשת לייצור חומרי הגלם המוחלפים.
    יתר על כן הערך הכלכלי למשק הנובע מניצול האפר בצמנט ובבטון במגבלות שנקבעו בתקן מסתכם בכ- 42 מיליון $ בשנה בהחלפת חומרי גלם כאמור ועוד כ- 26 מיליון $ בשנה כנגד ההימנעות מעלות סילוקו באתר הטמנה, ובסה"כ כ- 70 מיליון $ בשנה ברמת הניצול הנוכחית.

    השימוש באפר פחם כמוסף לבטון מוכר ע"י המשרד להגנת הסביבה כפעולה התורמת לסביבה והוא מבוסס על התקנים הישראלים - ת.י. 1209 (תקן לאפר מרחף כמוסף לבטון, גיליון דצמבר 2016), ת.י. 466 (חוקת הבטון), ת.י. 118 (דרישות, ייצור, תפקוד ותואמות) וכן ת.י. 5098 (תקן תכולת יסודות רדיואקטיביים במוצרי בנייה) ותנאים ייחודיים שנקבעו ע"י המשרד להגנת הסביבה. מנהלת אפר הפחם עורכת מדי שנה בדיקות אפיון לאפר מרחף ממקורות פחם עיקריים לאותה שנה, הנעשות בהתאם לדרישות ת.י. 1209. לעיון בממצאי הבדיקות עד כה.
    במקביל נערכות בדיקות אפיון של תערובות בטון כתלות במקור אפר הפחם במטרה לסייע ליצרני הבטון בניצול מיטבי של האפר למשל על ידי השוואת תכונות התערובות הללו לדרישות מפרט הבטון המסוים בתלות במקור האפר. לעיון בממצאי בדיקות תערובות הבטון עד כה.

    החל משנת 2017 הבקרה על איכות האפר המרחף כמוסף לבטון כוללת גם בדיקה שגרתית של ריכוזי אמוניה (NH3) באפר היוצא מתחנת הכח, עם תחילת הפעלת טכנולוגיית SCR (Selective Catalytic Reduction) בתחנה שעיקרה שימוש באמוניה בגזי הפליטה להפחתת ריכוז תחמוצות החנקן בכדי להבטיח עמידה במגבלת ריכוזן באוויר על פי דרישת הגנת הסביבה.

    הבקרה על ריכוזי אמוניה באפר נדרשת בשל חשיפה אפשרית של עובדים לגז אמוניה המשתחרר מהאפר המוסף לבטון בעת הכנתו, המאופיין בריח לא נעים ועלול לגרום לאי נוחות לעובדים ואף לחרוג מהסף הגיהותי-תעסוקתי (בעיקר ביציקה בחללים סגורים). מחקר של פרופ' ארנון בנטור ופבל לריאנובסקי בא להעריך חשיפה זו. למטרה זו בוצע ניטור גז אמוניה בסדרת ניסויים (I, II, III) במעבדת הטכניון ובשטח (בהשתתפות המעבדה לבריאות וגיהות תעסוקתית). מסקנות המחקר שימשו לגיבוש הנחיות לבקרה השוטפת בתחנת הכח של אמוניה באפר המסופק לייצור בטון, המבטיחה שלא יסופק אפר המכיל אמוניה בריכוז העלול לגרום לחריגה מהסף הגיהותי לחומר באויר.

    התקן הרגולטורי-גיהותי בישראל לריכוז אמוניה באוויר הוא 25 חל"מ (חלקיקים למיליון) על בסיס משקלי או 18 מ"ג/מ"ק על בסיס נפחי (TLV). רמת הפעולה מעליה נדרש המעסיק לנקוט באמצעי הגנה על העובדים היא מחצית ערכים אלה, כלומר 12.5 חל"מ או 9 מ"ג/מ"ק באוויר. כדי להבטיח עמידה בתקן נשקל להוסיף ערך בקרה לאמוניה באפר המבוסס על הערכים המקובלים בהולנד לאפר בתחנת הכח שהם 75 חל"מ כגבול עליון ו- 50 חל"מ כיעד תפעולי, מחמירים יותר מהסף המקובל בעולם של 100 חל"מ שהומלץ בזמנו באפר המנוצל בבטון. הערכים המתקבלים עד כה באפר הישראלי הם הרבה יותר נמוכים, כמוצג בגרף להלן:



    אפר תחתית בבלוקים

    אפר פחם תחתית (מנופה למקטע דק) משמש ברחבי העולם ובעשור האחרון גם בישראל (אלפי טון מדי שנה) כמחליף חול בייצור בלוקים ומוצרי בנייה מסוגים שונים. למשקלו הנמוך של האפר יחסית לחול הטבעי יתרון הן בנוחיות הבנייה ובעלויותיה והן בתרומה לכושר הבידוד של קירות המבנה.
    המנהלת עורכת מדי שנה בדיקות אפיון לאפר תחתית דק (קטן מ- 4.75 מ"מ) המיוצר ומנופה בתחנת הכח רוטנברג על פי תכנית בדיקות. לעיון בממצאי הבדיקות עד כה.



    תיאור מפורט של אפשרויות השימוש באפר פחם במוצרי בנייה למיניהם מצוי במדריך שימושי אפר פחם בבנייה בעריכת אינג' גדעון אירוס ובהנחיה מקצועית של פרופ' דן רבינא, יוני 2007.

    המעוניינים להשתמש באפר פחם בבנייה מוזמנים לעיין במדריך ללקוח בענף הבנייה.

    לגלריית תמונות בענף הבניה לחץ כאן