Skip to main content

לנסות בבית - יציקת בטון

יוצרים אבני מדרך לגינה

לקראת תערוכת בנושא חקלאות שתפתח בקיץ במוזיאון המדע, אנחנו מזמינים אתכם ליצור גינה בכניסה לבית או לשדרג את הגינה שלכם בבנייה של אבני מדרך. אבני המדרך יאפשרו לכם להגיע לערוגות הצמחים והפרחים בגינה. 

חומרים

  • תבניות אלומיניום חד פעמיות עגולות או מלבניות
  • מספר כוסות חד-פעמיות
  • כפפות חד-פעמיות
  • תבניות אלומיניום חד פעמיות או תבניות למשחק בחול
  • אבנים קטנות (חצץ או חלוקי נחל)
  • חול ים יבש
  • מלט
  • מים מזוקקים או מי ברז
  • מלח או מי-ים
  • כפית
  • קערה בינונית לערבוב החומרים
  • מסמר

 

מה עושים ואיך?

  1. ממלאים כוס חד-פעמית בחול ים ומעבירים את החול לקערה.
  2. ממלאים את הכוס בחצץ ושופכים אותו לקערה המכילה את חול הים.
  3. ממלאים חצי כוס במלט ומעבירים גם אותו לקערה.
  4. ממלאים חצי כוס מים (רצוי מזוקקים) ומוזגים לקערה.
  5. לובשים את הכפפות ולשים בעזרת הידיים את התערובת עד לקבלת מרקם אחיד, דמוי משחה.
    לישת התערובת
  6. ממלאים תבנית בתערובת שהתקבלה ומניחים לייבוש.
    יציקת התערובת
  7. חוזרים על התהליך, אך הפעם משתמשים בכוס מי-ים או במים המכילים כפית מי מלח מומסת.
  8. אפשר לחזור על כל התהליך, אבל לצקת את התערובת לתוך כפפה חד-פעמית.
  9. עוקבים אחרי ההתייבשות ע"י הטבעת עקבות שונות בבטון הטרי אחת לכמה דקות, או ע"י שריטה בעזרת מסמר. (מידת ההתנגדות לחריצת הבטון מעידה גם על חוזקו.)
    חריצת הבטון
  10. משווים בין זמני התייבשות היציקות ע"י מעקב אחרי צבע השכבה החיצונית.
  11. מנסים לשבור פינה כדי לבדוק את חוזק היציקות.
    הוצאה מהתבנית

איפוא כאן המדע?

הבטון הוא תערובת של מלט, מים, חול ואבנים קטנות. התערובת הזו מתחילה את חייה במפעל הבטון כנוזל צמיג, אבל רוב ימיה עוברים עליה כמוצק קשיח, דמוי אבן.

כל אחד ממרכיבי הבטון תורם את תרומתו למוצר הסופי, כמו גם תהליכים כימיים המתרחשים בתוך התערובת בין מרכיביה השונים. בבנייה משתמשים בדרך כלל בבטון מחוזק במוטות פלדה - זהו הבטון המזויין.

המלט הוא המרכיב הייחודי של הבטון, והוא עצמו תערובת כתושה עד דק של חמרים רבים. החשובים שבהם - מינרלים המורכבים מתחמוצות של צורן, אלומיניום וסידן. המלט בנוי גרגרים גרגרים. הגרגרים הקטנים נראים לעין, ויוצרים מרקם של אבקה. כל גרגר באבקת המלט מורכב מגבישים מיקרוסקופיים של המינרלים היוצרים אותו. המלט הוא הגורם המקשר בין האבנים הקטנות, מדביק אותן זו לזו, וממלא את החללים שביניהן. האבנים עצמן, מקנות לבטון את חוזקו.

מהו תפקידם של המים בתור המכלול הזה?
ובכן, המים - גורמים להקשרות ובעקבותיה התקשות. מי נקשר? מי מתקשה? ומה בכלל קורה שם?
המלט - נקשר.
הבטון - מתקשה.
והמים הם הגורמים לכך.
המלט פועל כדבק רק כאשר מוסיפים לו מים. רק אז הבטון יכול להתקשות. מים - גורמים להתקשות? לא נשמע משכנע. הרי בדרך כלל מים דווקא מרככים תערובות, מובילים למצב נוזלי יותר. זה דורש הסבר...

אז ככה:
הדבר נובע מהמבנה המיוחד של המלט ומהתהליכים המתרחשים בתוכו כאשר מוסיפים לו מים. כאשר מוסיפים למלט מים, גרגירי המלט מתחילים להירטב ולספוג אותם. המים נספגים במלט בדרך מיוחדת: מולקולות המים חודרות לתוך גרגירי האבקה ונכנסות לגבישים המיקרוסקופים המרכיבים אותם. הן הופכות לחלק בלתי נפרד מהמבנה הכימי של הגבישים. התהליך הזה שנקרא הידרציה, או בעברית "מיום", גורם לגרגרים לתפוח, להתקרב זה לזה, למלא את כל החלל שבין האבנים הקטנות (האגרגטים) ולבסוף להקשר זה לזה בקשרים כימיים. המלט מאבד בהדרגה את המרקם האבקתי שלו ובמקום האבקה מתקבל תווך צמיגי שנראה לעין כתווך רציף. התהליך הזה, שהוא למעשה תהליך כימי שנקרא הקשרות, מתחיל בשכבות החיצוניות של הבטון וחודר לאט לאט פנימה. עם התקדמות ההקשרות הכימית, שהמים הם האחראים לה, הבטון כולו הולך ומתקשה, הולך ומתקשח.

אבל זה לא כל הסיפור: במקביל לתהליך ההתקשרות וההתקשות מתחיל גם תהליך טבעי של התייבשות, ההתייבשות הזו מסוכנת... היא מאיימת על שלמות הבטון. כשהשכבות החיצוניות כבר יבשות והפנימיות עדין לחות, מתחילים לפעול בתוך החומר כוחות שנקראים מאמצים. המאמצים האלה אינם מורגשים אבל הם עשויים לגרום לסדיקת השכבה החיצונית. הסדקים הללו הם אימת כל יוצק בטון כי אפשר לדעת איפה הם מתחילים - אבל קשה לשער איפה ומתי יעצרו.

מה עושים? משקים, או מכסים. לא נותנים לבטון להתייבש. דואגים שהרטיבות תחדור היטב גם לשכבות הפנימיות וההתייבשות תהיה איטית ואחידה. לכן - אם אתם רואים בנאי העומד עם צינור ומשקה יציקת בטון חדשה, זה כדי למנוע היסדקות.
ואם אתם רואים גשר ענק עטוף ביריעות, גם זה מאותה סיבה.
לא ראיתם? משום שכיום מקובל לייצר את האלמנטים המרכיבים את הגשר במפעל לבנייה טרומית, ולהביא אותם לאתר הבנייה מוכנים להרכבה.

מה עוד?

  1. אפשר להכין תערובות שונות, בכל פעם עם אבנים בגודל שונה, ולבדוק את השפעת גודל גרגירי החצץ על החוזק, ע"י שבירת פינה.
  2. באותה דרך אפשר לבדוק את השפעת כמות המים על חוזק הבטון וזמן התקשותו.
  3. אפשר להכין בטון מזויין. לשם כך יוצרים רשת מתיילי ברזל (חוטי ברזל), מניחים אותה בתבנית ורק אז יוצקים את תערובת הבטון. הבטון יתייבש כשהרשת בתוכו.

בחזרה לרשימת הניסויים

נוצר בתאריך: 17/04/08
עודכן בתאריך: 29/03/16