צפו בטון מתפוצץ כשמדענים בודקים תופעה מוזרה

עובדה מעט ידועה: בטון יכול להתפוצץ. ועכשיו מדענים יודעים מדוע.

במחקר חדש, חוקרים מאמפא, המעבדות הפדראליות השוויצריות למדע וטכנולוגיה של חומרים, חיממו בטון עד 600 מעלות צלזיוס (1,112 מעלות פרנהייט) וצפו בו כקובום. החוקרים מצאו כי הסיבה לפיצוצים הייתה האופן שבו כמויות רטיבות קטנטנות שננעלו בתוך הבטון התאדו ונעות כשהן מחוממות.

התפוצצות בטון יכולה להיות תוצאה מסוכנת במיוחד של שריפות המשפיעות על גשרים או מנהרות, על פי הצהרה. במרץ 2017 קרס חלקית גשר בכביש המהיר 85 באטלנטה לאחר ששריפה ביחידת אחסון מתחת לגשר פגעה בבטון ובפלדה של המבנה. בשנת 2003, שריפה גרמה להתמוטטות מבנה מבטון מזוין בהנגיאנג, סין, והאירוע נהרגו 20 כבאים.

בום הולך

בטון, בצורתו הפשוטה ביותר, עשוי מלט, חול ומים. אך פרויקטים של בנייה מרכזיים כמו גשרים, מנהרות וגורדי שחקים משתמשים בבטונות בעלות ביצועים גבוהים, שיש בהם מרכיבים נוספים או משתמשים בשיטות ייבוש מיוחדות כדי לשפר את עמידותם וחוזקם.

אך מחממים אותם ליותר מ- 392 F (200 C), ובטון בעל ביצועים גבוהים הופך לפגיע. הם יכולים אפילו להתפוצץ, ולשלוח נתחי בטון שנורו מהגוש הראשי.

כדי לברר מדוע, חוקרי אמפה הצטרפו למדענים מאוניברסיטת גרנובל בצרפת ומכון לה-לנגווין בגרנובל כדי לראות את הבטון מתחמם. החוקרים עקבו אחר פנים הבטון המחומם בזמן אמת באמצעות טומוגרפיה נויטרונית, הנשענת על קליטת הנויטרונים ליצירת תמונת תלת מימד.

תחת לחץ

התמונות חשפו כי בטון בעל ביצועים גבוהים מתפוצץ בגלל אותם תכונות המחזקות אותו: יש לו מעט מאוד נקבוביות, ונקבוביות אלה קטנטנות. כשהם מחוממים, מים שנכלאים בבטון מתרחקים ממקור החום ומאדים. מכיוון שהבטון כה צפוף ובלתי חדיר, המים והאדים נתקעים. ללא שום דרך לפרוק את הצטברות הלחץ, חלקים מהבלוק מתפוצצים.

גם כאשר מוסר מקור החום, מצאו החוקרים, הפיצוצים עדיין יכולים להתרחש עד ליפול הלחץ הפנימי. באחד הניסויים, נתח בטון טס לעבר ציוד ההקלטה של ​​המדענים לאחר כיבוי החום והפיל טיימר תמים.

התוצאות צריכות לעזור למדענים להבין כיצד הלחות נעה במהלך שריפות קטסטרופליות, כך כתבו החוקרים בשנה שעברה בכתב העת Cement and Concrete Research.