יריעת פתיחה: על השימוש ביריעות פחמן בענף הבנייה

מה המשותף לבואינג 787, מכוניות המרוץ של פורמולה 1 וטילים של נאס"א? התשובה אולי תפתיע אתכם - בכולם נעשה שימוש בסיבי פחמן, בשל חוזקם הרב ומשקלם הנמוך. ובשנים האחרונות נכנסו יריעות סיבי פחמן גם לענף הבנייה. 

הביקוש לחומרים מרוכבים ובמיוחד ליריעות סיבי פחמן, נמצא בעלייה מתמדת. אם עד שנת 2008 שלטו תעשיות הרכב והתעופה בשימוש בחומרים מרוכבים, בשנים האחרונות ענף הבנייה הולך ותופס את הבכורה. למעשה, לפי מחקר שפורסם בשנת 2017 ב-Journal of Material Sciences & Engineering, ענף הבנייה אחראי ל-33% מהשימוש בחומרים מרוכבים, אחוז זהה לזה של תעשיית התחבורה. בתוך עולם החומרים המורכבים, יריעות סיבי פחמן נחשבות לחומר המתקדם ביותר בשימוש, כשבשנת 2017 הביקוש העולמי ליריעות סיבי פחמן עמד על 84,000 טון. הביקוש הזה צפוי לעלות ביותר מ-10% לשנה בחמש השנים הקרובות.

חיזוק לוחד"ים באמצעות למינטים

עמידות גדולה במתיחה

בתחום ההנדסה המבנית, יריעות העשויות מסיבי פחמן משמשות לחיזוק מבנים באמצעות השלמת חוסרי ברזל, לתוספת עומסים או לתיקון כשלים, לחיזוק ולשיקום גשרים, לחיזוק מבנים מפני רעידות אדמה וכן לצורך חיזוק מקומי בשל ביצוע שינויים אדריכליים.

ואם כבר חומרים, קראו את המאמר על כשלים בציפוי אפוקסי בחניונים, כאן >> 

מה הופך את יריעות הפחמן ליעילות כל כך בחיזוק מבנים? ראשית, יריעת פחמן היא קלת משקל, גמישה ובעלת עמידות גדולה מאין כמותה במתיחה. המבנה המולקולרי של יריעת הפחמן ואופן האריגה שלה מאפשרים לה להוות תחליף יעיל ופשוט לכמויות גדולות של ברזל וליישום גם במקומות צרים שבהם הנגישות מוגבלת. נוסף על כך, יריעת הפחמן היא דקת עובי – עד שני מ"מ בלבד, כולל חומר ההדבקה. התוצאה היא ששימוש ביריעות פחמן כמעט שאינו מגדיל את עובי התקרה או העמודים ואינו משנה את חללי המבנה. הוא גם אינו דורש שימוש בכלים כבדים, קידוח, ניסור או יציקה. 

חיזוק גשר מסילת רכבת באמצעות יריעות סיבי פחמן

כאן בא לידי ביטוי יתרון נוסף של בחירה בפתרון של יריעות פחמן: מכיוון שהיישום אינו דורש שימוש בכלים כבדים ובהרבה חומרים, עבודת חיזוק מתבצעת ללא פינוי המבנה או השבתתו מפעילות שוטפת. כך, למשל, כשנדרש חיזוק גשר של רכבת ישראל, השימוש ביריעות הפחמן לחיזוק הגשר איפשר לרכבת להמשיך בנסיעותיה תוך כדי עבודה רציפה. השימוש ביריעות הפחמן אף איפשר לבצע את חיזוק הגשר בלוח זמנים קצר מאוד.

תחליף לחיזוקי ברזל ובטון

השימוש ביריעות נחשב ליעיל במגוון רחב של יישומים בתעשיית הבנייה, כתחליף לחיזוק מגושם בברזל או בבטון. לעתים, במקרה של חוסרים בברזל, כתוצאה מכשל שמקורו בתכנון או בביצוע לקויים, נעשה שימוש בכמות קטנה מדי של ברזל בתקרות המבנה, בעמודים שלו או בקורותיו. חוסרי ברזל אלה גורמים להחלשת הבטון ולכך שהמבנה אינו בנוי לעמוד בעומסים הפועלים עליו. יריעות פחמן הן פתרון מתבקש לבעיה של חוסרי ברזל במבנה. גם במקרים שבהם נגרמת שחיקה עקב קורוזיה, תחזוקה לקויה או בשל חלוף הזמן, הבטון והברזל עלולים להיחלש ולגרום לכך שהמבנה אינו עומד עוד בעומסים שעבורם תוכנן מלכתחילה. בעזרת יריעות פחמן אפשר לתקן מגוון רחב של כשלים קונסטרוקטיביים במבנה באופן פשוט ומהיר, ולעיתים אפשר אף להחזיר את התקרה למצבה טרם התפתחות הכשל.

עמוד שחוזק ביריעות פחמן

במקרים רבים נדרשת הגדלת עמידות המבנה בעומסים כבדים יותר מאשר אליהם תוכנן מלכתחילה. זה יכול לקרות בעקבות צורך בהוספת מכונות כבדות או מכונות המייצרות ויברציה תמידית על המבנה, או במקרה של שינוי ייעוד של מבנה משרדים לתעשייה או למסחר. יריעות פחמן, כשהן מיושמות באופן נכון ובהתאם לצרכים ולמגבלות, מאפשרות הגדלת עומסים מקומית או בכל שטחי המבנה, והתאמתו לאופי הפעילות הנדרש. השימוש ביריעות פחמן במקרים אלה מאפשר מרחב תמרון ותכנון גדול יותר בהתאמת חוזק המבנה לאופי הפעילות הנדרש. גם במקרים שבהם מתבצעים שינויי אדריכלות, היכרות טובה עם יריעות הפחמן ושימוש נכון בהן מאפשרים גמישות תכנונית רבה יותר לאדריכלים, מהנדסים ומעצבי פנים. במקרים רבים מוגבלים האדריכלים או המעצבים בתכנון שלהם עקב קיר או עמוד תומך. שימוש חכם ביריעות פחמן יכול לאפשר במקרים רבים שינויים באלמנטים קונסטרוקטיביים במבנה קיים, כמו הסרת עמוד תומך או קורה במבנה ליצירת חלל פתוח, ניסור פתחים בתקרה ועוד.

מתיחה - והדבקה

שימוש ביריעות פחמן לחיזוק מבנים מצריך יישום מדויק ומקצועי. ההבנה של כמויות החומר הנדרשות, אופן המתיחה בכל נקודה והדיוק בהדבקה בפועל, הכרחיים לביצוע יעיל. העיקרון העומד בבסיס השימוש ביריעות סיבי פחמן הוא מתיחה מדויקת של יריעת הפחמן והדבקתה באופן מקצועי. בניגוד לביצוע של עבודות חיזוק אחרות, שבהן ביצוע לקוי משמעו בדרך כלל נזק חלקי, הרי שיישום לא מדויק של פתרון יריעות הפחמן יכול להיתרגם כך שהחיזוק לא בוצע כלל. 
במילים אחרות, בפנינו שני קצוות: מתיחה מדויקת של יריעות פחמן תעניק חיזוק מעולה, אך מתיחה לא מדויקת – לא תעניק חיזוק כלל. אפשר לומר שיריעות פחמן הן פתרון חיזוק מתקדם ויעיל בהרבה בהשוואה לפתרונות החלופיים, אך רק כשהביצוע מדויק. 

המאמר נכתב על ידי שרון אלבז מ"בנין הארץ".