תהליך בחירת אבן טבעית לחיפוי קיר חוץ
המאמר מציג את המשתנים שיש להתחשב בהם בבחירת אבן טבעית לחיפוי חוץ, את התקנים המשמשים להערכת איכות האבן, את התקינה החדשה בנושא עמידות האבן בבלייה, את הגורמים לבלייה טבעית (ובהם קרינה, לחות, מלחים).
מבוא
בחירת אבן טבעית לחיפוי קיר חוץ היא פעולה מורכבת שעלולה או עשויה להוביל לכישלון או להצלחה של הפרויקט. בחירה של האבן כוללת ניתוח של מספר פרמטרים המצביעים על שימוש אפשרי של אבן זו או אחרת בהתאם למפרט אדריכלית.
להלן תרשים לשלבים הנדרשים לבחירה מקצועית של האבן כאשר הנקודה התחלתית היא הנתונים האסתטיים.
I - כללי
האבנים הטבעיות הן עיבוד של סלעים המהווים את חומר הבנייה הבסיסי של קרום כדור הארץ
וחומר בנייה בשימוש האדם.
האבנים מורכבות מכמה סוגי מינרלים או ממינרל בודד. מינרלים אלה הם המקנים לסלעים את
התכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם.
קיימים שלושה סוגי סלע:
- סלעים מגמתיים
- סלעי משקע (סדימנטרים)
- סלעים מותמרים (מטמורפיים)
בתקופתנו, מהווה האבן הטבעית מרכיב נפוץ ביותר בשוק הבנייה בתחום של חיפוי מבנים.
חיפוי קירות בבניינים ע"י אבן טבעית נפוץ בארץ, משום היותה חומר טבעי בעל קיים ממושך
ובשל הגימור האסתטי- המועדף לעיתים קרובות ע"י מתכננים.
בשל כך, סביר להניח שהנטייה להעדיף את האבן הטבעית תקבל תאוצה עם השנים, הן בשל דרישת הרשויות והן בשל צורכי היזמים.
לאבן טבעית, בשל היותה חומר שמקורו מן הטבע, כמה חסרונות:
- היא אינה הומוגנית
- היא חשופה לשינויים בתכונותיה המכניות והפיזיקליות המתבטאים בשינוי חוזק, ספיגות
מים ומראה.
החסרונות הנ"ל עלולים לגרום למקרי כשל, כגון:
- התנתקות אבן החיפוי מהקירות
- בליית האבן כתוצאה מהשפעה אקלימית או תקיפת חומרים כימיים
- שינוי במראה, ועוד...
מניעת כשלים במערכות חיפוי האבן טבעית תיתכן:
1. ע"י קבלת ממצאים מדויקים יותר על תכונות האבן בנוסף לבדיקות הפשוטות המקובלות,
כמו חוזק, ספיגות מים ומשקל מרחבי. בדיקות נוספות אמורות לתת אינדיקציה טובה לתהליך
של בלייה טבעית של האבן.
2. תכנון מתאים בהתאם לתנאי הסביבה
3. ביצוע נכון ובקרת איכות
בשל התפתחות הבנייה, והגידול בהיקף השימוש באבן טבעית למטרת חיפויי קירות חוץ ,
בשיטות שונות ובשל המספר הרב של כשלים בשנים אחרונות, התעורר הצורך להעלאת סף
הדרישות של קיים בתנאי אקלים קשים, כגון:
- סביבה קורוזיבית
- סביבה ימית
- שינויי טמפרטורה ולחות
- זיהום אוויר
במקביל להעלאת סף הדרישות, חלה גם עלייה ברמת המודעות של הגורמים השונים בנושא
הקניית חזות נאה לבניין, אשר בו זמנית גם תתאים לתפקודו ולמשך שנים רבות.
II - תכונות אופייניות של האבן - התקינה הקיימת
שיטות הבדיקה שבוצעו עד היום להערכת איכות האבן היו לפי מפרט מכון (מפמ"כ 378 ),
והן בדרך כלל מבוססות על התקנים האמריקאים ASTM.
הבדיקות המועטות המפורטות במפרט הן:
- חוזק לחיצה
- עמידות בכפיפה
- משקל מרחבי
- ספיגות מים כוללת
והתקנים האמריקאים הם :
- ASTM-C 97-90 absorption water, density
- ASTM-C 99-98 modulus of rupture
ASTM-C 170-90 compressive strength-
III - עמידות האבן בבלייה - התקינה החדשה
בשנתיים אחרונות יצאה לאור סדרת תקנים אירופאיים, חלקם עוד בשלבים של טיוטה.
המיוחד בהם הוא ההתייחסות לבדיקות מיוחדות האמורות להעריך את עמידותן של אבנים
טבעיות בבלייה ע"י סימולציה של בלייה טבעית.
להלן התקנים:
EN 12370 salt crystalization - 1
מדובר על 15 מחזורים של טבילת דוגמת אבן (לאחר ייבוש ב-105 מע' וקירור) בתמיסה
של סודיום סולפט במשך 2 שעות, ייבוש בלחות גבוהה, וקצב חימום איטי עד 105 מע',
השהייה בתנור במשך 16 שעות וקירור.
מודדים למעשה את הגדה או ירידה במשקל או נפח , או כשל של האבן.
PrEN 12371 SO2 resistance - 2
ייבוש דוגמת האבן ב-105 מע', טבילה בחומצת סולפורוז עם - 6% SO25% במשך 21 יום
ב-20 מע'. ייבוש הדוגמא ב-70 מע'.
מודדים את שינוי המשקל ואת השינוי הוויזואלי כמו צבע, סדקים, קילופים.
ASTM-D 5312-92 freeze-thaw resistance - 3
מדובר על 20 מחזורים בטווח טמפרטורות של - + 2020 מעלות.
מודדים הפסד במשקל וחוזק, ובדיקת ויזואלית.
IV - גורמים לבלייה טבעית
בלייה של אבן טבעית קשורה באופן ישיר לתהליך בלייה גיאולוגי של הסלע.
האטמוספרה, מי גשם, ולחות הסביבה, עם או ללא מלחים, הם הגורמים העיקריים לבליית
האבן.
קצב מזורז של בליית אבן שממנה עשויים פסלים ואנדרטאות בעולם, הוא נושא שנחקר רבות
באוניברסיטאות במאה הקודמת.
קצב הבלייה גדל משמעותית בסוף המאה ה-19 עם המהפכה התעשייתית.
תהליך הבלייה הוא למעשה התאמת המינרלים והסלעים לתנאי הסביבה שבפני כדור הארץ.
נוכחות של חמצן מוליכה להתחמצנות האבן ושילוב עם לחות וטמפרטורת הסביבה מובילה
להמסת האבן.
באופן כללי, תהליך זה יכול להוביל להתפשטות נפחית של גבישי האבן.
המזהמים הקיימים באטמוספרה, המופיעים לראשונה בתחילת המאה ה- 20, מזרזים את
תהליך הבלייה של האבן באופן משמעותי ביותר.
- אטמוספרה
אטמוספרה של בדור הארץ מורכבת מ-78% חנקן, 21% חמצן, CO21% בנפח.
בנוסף לכך, משלימים את ההרכב מספר של מזהמים כמו S02,SO3,NOX,O3,CL2
וחומרים אורגניים אחרים.
למרות שחומרים כמו סולפטים, ניטרטים וכלורידים קיימים, בכמויות די קטנות, גם
בטבע, מקורם, לרוב, מהתעשייה ומפליטת ממכוניות.
.
- קרינת השמש
קרני השמש כוללות גלים קצרים UV, גלים ארוכים UV, הספקטרום הנראה לעין מסגול
עד לאדום, הבלתי נראה אינפרא-אדום והאינפרא-אדום התרמי.
חלק מקרינה זו נספגת ע"י CO2 וגם ע"י ניטרטים, אוזון והלחות שבאטמוספרה.
- קרינת אולטרה-סגול
קרינת אולטרה-סגול אינה משפיעה ישירות על איכות האבן. אבל השימוש בחומרי
אטימה, "סילרים", הוא בעייתי והם נתקפים ומאבדים את תכונותיהם מהר מאוד בחשיפתם
לקרינה זו. שינוי גוון הוא אחד מהסימנים הראשונים של בליית הסילרים.
הקרינה מגיעה לפני האבן לאחר תהליך של סינון באטמוספרה: 50% נספג ע"י אדי מים
ו- CO2 ולפעמים O3 וניטרטים.
CO2-
אוויר לא מזוהם מורכב מפחות מ-0.04% בנפח של CO2, שהוא חומר בלתי דליק, וללא
צבע.
הגדלת כמות זו באטמוספרה, כתוצאה מזיהום תעשייתי וכריתת יערות, שוברת את
האיזון בין היוצרות וספיגת CO2. CO2 כאשר הוא תוצאה מתהליך טבעי אינו גורם מזיק.
לעומת זאת, כאשר מקורו מהמכוניות, דבר זה מעורר את האיזון וגורם לנזק לאבן טבעית.
CO-
CO אינו מזיק לאבן טבעית אלא לבן אדם . CO אינו מתחמצן מהר ל-CO2 אבל יכול לפעול
כקטליזטור בתהליך התחמצנות של S02 ל- SO3.
O3- - אוזון
חומר האמור לספוג קרינה UV.
SO2, SO3-
סולפטים הם החומרים הקורוזיביים ביותר לאבן טבעית ולחומרים אחרים.
הסולפטים אמורים להצטבר על פני האבן או ע"י גשם חומצי או ע"י נוכחות של טל.
גז SO2 יכול להפוך לחומצה בנוכחות מי אטמוספרה ולהתחמצן ל- SO3 .
הסולפטים תוקפים את האבן בשתי דרכים:
המסה
שינוי קרבונטים לקלציום סולפט או קלציום סולפיט.
- כלורידים
מרכיב חשוב של האטמוספרה הוא הכלורידים שמקורו יכול להיות טבעי ( מי ים) או מתעשייה
מזהמת. חלק מהם יכול להפוך לחומצה הידרו-כלורידי האמורה להמס את האבן הקרבונטית.
- ניטרטים
כ-78% מהאטמוספרה מורכבת מחנקן. ניטרטים, בנוכחות הלחות שבאטמוספרה, יכולים
להפוך לחומצה ניטרטית, העלולה לתקוף את האבן ולהזיק לה, אבל פחות מהסולפטים.
- מי גשם
הרכב מי גשם תלוי בהרכב האטמוספרה שבסביבה. מי גשם עלול להיות חומצי מאוד באזורים של
חומצת גופריתנית וניטריתים באוויר, וזה עלול לגרום לבליית האבן.
מי גשם הם חומציים באופן טבעי עקב נוכחות של CO2 באטמוספרה (ph=5.6)
ולכן CO2 באטמוספרה, בנוסף לסולפטים וניטריטים הוא גורם חשוב בהרכב מי גשם.
- לחות יחסית
לחות יחסית באוויר היא גורם חשוב ביותר לספיגות מים של אבנים נקבוביות
ונקבוביות במקצת. ספיגות נימית גבוהה באבן עלולה לגרום לנזק ולגרום לירידה בחוזק.
מקורות הלחות יכולים להיות: באטמוספרה, מהקרקע ומעיבוי קרוב לחלונות, לדלתות,
לתקרות וכו'.
עליית הלחות בתוך האבן ע"י ספיגות נימית מהקרקע עלולה לגרום לספיגות איטית של
מלחים. הגובה שאליו הלחות יכולה להגיע היא פונקציה של קוטר הנקבובים שבתוך האבן.
- מלחים
אבנים טבעיות מכילות בתוכן מלחים מומסים במים. מלחים אלה "זזים" ומתקדמים בתוך
הנקבובים וזה כפונקציה של כמות הלחות שבאבן.
התגבשות מלחים אלה עלולים לגרום לבלייה מזורזת של האבן. מלחים כמו קרבונטים,
סולפטים, ניטרטים, ותחמוצות ברזל הם המרכיבים הנפוצים ביותר.
מקורות המלחים :
+כחלק מהרכב האבן
+מלחים מהים
נזק עקב נוכחות של מלחים :
ע"י התגבשות
ע"י הידרציה
ע"י התפשטות נפחית
ע"י אוזמוזיס
השפעת הקפאה/ הפשרה על איכות האבן
השפעת הקפאת מים על בטון ועל אבן בתנאי אקלים של לחות יחסית גבוהה היא נושא ללימוד
במשך שנים רבות. התפשטות נפחית של המים במעבר ממים לקרח, גודל קריטי של הנקבובים,
תכולת הרטיבות בתוך הנקבובים, ורצף הנקבובים במערכת הם הגורמים המשפיעים על איכות
האבן בטמפרטורת הקיפאון.
הנזק שהקיפאון יכול לגרום לאבן יכול להיות גדול יותר אפילו מזה שנגרם מהתגבשות מלחים.
V - סיכום
תהליך קבלת החלטה לבחירת אבן לחיפוי קירות חוץ חייב להביא בחשבון:
- מיקום (תנאי סביבה) התקנת האבן
- תכונות המאפיינות של האבן
- עמידותה של האבן בהתאם לתנאי הסביבה- בדיקות בלייה
- אחידות האבן במחצבה/ מכרה בהתאם לעמידותה של האבן
- סוג עיבוד האבן המתוכנן
- סוג התקנה
- ובסופו של דבר, המחיר
בנוסף לכך, יש לבנות מערכת הבטחת איכות מתאימה כדי להבטיח שימוש נכון של האבן
המתאימה שנבחרה ונבדקה לאותו פרויקט.
- כותב המאמר הוא המנהל המקצועי של מרכז הבנייה הישראלי.
המאמר מבוסס על המאמר שהוגש בכנס הארצי לבנייה ותשתיות שנערך בתאריכים 2001
.31/10-1/11