Бетон оказывает существенное воздействие на окружающую среду. Обсуждаются различные методы снижения воздействия бетона на окружающую среду, такие как экономия материалов.
Например, по оценкам, ежегодно производится 1,6 миллиарда тонн бетона, что приводит к выбросу около 7% углекислого газа, а также к истощению природных источников и сбросу значительного количества отходов.
Бетон изготавливается из трех основных материалов: цемента, заполнителя и воды. Производство бетона требует огромного потребления энергии и выделяет большое количество парниковых газов.
Использование заполнителя и воды приводит к сокращению природных ресурсов и, возможно, к загрязнению воды. Кроме того, существуют различные материалы, которые используются в качестве добавок для улучшения свойств бетона, и эти добавки могут оказывать вредное воздействие на окружающую среду.
Наконец, отсутствие высокопрочного материала – еще один источник экологической проблемы бетона, который обычно рассчитан на срок службы 50 лет.
Если бы долговечность бетона была выше, его воздействие на окружающую среду было бы меньше, например, скорость использования природных ресурсов была бы меньше. Существует ряд способов, с помощью которых можно уменьшить воздействие бетона на окружающую среду, и эта статья прольет свет на эти методы.
Деградация ландшафта из-за производства бетона
Методы снижения воздействия бетона на окружающую среду
Ниже перечислены различные методы, которые можно использовать для снижения воздействия бетона на окружающую среду:
- Сохранение цемента
- Сохранение агрегатов
- Сохранение воды
- Долговечность бетона
Сохранение цемента для уменьшения воздействия бетона на окружающую среду
Экономия цемента – это первый и самый важный шаг в снижении энергопотребления и выбросов парниковых газов. Учет продуктивности ресурсов предусматривает уменьшение использования портландцемента при удовлетворении будущих потребностей в большем количестве бетона. Это должно стать первоочередной задачей успешной бетонной промышленности.
Использование портландцемента, содержащего пуццолановые материалы, такие как молотый гранулированный доменный шлак, летучая зола и кремнеземистый дым, значительно увеличивается. Однако эти добавки, используемые в качестве замены цемента, применяются в незначительных или малоценных областях, например, на свалках и дорожных основаниях.
Использование цемента в конструкционных приложениях может быть уменьшено путем использования цементирующего или пуццоланового материала в качестве замены цемента. Это приводит к снижению спроса на производство цемента.
Сообщается, что замена цемента шлаком или летучей золой на 50% обеспечивает лучшую прочность изделия по сравнению с портландцементом с нулевой заменой, и, следовательно, уменьшается расход природных ресурсов.
Кроме того, схватывание и твердение бетона, содержащего большое количество цементирующего материала, происходит медленно, но это можно в определенной степени решить с помощью суперпластификатора.
Вполне возможно, что в будущем, когда максимизация ресурсов станет наиболее важной целью отрасли, а не производительность труда, будет одобрен медленный темп строительства.
Сохранение агрегатов для снижения воздействия бетона на окружающую среду
Утверждается, что в Северной Америке, Японии и Европе около двух третей отходов строительства и сноса зданий составляют старый разрушенный бетон и каменная кладка. Если эти отходы повторно использовать в качестве крупного заполнителя, производительность материала значительно повысится.
Более того, дражный песок и отходы горнодобывающей промышленности, которые присутствуют во многих странах мира, могут быть переработаны и использованы в качестве мелкого заполнителя. Хотя переработка этих отходов требует бюджетных средств, она может быть значительно экономичнее, особенно в тех странах, где стоимость гашения отходов значительна, а земля редка.
Переработка и повторное использование отходов позволяет решить проблему истощения природных ресурсов во многих регионах и избежать высоких затрат на транспортировку первичного заполнителя на большие расстояния.
Лауритцен утверждает, что в год производится 1 миллиард тонн бетона и кладочного щебня, а небольшое количество отходов бетона и кладки используется повторно.
Дорогостоящая утилизация отходов и экологические соображения побудили большинство европейских стран поставить краткосрочные цели по переработке от 50 до 90% отходов от сноса и строительства.
Наконец, рециклированный заполнитель в целом и конкретно заполнитель для кладки обладает большой пористостью по сравнению с природным заполнителем. Поэтому, при одинаковой обрабатываемости, потребность в воде для производства свежего бетона выше, чем при использовании природного заполнителя, что негативно сказывается на механических свойствах затвердевшего бетона. Для решения этой проблемы можно использовать комбинацию природного и вторичного заполнителя или применять в бетоне летучую золу и водоредуцирующую добавку.
Экономия воды для уменьшения воздействия бетона на окружающую среду
По данным Хокена и др., доступность свежей и чистой воды постоянно уменьшается, и только 3% всей воды на Земле являются пресной водой, большая часть которой находится глубоко под поверхностью земли в ловушках быстро тающих ледников.
В результате растущего спроса на воду со стороны промышленности, сельского хозяйства и городов происходит снижение уровня грунтовых вод, а также увеличение загрязнения воды.
Рекомендуется, что единственным практическим и разумным решением этой проблемы является более эффективное использование имеющихся ресурсов.
Производители бетона потребляют воду в больших масштабах, и эти производители и другие крупные потребители свежей воды должны быть вынуждены использовать воду эффективно. По оценкам, 100 л/м3 используется для очистки грузовиков с готовой смесью, и большое количество воды используется для смешивания.
Считается, что ежегодно для смешивания используется 1 триллион литров воды, и это огромное количество может быть уменьшено вдвое за счет увеличения количества минеральных добавок и суперпластификаторов и лучшей сортировки заполнителей.
Более того, после утверждения результатов испытаний, вместо чистой воды необходимо использовать солоноватую воду и промышленную оборотную воду, и это должно быть полностью обязательным в случае промывки оборудования.
Кроме того, сообщается, что значительное количество воды экономится при использовании замедлителя для свежеуложенного бетона.
Наконец, во время твердения бетона применение текстиля, который имеет наружную непроницаемую мембрану и водопоглощающую ткань на внутренней стороне, сокращает использование воды.
Долговечность бетона для снижения воздействия бетона на окружающую среду
В дополнение к мерам, рассмотренным в вышеуказанных разделах, повышение долговечности бетона предлагает долгосрочное решение и исключительный прорыв для повышения производительности бетонной промышленности и, следовательно, снижения воздействия на окружающую среду при производстве бетона, например, если бетонная конструкция будет построена на срок службы 500 лет, а не 50 лет, производительность ресурсов бетонной промышленности увеличится в 10 раз.
Долговечность современных конструкций вызывает сомнения, поскольку разрушение начинается примерно через 20 лет, тогда как есть здания и морские стены, построенные из неармированного римского бетона, которые сохраняют свое хорошее состояние почти 2000 лет. Это может быть связано, главным образом, с тем, что портландцементный бетон, склонный к образованию трещин, стал проницаемым в течение срока службы.
Более того, стальная арматура в проницаемом бетоне корродирует и приводит к прогрессирующему разрушению конструкции.
В наше время строительная практика контролируется культурой ускорения темпов строительства, в которой используется большое количество портландцемента с высокой ранней прочностью. Следовательно, из-за большой усадки при высыхании и теплового сжатия и малой релаксации ползучести создается слабая трещиностойкая бетонная конструкция.
Кроме того, римский бетон, изготовленный из смеси вулканического пепла и гашеной извести, создал однородный гидратированный продукт, который медленно схватывался и твердел, однако термодинамически лучше, чем гидратированный портландцемент. Кроме того, в римском бетоне использовалось меньшее количество воды, и он не подвергался растрескиванию в той же степени, что и портландцементный бетон.
Поэтому, если долговечность бетона является основной задачей или целью, то следует сосредоточиться на производстве менее склонного к трещинам бетона, а не на высокоскоростном строительстве, и, следовательно, строительная практика должна претерпеть изменение парадигмы в этом направлении.
Показано, что все большинство трещин и усадки в бетоне могут быть предотвращены, и, следовательно, может быть получен высокопрочный бетон при условии, что вода к цементному материалу в бетоне выводится путем применения суперпластификатора.
Mehta и Langley описали монолитный бетонный фундамент храма на острове Кауаи в Тихом океане с большим количеством свободных трещин. Фундамент состоит из двух параллельных неармированных бетонных плит.
Чтобы получить бетон со значительно малыми усадочными напряжениями, необходимо было уменьшить до предела как тепловую, так и сушильную усадку путем значительного снижения содержания портландцемента и воды в бетоне.
Просадка бетона, использованного для фундамента, составила 125±25 мм, а его прочность на сжатие через 90 дней составила 20 МПа при повышении температуры на 13 С. Открытая поверхность фундамента была тщательно и надлежащим образом осмотрена почти через два года, и на ней не было обнаружено никаких трещин.
Исследование образцов керна, взятого из плиты, показало, что не только однородность продукта гидратации системы с высоким содержанием летучей золы была лучше по сравнению с обычным бетоном, но и связь между заполнителем и продуктом гидратации была очень хорошей. Это является предпосылкой для получения трещиностойкого и высокопрочного бетона.
На рисунке 2 показано тонкое сечение образца керна, взятого из плиты, и не показано ни одной межфазной зоны микротрещин между крупным заполнителем и прилегающим цементным раствором.
Напротив, на рисунке 3 показано, как межфазные микротрещины между крупным заполнителем и цементным раствором соединяются и позволяют проникать жидкости извне.
Наконец, пропорции смеси, использованной для производства бетона при строительстве фундамента храма на Кауаи, показаны в таблице 1.
Фотомикрофотография тонкого среза бетонного керна, полученного из системы с высоким содержанием летучей золы
Фотомикрограмма тонкого среза, полученного из обычного портландцемента
Таблица-1: Пропорции смеси для трещиностойкого бетона с высоким содержанием золы-уноса
Состав смеси
Пропорции по весу (кг/м3)
Портландцемент типа I
106
Летучая зола класса F
142
Вода
100
Дробленый известковый песок
944
Дробленая базальтовая порода максимальный размер 25 мм
1120
Суперпластификатор
3,5 л/м3
- Выбор суперпластификаторов для высокоэффективного бетона.
- Летучая зола – свойства, виды, механизм и применение.
- Влияние золы-уноса на долговечность бетона.
- Влияние летучей золы на свойства затвердевшего бетона.
- Летучая зола для строительства бетонных покрытий.
- Кирпичи из летучей золы и их сравнение с глиняными кирпичами – состав, производство.
- Добавки (присадки) для бетона – виды, выбор, свойства, применение.