Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Воздействие на окружающую среду бетона , его производство и применение, являются сложными. Некоторые эффекты вредны; другие приветствуются. Многие зависят от обстоятельств. Основным компонентом бетона является цемент , который оказывает свое собственное экологическое и социальное воздействие и в значительной степени способствует влиянию бетона.

Цементной промышленности является одним из основных производителей диоксида углерода , мощного парникового газа . [1] Бетон наносит ущерб самому плодородному слою земли - верхнему слою почвы . Бетон используется для создания твердых поверхностей, которые способствуют поверхностному стоку, который может вызвать эрозию почвы , загрязнение воды и наводнения . И наоборот, бетон является одним из самых мощных инструментов для надлежащего контроля над наводнениями посредством создания плотин , отвода и отклонения паводковых вод, селей и т. Д. Бетон светлого цвета может уменьшить эффект городского теплового острова за счет более высокойальбедо . [2] Однако первоначальная растительность приносит еще большую пользу . Бетонная пыль, образующаяся в результате сноса зданий и стихийных бедствий, может быть основным источником опасного загрязнения воздуха . Присутствие в бетоне некоторых веществ, включая полезные и нежелательные добавки, может вызвать проблемы со здоровьем из-за токсичности и (обычно естественного происхождения) радиоактивности . [3] Мокрый бетон очень щелочной, и с ним всегда следует обращаться с соответствующими средствами защиты. Переработка бетона увеличивается в связи с повышением экологической осведомленности, законодательство и экономические соображения. И наоборот, использование бетона сокращает использование альтернативных строительных материалов, таких как дерево, которое является естественной формой связывания углерода . Бетонные конструкции служат намного дольше деревянных.

Выбросы углекислого газа и изменение климата [ править ]

Цементная промышленность является одним из двух крупнейших производителей двуокиси углерода (CO 2 ), создавая до 8% мировых антропогенных выбросов этого газа, из которых 50% приходится на химический процесс и 40% - на сжигание топлива. [1] [4] СО
2для производства конструкционного бетона (с использованием ~ 14% цемента) оценивается в 410 кг / м 3 (~ 180 кг / тонна при плотности 2,3 г / см 3 ) (снижено до 290 кг / м 3 с 30% летучей золы). замена цемента). [5] Выбросы CO 2 при производстве бетона прямо пропорциональны содержанию цемента, используемого в бетонной смеси; При производстве каждой тонны цемента выбрасывается 900 кг CO 2 , что составляет 88% выбросов, связанных со средней бетонной смесью. [6] [7] Производство цемента способствует увеличению выбросов парниковых газов как напрямую, так и за счет производства углекислого газа, когда карбонат кальциятермически разлагаются, производя известь и двуокись углерода , [8] , а также за счет использования энергии, в частности , при сжигании ископаемого топлива .

Стоит отметить одну из областей жизненного цикла бетона - это тот факт, что бетон имеет очень низкую воплощенную энергию на единицу массы. В первую очередь это результат того факта, что материалы, используемые в бетонном строительстве, такие как заполнители, пуццоланы и вода, относительно многочисленны и часто могут быть получены из местных источников. [9] Это означает, что на транспортировку приходится только 7% воплощенной энергии бетона, а на производство цемента приходится 70%. При общей воплощенной энергии 1,69 ГДж / тонну бетон имеет более низкую воплощенную энергию на единицу массы, чем самый распространенный строительный материал, кроме древесины. Однако бетонные конструкции имеют большую массу, поэтому это сравнение не всегда имеет прямое отношение к принятию решений. Стоит отметить, что это значение основано на пропорциях смеси для бетона с содержанием золы не более 20%. Подсчитано, что замена цемента летучей золой на один процент представляет собой снижение энергопотребления на 0,7% . С некоторыми предлагаемыми смесями, содержащими до 80% летучей золы , это обеспечит значительную экономию энергии. [7]

Улучшения дизайна [ править ]

Интерес к сокращению выбросов углерода, связанных с бетоном, растет как в академическом, так и в промышленном секторах, особенно с учетом возможности введения в будущем налога на выбросы углерода . Было предложено несколько подходов к сокращению выбросов.

Производство и использование цемента [ править ]

Одна из причин, по которой выбросы углерода столь высоки, заключается в том, что цемент необходимо нагреть до очень высоких температур, чтобы образовался клинкер . Основным виновником этого является алит (Ca 3 SiO 5 ), минерал в бетоне, который затвердевает в течение нескольких часов после заливки и поэтому отвечает за большую часть его первоначальной прочности. Однако в процессе формирования клинкера алит также необходимо нагреть до 1500 ° C. Некоторые исследования показывают, что алит может быть заменен другим минералом, например белитом (Ca 2 SiO 4). Белит также является минералом, уже используемым в бетоне. Он имеет температуру обжига 1200 ° C, что значительно ниже, чем у алита. Кроме того, после затвердевания белит становится прочнее. Однако для полного схватывания белита требуется несколько дней или месяцев, в результате чего бетон остается слабым на более длительное время. Текущие исследования сосредоточены на поиске возможных примесных добавок, таких как магний, которые могут ускорить процесс отверждения. Также стоит учитывать, что измельчение белита требует больше энергии, что может сделать его полный срок службы таким же или даже большим, чем у алита. [10]

Другой подход заключался в частичной замене обычного клинкера такими альтернативами, как летучая зола, зольный остаток и шлак, все из которых являются побочными продуктами других отраслей промышленности, которые в противном случае оказались бы на свалках . Летучая зола и зольный остаток поступают с тепловых электростанций , а шлак - это отходы доменных печей на металлургических заводах. Эти материалы постепенно набирают популярность в качестве добавок, особенно потому, что они потенциально могут увеличить прочность, уменьшить плотность и продлить срок службы бетона. [11]

Основное препятствие для более широкого внедрения летучей золы и шлака может быть в значительной степени связано с риском строительства с использованием новой технологии, которая не подвергалась длительным полевым испытаниям. Пока не будет введен налог на выбросы углерода, компании не хотят рисковать с новыми рецептами бетонных смесей, даже если это снижает выбросы углерода. Однако есть несколько примеров «зеленого» бетона и его реализации. Одним из примеров является бетонная компания Ceratech, которая начала производство бетона с 95% летучей золы и 5% жидких добавок. [10] Другой - I-35W Saint Anthony Falls Bridge , который был построен из новой бетонной смеси, которая включала различные составы портландцемента., летучая зола и шлак в зависимости от части моста и требований к свойствам материала. [12]

Кроме того, для производства бетона требуется большое количество воды, и на мировое производство приходится почти десятая часть мирового промышленного водопотребления. [13] Это составляет 1,7 процента от общего мирового водозабора. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Sustainability в 2018 году, прогнозируется, что производство бетона в будущем увеличит давление на водные ресурсы в регионах, подверженных засухе: «В 2050 году 75% потребности в воде для производства бетона, вероятно, будет приходиться на регионы, которые, как ожидается, будут испытывать водный стресс ». [14]

Углеродный бетон [ править ]

Карбонатация в бетоне - это образование карбоната кальция (CaCO3) в результате химической реакции. [15] Скорость карбонизации зависит в первую очередь от пористости бетона и содержания влаги. Карбонизация в порах бетона происходит только при относительной влажности (RH) 40-90%, когда RH выше 90%, углекислый газ не может проникнуть в поры бетона , а также когда RH ниже 40% CO.
2не растворяется в воде [16]

Пористые структуры в свежем бетоне и бетоне с воздухововлекающими добавками

Бетон может подвергаться в основном двум типам карбонизации: карбонизации выветривания и карбонизации раннего возраста. [17]

Карбонизация при выветривании , происходит в бетоне, когда соединения кальция реагируют с диоксидом углерода CO
2из атмосферы и воды в порах бетона. Реакция следующая:

Во-первых, за счет химического выветривания CO
2реагирует с водой в порах бетона с образованием угольной кислоты :

углекислый газ + вода → углекислота

Затем угольная кислота вступает в реакцию с карбонатом кальция :

Са (ОН) 2 + Н 2 СО 3 → СаСО 3 + 2Н 2 О

угольная кислота + карбонат кальция → бикарбонат кальция

В-третьих, как только гидроксид кальция (Ca (OH) 2) карбонизируется, основной компонент геля гидрата силиката кальция цемента (также обозначенный как CSH) может декальцинироваться, позволяя высвобожденному CaO карбонатироваться:

H 2 CO 3 + CaO → CaCO 3 + H 2 O

Карбонизация в раннем возрасте - это когда мы вводим CO
2на ранних стадиях приготовления свежего бетона-премикса или после первоначального отверждения, оно может быть как естественным за счет воздействия, так и ускоренным путем увеличения прямого поступления CO
2. [17] Газообразный диоксид углерода преобразуется в твердые карбонаты и может постоянно храниться в бетоне для снижения выбросов. Общая реакция CO2 и гидрата силиката кальция в цементе была описана в 1974 г. [18] как:

C3S + 3 CO2 + H2O → CSH + 3CaCO3 + 347 кДж / моль

C2S + 2 CO2 + H2O → CSH + 2CaCO3 + 184 кДж / моль

Канадская компания запатентовала и коммерциализировала новую технологию, в которой для секвестрации CO используется карбонизация в раннем возрасте.
2. Это достигается путем непосредственного впрыскивания переработанного жидкого диоксида углерода из промышленных источников выбросов сторонних производителей на стадию влажной бетонной смеси во время производственного процесса. При этом химическая реакция CO
2становится минералом, улавливая парниковый газ, загрязняющий бетонную инфраструктуру, здания, дороги и т. д., в течение длительных периодов времени. Более того, в исследовании, опубликованном в журнале Cleaner Production, авторы представили модель, в которой они доказали, что CO
2улучшил прочность бетона на сжатие при одновременном снижении CO
2выбросы в результате, что позволяет снизить нагрузку на цемент и в то же время «сократить углеродный след на 4,6%» [19]

Другой предлагаемый метод улавливания выбросов заключается в поглощении CO 2 в процессе отверждения за счет использования добавки (у-фазы дикальцийсиликата) по мере отверждения бетона. Использование угольной золы или другого подходящего заменителя теоретически может привести к выбросам CO 2 ниже 0 кг / м 3 , по сравнению с портландцементным бетоном при 400 кг / м 3 . Самый эффективный метод производства этого бетона - использовать выхлопные газы электростанции, где в изолированной камере можно контролировать температуру и влажность. [20]

В августе 2019 года было объявлено о снижении выбросов CO 2 в цементе, что «снижает общий углеродный след в сборном железобетоне на 70%». [21] В основе этого цемента будучи в основном из волластонита ( Са Si , O 3 ) и ранкинита (3CaO · 2SiO 2 ) , в отличии от традиционного портландцемента алита (3CaO · SiO 2 ) белит (2 СаО · SiO 2 ).

Запатентованный процесс изготовления бетона начинается со связывания частиц посредством жидкофазного спекания, также известного как гидротермальное жидкофазное уплотнение (rHLPD). [22] Раствор, смешанный с H
2O и CO
2проникает в частицы в реакции с окружающими условиями, создавая связь, которая создает негидравлический кальциево-силикатный цемент с пониженным содержанием извести (CSC). Более того, разница между традиционным портландцементным бетоном и этим карбонизированным силикатно-кальциевым бетоном (CSC-C) заключается в реакции окончательного отверждения между водой и CO
2раствора и семейства силикатов кальция: «Отверждение CSC-C - это умеренно экзотермическая реакция, в которой силикаты кальция с низким содержанием извести в CSC реагируют с диоксидом углерода в присутствии воды с образованием кальцита (CaCO 3 ) и кремнезема ( Si O 2 ), как показано в Реакциях II и III.

II. CaO.SiO2 + CO2 → H2O CaCO3 + SiO2

III: 3CaO.2SiO2 + 3CO2 → H2O 3CaCO3 + 2SiO2 » [23]

Однако, поскольку методы карбонизации в раннем возрасте получили признание из-за его значительной способности связывать углерод, некоторые авторы утверждают, что эффект отверждения карбонизации в раннем возрасте при карбонизации выветривания для сборного железобетона «Экспериментальные результаты предполагают, что карбонизированные бетоны раннего возраста с высоким соотношением воды / цемента (> 0,65> 0,65) с большей вероятностью будут подвержены карбонизации при выветривании », [24] и сообщают, что это может ослабить его прочностные характеристики на стадиях коррозии в течение срока службы.

Итальянская компания Italcementi разработала вид цемента, который якобы снижает загрязнение воздуха, разрушая загрязняющие вещества, контактирующие с бетоном, с помощью диоксида титана, поглощающего ультрафиолетовый свет . Некоторые эксперты по окружающей среде, тем не менее, остаются скептичными и задаются вопросом, может ли специальный материал «съесть» достаточно загрязняющих веществ, чтобы сделать его финансово жизнеспособным. Юбилейная церковь в Риме построена из такого бетона. [25]

Еще один аспект, который следует учитывать в углеродном бетоне, - это образование накипи на поверхности из-за холодных климатических условий и воздействия антиобледенительной соли и цикла замораживания-оттаивания ( морозное выветривание ). Бетон, полученный карбонизационным отверждением, также показывает превосходные характеристики, когда он подвержен физическому разложению, например, повреждению замораживанием-оттаиванием, особенно из-за эффекта уплотнения пор, вызванного осаждением продуктов карбонизации [26]

Некоторые исследования связывают сокращение выбросов CO 2 с производством бетона, но в основном они написаны авторами, связанными с предлагаемым решением или бетонной промышленностью. [27] [28] Это должно вызывать беспокойство, что эти решения являются " зеленой" . Выбросы CO 2 из бетона происходят из-за цемента в смеси, методы уменьшения количества цемента - единственные проверенные методы уменьшения выбросов.

Фотокатализ для уменьшения смога [ править ]

TiO 2 , полупроводниковый материал, демонстрирующий фотокаталитические свойства, был использован для удаления NOx из атмосферы. Виды NO x , или оксид азота и диоксид азота (x = 1 и 2 соответственно), представляют собой атмосферные газы, которые способствуют образованию кислотных дождей и смога, которые являются результатом городского загрязнения. Поскольку образование NO x происходит только при высоких температурах, оксиды азота обычно образуются как побочный продукт сгорания углеводородов . Помимо того, что они способствуют загрязнению городов, NO xтакже было продемонстрировано, что он вызывает широкий спектр неблагоприятных последствий для здоровья и окружающей среды; Эти эффекты включают в себя запуск респираторного расстройства, реакцию с другими химическими веществами в атмосфере с образованием вредных продуктов, таких как озон, нитроарены и нитратные радикалы, а также участие в парниковом эффекте. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) рекомендует максимальную NO х концентрации 40 мкг / м 3 . [29] Одним из предложенных способов снижения концентрации NO x , особенно в городских условиях, является использование фотокаталитического TiO 2, смешанного с бетоном, для окисления NO и NO 2 с образованием нитрата. В присутствии света TiO 2генерирует электроны и дырки, что позволяет NO окисляться до NO 2 и NO 2 с образованием HNO 3 посредством атаки гидроксильных радикалов. Адсорбция молекул:

O 2 + сайт → O объявления
H 2 O + сайт → H 2 O объявления
НЕТ + сайт → НЕТ рекламы
NO 2 + сайт → NO 2ads

Генерация дырок и электронов посредством активации TiO 2 :

TiO 2 + hν → e - + h +

Захват электрона / дырки:

h + + H 2 O адс → OH · + H +
e - + O 2ads → O 2 -

Атака гидроксильных радикалов:

НЕТ рекламы + OH · → HNO 2
HNO 2 + OH · → NO 2адс + H 2 O
NO 2ads + OH · → NO 3 - + H +

Рекомбинация электронов и дырок:

е - + h + → тепло

Другой путь окисления азота заключается в использовании ультрафиолетового излучения с образованием NO 3 . [30]

Встроенные солнечные элементы [ править ]

В США скорость расширения бетона составляет более 250 000 миллионов акров в год. Сенсибилизированные красителем солнечные элементы, встроенные в бетон, были предложены в качестве метода уменьшения углеродного и энергетического следа зданий. Использование встроенных солнечных элементов позволяет генерировать энергию на месте, которая в сочетании с батареями будет обеспечивать постоянную мощность в течение дня. Верхний слой бетона будет представлять собой тонкий слой сенсибилизированных красителем солнечных элементов. Сенсибилизированные красителем солнечные элементы особенно привлекательны из-за простоты их массового производства посредством рулонной печати или окраски и достаточно высокой эффективности - 10%. [31]Одним из примеров коммерциализации этой концепции является немецкая компания Dyscrete, которая производит сенсибилизированный красителем бетон, залитый солнечными элементами. В их процессе используется метод распыления для нанесения органических красителей, вырабатывающих электричество, на бетон. [32]

Хранение энергии [ править ]

Хранение энергии стало важным фактором для многих методов производства возобновляемой энергии, особенно для популярных методов, таких как солнечная или ветровая энергия, оба из которых являются производителями энергии с перебоями, которые требуют хранения для постоянного использования. В настоящее время 96% мировых запасов энергии приходится на гидроаккумулятор., который использует избыточную выработку электроэнергии для закачки воды в плотину, а затем позволяет падать и вращать турбины, производящие электричество, когда потребность превышает выработку. Однако проблема с гидроаккумулятором состоит в том, что установка требует определенных географических регионов, которые бывает трудно найти. Похожая концепция, в которой вместо воды используется цемент, была реализована швейцарским стартапом Energy Vault. Они создали установку, в которой используется электрический кран, окруженный штабелями из 35-тонных бетонных блоков, которые могут быть произведены из отходов, для хранения энергии за счет использования избыточного генерирования энергии для приведения в действие крана для подъема и укладки бетонных блоков. Когда требуется энергия, блоки могут упасть, и вращающийся двигатель отправит энергию обратно в сеть. Установка будет иметь емкость 25-80 МВтч. [33]

Другие улучшения [ править ]

Есть много других улучшений бетона, которые напрямую не связаны с выбросами. В последнее время было проведено много исследований «умных» бетонов: бетонов, которые используют электрические и механические сигналы для реагирования на изменения условий нагрузки. В одном варианте используется армирование из углеродного волокна, которое обеспечивает электрический отклик, который можно использовать для измерения деформации. Это позволяет контролировать структурную целостность бетона без установки датчиков. [34]

Дорожное строительство и содержание промышленность потребляет тонны углеродоемкого бетона каждый день безопасной дороги стороны и городскую инфраструктуру. По мере роста населения эта инфраструктура становится все более уязвимой для воздействия транспортных средств, создавая постоянно увеличивающийся цикл повреждений и отходов и постоянно увеличивая потребление бетона для ремонта (дорожные работы сейчас проводятся в наших городах почти ежедневно). Одним из основных достижений в области инфраструктуры является использование переработанных нефтяных отходов для защиты бетона от повреждений и обеспечения динамичности инфраструктуры, которую можно легко обслуживать и обновлять без нарушения существующего фундамента. Это простое нововведение сохраняет основы на протяжении всего срока разработки.

Еще одна область конкретных исследований включает создание определенных «безводных» бетонов для использования во внепланетной колонизации. Чаще всего в этих бетонах используется сера, которая действует как инертное связующее, что позволяет строить бетонные конструкции в условиях без воды или с очень небольшим количеством воды. Эти бетоны во многих отношениях неотличимы от обычного гидравлического бетона: они имеют схожую плотность, могут использоваться с существующей в настоящее время металлической арматурой, и они фактически набирают прочность быстрее, чем обычный бетон [35] Это применение еще предстоит исследовать на Земле, но с производство бетона составляет до двух третей от общего энергопотребления в некоторых развивающихся странах [9], любое улучшение заслуживает рассмотрения.

Поверхностный сток [ править ]

Поверхностный сток , когда вода стекает с непроницаемых поверхностей , таких как непористый бетон, может вызвать сильную эрозию почвы и наводнения. Городские стоки обычно собирают бензин, моторное масло , тяжелые металлы , мусор и другие загрязнители с тротуаров, дорог и парковок. [36] [37] Без затухания непроницаемое покрытие в типичной городской местности ограничивает просачивание грунтовых вод и вызывает в пять раз больше стока, создаваемого типичным лесным массивом того же размера. [38] Отчет Национального исследовательского совета США за 2008 год.определили городской сток как ведущий источник проблем с качеством воды . [39]

В попытке противодействовать негативному воздействию непроницаемого бетона во многих новых проектах по укладке дорожного покрытия начали использовать проницаемый бетон , который обеспечивает уровень автоматического управления ливневыми водами. Проницаемый бетон создается путем тщательной укладки бетона со специально разработанными пропорциями заполнителя, которые позволяют поверхностным стокам просачиваться и возвращаться в грунтовые воды. Это предотвращает наводнения и способствует пополнению запасов грунтовых вод. [40] При правильном проектировании и нанесении слоев проницаемый бетон и другие незаметно проложенные участки могут также функционировать как автоматический фильтр для воды, предотвращая проникновение определенных вредных веществ, таких как масла и другие химические вещества. [41]К сожалению, у крупномасштабного применения проницаемого бетона все еще есть недостатки: его пониженная прочность по сравнению с обычными ограничениями для бетона используется в зонах с низкой нагрузкой, и он должен быть уложен должным образом, чтобы уменьшить подверженность повреждению от замерзания-оттаивания и накоплению отложений. [40]

Городская жара [ править ]

И бетон, и асфальт вносят основной вклад в так называемый эффект городского острова тепла . [13] По данным Департамента по экономическим и социальным вопросам Организации Объединенных Наций, к 2050 году 55% ​​населения мира проживает в городских районах, и, по прогнозам, 68% населения мира будет проживать в городах; кроме того, «прогнозируется, что к 2060 году в мире появится 230 миллиардов квадратных метров (2,5 триллиона футов2) зданий, или площадь, равная всему текущему глобальному строительному фонду. Это эквивалентно добавлению всего Нью-Йорка на планету каждые 34 дней на ближайшие 40 лет ». [42] В результате мощеные поверхности представляют собой серьезную проблему из-за дополнительного потребления энергии и загрязнения воздуха, которое они вызывают. [43]

Потенциал экономии энергии в пределах области также высок. При более низких температурах потребность в кондиционировании воздуха теоретически уменьшается, что позволяет экономить энергию. Однако исследование взаимодействия между отражающими покрытиями и зданиями показало, что, если соседние здания не оснащены отражающим стеклом, солнечное излучение, отраженное от тротуаров, может повысить температуру в зданиях, увеличивая требования к кондиционированию воздуха. [44]

Более того, передача тепла от тротуаров, которые покрывают примерно одну треть типичного города США [2], также может влиять на местные температуры и качество воздуха. Горячие поверхности нагревают городской воздух за счет конвекции, поэтому использование материалов, поглощающих меньше солнечной энергии, таких как тротуары с высоким альбедо , может уменьшить приток тепла в городскую среду и смягчить UHIE. [45] Альбедо составляет от примерно 0,05 до примерно 0,35 для используемых в настоящее время поверхностей из материала дорожного покрытия. В течение обычного срока службы материалы дорожного покрытия, которые начинаются с высоким альбедо, имеют тенденцию терять отражательную способность, тогда как материалы с низким начальным альбедо могут приобретать отражательную способность [46].

Организация Design Trust for Public Space обнаружила, что, немного увеличив значение альбедо в Нью-Йорке, можно достичь таких положительных эффектов, как экономия энергии, [47] путем замены черного асфальта на светлый бетон. Однако зимой это может быть недостатком, так как лед будет легче образовываться и дольше оставаться на светлых поверхностях, поскольку они будут холоднее из-за меньшего количества энергии, поглощаемой из-за меньшего количества солнечного света зимой. [48]

Еще один аспект, который следует учитывать, - это эффект теплового комфорта , а также необходимость в дополнительных стратегиях смягчения последствий, которые не угрожают здоровью и благополучию пешеходов, особенно во время волн тепла. [49]В исследовании, опубликованном в журнале Building and Environment в 2019 году, были проведены эксперименты по прогнозированию воздействия волн тепла и взаимодействия материалов с высоким альбедо в северном итальянском городе Милан. Посредством расчета «Средиземноморского индекса комфорта на улице» (MOCI) в условиях сильной жары, когда для всех поверхностей использовались материалы с высоким альбедо. Исследование выявило ухудшение микроклимата в местах скопления большого количества материалов с высоким альбедо. Было обнаружено, что использование материалов с высоким альбедо «приводит к установлению множественных взаимных отражений и последующему увеличению микрометеорологических переменных, таких как средние радиационные температуры и температуры воздуха. Если говорить более подробно, эти изменения приводят к увеличению MOCI. что в дневные часы может достигать даже 0,45 единицы ». [50]

При принятии решений следует учитывать общую городскую конфигурацию, поскольку люди подвергаются воздействию погодных и тепловых условий. Использование материалов с высоким альбедо в городской среде может иметь положительный эффект при правильном сочетании других технологий и стратегий, таких как: растительность, светоотражающие материалы и т. Д. Меры по смягчению воздействия тепла в городах могут минимизировать воздействие на микроклимат, а также на среду обитания людей и диких животных. [51]

Бетонная пыль [ править ]

Снос зданий и стихийные бедствия, такие как землетрясения, часто выбрасывают в атмосферу большое количество бетонной пыли. Был сделан вывод, что бетонная пыль стала основным источником опасного загрязнения воздуха после землетрясения в Хансин . [52]

Токсичное и радиоактивное загрязнение [ править ]

Присутствие в бетоне некоторых веществ, включая полезные и нежелательные добавки, может вызвать проблемы со здоровьем. Природные радиоактивные элементы ( K , U , Th и Rn ) могут присутствовать в бетонных жилищах в различных концентрациях в зависимости от источника используемого сырья. Например, некоторые камни естественным образом выделяют радон, а уран когда-то был обычным явлением в шахтных отходах. [53] Токсичные вещества также могут быть непреднамеренно использованы в результате загрязнения в результате ядерной аварии . [54]Пыль от щебня или битого бетона при сносе или крошении может вызвать серьезные проблемы со здоровьем в зависимости от того, что было включено в бетон. Однако заделка вредных материалов в бетон не всегда опасна и на самом деле может быть полезной. В некоторых случаях включение определенных соединений, таких как металлы, в процесс гидратации цемента иммобилизует их в безвредном состоянии и препятствует их свободному высвобождению в другом месте. [55]

Меры предосторожности при обращении [ править ]

Дополнительная информация по вопросам безопасности, связанным с цементом: Цемент § Вопросы безопасности

Работа с влажным бетоном всегда должна производиться с использованием надлежащих средств защиты. Контакт с влажным бетоном может вызвать химические ожоги кожи из-за едкого характера смеси цемента и воды. Действительно, pH пресной цементной воды очень щелочной из-за присутствия в растворе свободных гидроксидов калия и натрия (pH ~ 13,5). Глаза, руки и ноги должны быть правильно защищены, чтобы избежать прямого контакта с влажным бетоном, и при необходимости незамедлительно промыть.

Переработка бетона [ править ]

Основная статья: Переработка бетона
Переработанный щебень загружается в полуприцеп-самосвал для использования в качестве гранулированной засыпки

Вторичная переработка бетона становится все более распространенным методом утилизации бетонных конструкций. Когда-то бетонный мусор обычно отправляли на свалки для утилизации, но переработка увеличивается благодаря повышению осведомленности об окружающей среде, правительственным законам и экономическим выгодам.

Бетон, в котором не должно быть мусора, дерева, бумаги и других подобных материалов, собирается с мест сноса и пропускается через дробильную машину , часто вместе с асфальтом , кирпичами и камнями.

Железобетон содержит арматуру и другую металлическую арматуру, которую удаляют магнитами и перерабатывают в другом месте. Остальные агрегированные фрагменты сортируются по размеру. Более крупные куски могут снова пройти через дробилку. Меньшие куски бетона используются в качестве гравия для новых строительных объектов. Агрегатная базагравий укладывается как самый нижний слой дороги, поверх которого укладывается свежий бетон или асфальт. Измельченный вторичный бетон иногда можно использовать в качестве сухого заполнителя для нового бетона, если он не содержит загрязняющих веществ, хотя использование вторичного бетона ограничивает прочность и не разрешено во многих юрисдикциях. 3 марта 1983 года исследовательская группа, финансируемая правительством (VIRL research.codep), приблизительно установила, что почти 17% мировых свалок представляют собой побочные продукты отходов на основе бетона .

См. Также [ править ]

  • Longship , проект CCS для хранения выбросов CO2 от цементного завода

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Инициатива устойчивого развития цемента: наша программа действий , Всемирный совет предпринимателей по устойчивому развитию , стр. 20, опубликовано 1 июня 2002 г.
  2. ^ a b «Отчет о прохладном асфальте» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды . Июнь 2005 . Проверено 6 февраля 2009 года .
  3. ^ CDC (2015-12-07). «Излучение от строительных материалов» . Центры по контролю и профилактике заболеваний . Проверено 25 февраля 2019 .
  4. ^ https://www.chathamhouse.org/sites/default/files/publications/research/2018-06-13-making-concrete-change-cement-lehne-preston.pdf
  5. ↑ А. Самарин (7 сентября 1999 г.), «Отходы в бетоне: преобразование обязательств в активы» , в Равиндре К. Дхир; Тревор Дж. Джаппи (ред.), Использование отходов в бетоне: материалы международного семинара, проведенного в Университете Данди, Шотландия, Великобритания , Томас Телфорд, стр. 8, ISBN 9780727728210
  6. ^ Махасенан, Натесан; Стив Смит; Кеннет Хамфрис; Ю. Кая (2003). «Цементная промышленность и глобальное изменение климата: текущие и потенциальные будущие выбросы CO 2 в цементной промышленности ». Технологии контроля парниковых газов - 6-я международная конференция . Оксфорд: Пергамон. С. 995–1000. DOI : 10.1016 / B978-008044276-1 / 50157-4 . ISBN 978-0-08-044276-1.
  7. ^ a b Нисбет, М., Марсо, М., ВанГим, М. (2002). Инвентаризация жизненного цикла портландцементного бетона. http://www.nrmca.org/taskforce/item_2_talkingpoints/sustainability/sustainability/sn2137a.pdf
  8. ^ EIA - Выбросы парниковых газов в выбросах двуокиси США 2006-углеродных Архивных 2011-05-23 в Wayback Machine
  9. ^ a b Зеленое здание. (1993). Цемент и бетон: экологические соображения. Проверено 2 ноября 2015 г. http://www.wbcsdcement.org/pdf/tf2/cementconc.pdf
  10. ^ a b Амато, Иван (2013). «Зеленый цемент: Бетонные решения» . Природа . 494 (7437): 300–301. Bibcode : 2013Natur.494..300A . DOI : 10.1038 / 494300a . PMID 23426307 . Проверено 26 мая 2013 года . 
  11. ^ Ким, H .; Ли, Х. (2013). «Влияние больших объемов летучей золы, доменного шлака и донной золы на характеристики потока, плотность и прочность на сжатие высокопрочного раствора». J. Mater. Civ. Англ . 25 (5): 662–665. DOI : 10,1061 / (ASCE) mt.1943-5533.0000624 .
  12. ↑ Фонтан, Генри (30 марта 2009 г.). «Бетон смешивается с окружающей средой в сознании» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 26 мая 2013 года .
  13. ^ a b Уоттс, Джонатан (25 февраля 2019 г.). «Бетон: самый разрушительный материал на Земле» . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Проверено 25 февраля 2019 . 
  14. ^ Миллер, Сабби А .; Хорват, Арпад; Монтейро, Пауло Дж. М. (январь 2018 г.). «Влияние бурного роста производства бетона на водные ресурсы во всем мире» . Природная устойчивость . 1 (1): 69–76. DOI : 10.1038 / s41893-017-0009-5 . ISSN 2398-9629 . S2CID 134065012 .  
  15. ^ Ахмад, Shamsad (май 2003). «Коррозия арматуры бетонных конструкций, ее мониторинг и прогнозирование срока службы - обзор». Цементно-бетонные композиты . 25 (4–5): 459–471. DOI : 10.1016 / S0958-9465 (02) 00086-0 .
  16. ^ Неразрушающий контроль железобетонных конструкций. Том 1, Процессы износа и стандартные методы испытаний . CRC Press. 2010. С. 28–56. ISBN 9781845699536.
  17. ^ а б Аггарвал, Паратибха; Аггарвал, Йогеш (2020). «7 - Карбонизация и коррозия SCC». Самоуплотняющийся бетон: материалы, свойства и применение . Издательство Вудхед. С. 147–193. DOI : 10.1016 / B978-0-12-817369-5.00007-6 . ISBN 978-0-12-817369-5.
  18. ^ Янг, JF; Бергер, Р.Л .; Бриз, Дж. (1974). «Ускоренное отверждение уплотненных растворов силиката кальция при воздействии CO2». Журнал Американского керамического общества . 57 (9): 394–397. DOI : 10.1111 / j.1151-2916.1974.tb11420.x . ISSN 1551-2916 . 
  19. ^ Монкман, Шон; Макдональд, Марк (ноябрь 2017 г.). «Об использовании двуокиси углерода как средстве повышения устойчивости товарного бетона». Журнал чистого производства . 167 : 365–375. DOI : 10.1016 / j.jclepro.2017.08.194 .
  20. ↑ Хигучи, Такаюки (30 сентября 2014 г.). «Разработка нового экологического бетона с отрицательными выбросами CO2». Строительные и строительные материалы . 67 : 338–343. DOI : 10.1016 / j.conbuildmat.2014.01.029 .
  21. ↑ Альтер, Ллойд (15 августа 2019 г.). «LafargeHolcim продает цемент для производства сборных железобетонных изделий с углекислотой, снижает выбросы на 70 процентов» . TreeHugger . Проверено 17 августа 2019 .
  22. ^ Вакифахметоглу, Чекдар; Гнев, Жан Франсуа; Атакан, Вахит; Куинн, Шон; Гупта, Суроджит; Ли, Цинхуа; Тан, Линг; Риман, Ричард Э. (2016). "Реактивное гидротермальное уплотнение жидкой фазы (rHLPD) керамики - исследование композитной системы BaTiO3 [TiO2]". Журнал Американского керамического общества . 99 (12): 3893–3901. DOI : 10.1111 / jace.14468 . ISSN 1551-2916 . 
  23. ^ Мейер, Винсент; де Кристофаро, Ник; Брайант, Джейсон; Саху, Сада (январь 2018 г.). «Цемент Solidia - пример улавливания и использования углерода». Ключевые инженерные материалы . 761 : 197–203. DOI : 10,4028 / www.scientific.net / KEM.761.197 . S2CID 139847915 . 
  24. ^ Чжан, Дуэт; Лю, Тианлу; Шао, Исинь (апрель 2020 г.). «Поведение при карбонизации бетона при раннем карбонизационном отверждении». Журнал материалов в гражданском строительстве . 32 (4): 04020038. DOI : 10,1061 / (ASCE) MT.1943-5533.0003087 .
  25. ^ Смог Eating Церковь Рима
  26. ^ Чжан, Дуэт; Шао, Исинь (1 октября 2018 г.). «Накипь на поверхности бетона с отверждением CO2, подверженного циклам замораживания-оттаивания» . Журнал утилизации CO2 . 27 : 137–144. DOI : 10.1016 / j.jcou.2018.07.012 . ISSN 2212-9820 . 
  27. ^ "Отчеты о поглощении CO2 от карбонизации бетона - баланс CO2" . www.dti.dk . Проверено 15 ноября 2019 .
  28. ^ «Перенаправление ...» cta-redirect.hubspot.com . Проверено 15 ноября 2019 .
  29. ^ Чен, Хайхань; Nanayakkara, Charith E .; Грассиан, Вики Х. (14 ноября 2012 г.). «Фотокатализ диоксида титана в химии атмосферы». Химические обзоры . 112 (11): 5919–5948. DOI : 10.1021 / cr3002092 . ISSN 0009-2665 . 
  30. ^ Баллари, ММ; Yu, QL; Брауэрс, HJH (17 марта 2011 г.). «Экспериментальное исследование разложения NO и NO2 фотокаталитически активным бетоном». Отдельные вклады 6 Европейской конференции по солнечной химии и фотокатализу: Экологические применения (Spea 6), 13 - й до 16 - го июня 2010 года . 161 (1): 175–180. DOI : 10.1016 / j.cattod.2010.09.028 . ISSN 0920-5861 . 
  31. ^ Хоссейни, Т .; Флорес-Вивиан, И .; Соболев, К .; Куклин, Н. (25.09.2013). "Фотовольтаическая солнечная батарея, встроенная в бетонный краситель" . Научные отчеты . 3 (1): 2727. DOI : 10.1038 / srep02727 . ISSN 2045-2322 . 
  32. ^ «Дискрет» . Хайке Клуссманн .
  33. ^ Рати, Акшат (2018-08-18). «Укладка бетонных блоков - это удивительно эффективный способ хранения энергии» . Кварц .
  34. ^ Чен, PW; Чанг, DDL; (1996). Бетон, армированный углеродным волокном, как искробезопасный бетон для оценки повреждений при статической и динамической нагрузке. http://wings.buffalo.edu/academic/department/eng/mae/cmrl/Carbon%20fiber%20reinforced%20concrete%20as%20an%20intrinsically%20smart%20concrete%20for%20damage%20assessment%20during%20static%20and% 20dynamic% 20loading.pdf
  35. ^ ПРОИЗВОДСТВО ЛУННОГО БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСПЛАВЛЕННОЙ СЕРЫ Заключительный отчет об исследованиях для JoVe NASA Grant NAG8 - 278 д-ром Хусамом А. Омаром
  36. ^ Федерация водной среды , Александрия, Вирджиния; и Американское общество инженеров-строителей , Рестон, штат Вирджиния. «Управление качеством городского стока». Практическое руководство ВЭФ № 23; Руководство ASCE и отчет по инженерной практике № 87. 1998. ISBN 978-1-57278-039-2 . Глава 1. 
  37. ^ Г. Аллен Бертон, младший; Роберт Питт (2001). Справочник по воздействию ливневых вод: набор инструментов для менеджеров, ученых и инженеров водоразделов . Нью-Йорк: CRC / Lewis Publishers. ISBN 978-0-87371-924-7. Глава 2.
  38. ^ Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Вашингтон, округ Колумбия. «Защита качества воды от городских стоков». Документ № EPA 841-F-03-003. Февраль 2003 г.
  39. ^ Соединенные Штаты. Национальный исследовательский совет. Вашингтон, округ Колумбия. «Управление городскими ливневыми водами в США». 15 октября 2008 г. С. 18–20.
  40. ^ a b «Бетонное покрытие с пропиткой» . Агентство по охране окружающей среды США . 6 августа 2014 г.
  41. ^ "Атланта является домом для крупнейшего проекта по производству водопроницаемых асфальтоукладчиков в США" . news.wabe.org . 2 ноября 2015 . Проверено 3 ноября 2015 .
  42. ^ Организация Объединенных Наций (2019). Мировая урбанизация перспектива: пересмотр 2018 . ISBN 978-92-1-148319-2.
  43. ^ Акбери Хаш; Карталис, Константинос; Колокоца, Дения; Muscio, Альберто; Пизелло, Анна Лаура; Росси, Федерико; Сантамурис, Матеос; Синнеф, Афродити; ВОНГ, Нюк Хиен; Зинзи, Микеле (18 декабря 2015 г.). «Местное изменение климата и методы смягчения последствий городского острова тепла - современное состояние» . Журнал гражданского строительства и управления . 22 (1): 1–16. DOI : 10.3846 / 13923730.2015.1111934 .
  44. ^ Yaghoobian, N .; Kleissl, J. (2012). «Влияние светоотражающих покрытий на энергопотребление зданий» . Городской климат . 2 : 25–42. DOI : 10.1016 / j.uclim.2012.09.002 .
  45. ↑ Померанц, Мелвин (1 июня 2018 г.). «Являются ли более прохладные поверхности уменьшением затрат для городских тепловых островов?» . Городской климат . 24 : 393–397. DOI : 10.1016 / j.uclim.2017.04.009 . ISSN 2212-0955 . ОСТИ 1377539 .  
  46. ^ Гилберт, Хейли Э .; Росадо, Пабло Дж .; Бан-Вайс, Джордж; Харви, Джон Т .; Ли, Хуэй; Mandel, Benjamin H .; Миллштейн, Дев; Мохег, Араш; Сабури, Араш; Левинсон, Роннен М. (15 декабря 2017 г.). «Энергетические и экологические последствия кампании прохладного тротуара» . Энергия и здания . 157 : 53–77. DOI : 10.1016 / j.enbuild.2017.03.051 . ISSN 0378-7788 . ОСТИ 1571936 .  
  47. ^ Sabnis, Gajanan М. (2015). Зеленое строительство с бетоном: устойчивое проектирование и строительство, второе издание . CRC Press. п. 12. ISBN 978-1-4987-0411-3.
  48. ↑ Стеффен, Алекс (апрель 2011 г.). Worldchanging: руководство пользователя для 21 века (пересмотренное и обновленное изд.). ISBN 978-0810997462.
  49. ^ Блох, Сэм. «Неужели крутые тротуары Лос-Анджелеса сделают пешеходов слишком горячими?» . CityLab .
  50. ^ Фаласка, Серена; Чианчио, Вирджилио; Салата, Фердинандо; Голаси, Якопо; Россо, Федерика; Курчи, Габриэле (октябрь 2019 г.). «Материалы с высоким альбедо для противодействия аномальной жаре в городах: оценка метеорологии, энергетических потребностей зданий и теплового комфорта пешеходов». Строительство и окружающая среда . 163 : 106242. дои : 10.1016 / j.buildenv.2019.106242 .
  51. ^ Hulley, ME (1 января 2012). «5 - Эффект городского острова тепла: причины и возможные решения» . Столичная устойчивость . Издательство Вудхеда: 79–98. DOI : 10.1533 / 9780857096463.1.79 .
  52. ^ Yamamoto, Ryoji; Нобухико, Нагаи; Коидзуми, Наоко; Ниномия, Рюрико (1999). «Концентрация пыли вокруг мест проведения работ по сносу после Великого землетрясения Хансин-Авадзи» . Гигиена окружающей среды и профилактическая медицина . 3 (4): 207–214. DOI : 10.1007 / BF02932260 . PMC 2723556 . PMID 21432527 .  
  53. ^ Ademola, JA; Огунелету, ПО (2005). «Содержание радионуклидов в бетонных строительных блоках и мощности дозы облучения в некоторых жилищах в Ибадане, Нигерия». Журнал экологической радиоактивности . 81 (1): 107–113. DOI : 10.1016 / j.jenvrad.2004.12.002 . PMID 15748664 . 
  54. ↑ Фудзита, Акико (16 января 2012 г.). «Радиоактивный бетон - последняя угроза для выживших на Фукусиме» .
  55. ^ PK Mehta: Технология бетона для устойчивого развития - обзор основных элементов, OE Gjorv, K. Sakai (Eds.), Технология бетона для устойчивого развития в 21 веке, E&FN Spon, Лондон (2000), стр. 83–94