Воздействие бетона на окружающую среду - Environmental impact of concrete - Wikipedia

В воздействие бетона на окружающую среду, его изготовление и применение сложны. Некоторые эффекты вредны; другие приветствуются. Многие зависят от обстоятельств. Главный компонент конкретный является цемент, имеющая свой экологические и социальные воздействия и вносит большой вклад в бетон.

В цементная промышленность является одним из основных производителей углекислый газ, мощный парниковый газ.[1] Бетон наносит ущерб самому плодородному слою земли, верхний слой почвы.Бетон используется для создания твердых поверхностей, которые способствуют поверхностный сток это может вызвать эрозия почвы, загрязнение воды и наводнение. И наоборот, бетон - один из самых мощных инструментов для надлежащего контроля над наводнением за счет плотина, отвод и отклонение паводковых вод, селей и т. д. Бетон светлого цвета может уменьшить городской остров тепла эффект, благодаря более высокому альбедо.[2] Однако исходная растительность приводит к еще большему выгода. Бетонная пыль, выделяемая снос здания и стихийные бедствия могут быть основным источником опасных загрязнение воздуха. Присутствие некоторых веществ в бетоне, включая полезные и нежелательные добавки, может вызвать проблемы со здоровьем из-за токсичности и (обычно естественного происхождения) радиоактивность.[3] Влажный бетон очень щелочной и всегда следует обращаться с надлежащими средствами защиты. Конкретный переработка отходов увеличивается в ответ на улучшение экологическая осведомленность, законодательство и экономические соображения. И наоборот, использование бетона сокращает использование альтернативных строительных материалов, таких как дерево, которое является естественной формой связывание углерода. Бетонные конструкции служат намного дольше деревянных.

Выбросы углекислого газа и изменение климата

Цементная промышленность является одним из двух крупнейших производителей двуокиси углерода (CO2), создавая до 8% мировых антропогенных выбросов этого газа, из которых 50% приходится на химический процесс и 40% - на сжигание топлива.[1][4] В CO
2 для производства конструкционного бетона (с использованием ~ 14% цемента) оценивается в 410 кг / м3 (~ 180 кг / тонна при плотности 2,3 г / см3) (снижена до 290 кг / м3 с 30% заменой цемента летучей золой).[5] Сотрудничество2 выбросы при производстве бетона прямо пропорциональны содержанию цемента в бетонной смеси; 900 кг CO2 выбрасываются при производстве каждой тонны цемента, что составляет 88% выбросов, связанных со средней бетонной смесью.[6][7]Производство цемента способствует увеличению выбросов парниковых газов как непосредственно за счет производства диоксида углерода, когда карбонат кальция термически разлагается, образуя Лайм и углекислый газ,[8] а также за счет использования энергии, в частности, от сгорания ископаемое топливо.

Стоит отметить одну из областей жизненного цикла бетона: он имеет очень низкую внутренная энергия на единицу массы. Это в первую очередь результат того, 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 меньшую 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 сокращение на 0,7% потребление энергии. В некоторых предлагаемых смесях, содержащих до 80% летучая зола, это обеспечит значительную экономию энергии.[7]

Улучшения дизайна

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

Производство и использование цемента

Одна из причин, по которой выбросы углерода настолько высоки, заключается в том, что цемент необходимо нагревать до очень высоких температур, чтобы клинкер формировать. Главный виновник этого алит (Ca3SiO5), минерал в бетоне, который затвердевает в течение нескольких часов после заливки и поэтому отвечает за большую часть его начальной прочности. Однако в процессе формирования клинкера алит также необходимо нагреть до 1500 ° C. Некоторые исследования показывают, что алит может быть заменен другим минералом, например белите (Ca2SiO4). 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, которые в противном случае оказались бы в свалки. Летучая зола и зольный остаток происходят из термоэлектрическая мощность заводов, а шлак - отходы доменные печи в черной металлургии. 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 - это I-35W Мост Святого Антония Фоллс, который был построен с использованием новой бетонной смеси, включающей различные составы портландцемент, 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. Исследование, появившееся в Экологическая устойчивость в 2018 году прогнозирует, что производство бетона в будущем увеличит нагрузку 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

Карбонизация в бетоне - это формирование Карбонат 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 Относительная влажность (Относительная влажность) 40-90%, когда относительная влажность выше 90% углекислый газ не может войти в конкретный поры, а также при относительной влажности менее 40% CO
2 не растворяется в воде [16]

Пористые структуры в свежем бетоне и бетоне с воздухововлекающими добавками

Бетон можно подвергнуть в основном двум типам карбонизации: выветривание карбонизация и карбонизация раннего возраста.[17]

Выветривание карбонизация, происходит в бетоне, когда соединения кальция реагируют с углекислый газ CO
2 из атмосферы и воды в порах бетона. Реакция следующая:

Во-первых, через химические выветривание CO
2 вступает в реакцию с водой в порах бетона с образованием Угольная кислота:

углекислый газ + вода → углекислота

Угольная кислота затем реагирует с карбонат кальция:

Са (ОН)2 + H2CO3 → CaCO3 + 2H2О

угольная кислота + карбонат кальция → бикарбонат кальция

Третий Однажды гидроксид кальция (Ca (OH) 2) карбонизирован, основной компонент Цемент Гель гидрата силиката кальция (также обозначенный как C-S-H) можно декальцинировать, позволяя высвобожденному CaO карбонатироваться:

ЧАС2CO3 + CaO → CaCO3 + H2О

Карбонизация в раннем возрасте - это когда мы вводим CO
2 на ранних стадиях приготовления свежего бетона-премикса или при первоначальном отверждении, он может быть как естественным путем воздействия, так и ускоренным путем увеличения прямого поступления CO
2.[17] Газообразный углекислый газ превращается 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] в качестве:

C3S + 3 CO2 + H2O → C-S-H + 3CaCO3 + 347 кДж / моль

C2S + 2 CO2 + H2O → C-S-H + 2CaCO3 + 184 кДж / моль

Канадская компания запатентовала и ввела в коммерческий оборот новую технологию, в которой для секвестрации используется карбонизация в раннем возрасте. CO
2. Это достигается путем прямого впрыскивания рециркулированного жидкого диоксида углерода из промышленных источников выбросов сторонних производителей в стадию влажной бетонной смеси во время производственного процесса. При этом химическая реакция CO
2 становится 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
2 улучшил прочность бетона на сжатие при одновременном снижении CO
2 выбросы в результате, что позволяет снизить нагрузку на цемент, в то же время имея «4,6% сокращение углеродного следа» [19]

Другой предлагаемый метод улавливания выбросов - поглощение CO2 в процессе отверждения за счет использования добавки (у-фазы дикальцийсиликата) для отверждения бетона. Использование угольной золы или другого подходящего заменителя теоретически может привести к образованию CO2 выбросы ниже 0 кг / м3, в сравнении с портландцемент бетон при 400 кг / м3. Самый эффективный метод производства этого бетона - использовать выхлопные газы электростанции, где в изолированной камере можно контролировать температуру и влажность.[20]

В августе 2019 года снижение выбросов CO2 был объявлен цемент, который «снижает общую углеродный след в сборный бетон на 70% ».[21] Основа этого цемента состоит в основном из волластонит (CaSiО3) и ранкинит (3CaO · 2SiO2) в отличие от традиционных портландцемент алит (3CaO · SiO2) белите (2 CaO · SiO2).

Запатентованный процесс изготовления бетона начинается со связывания частиц через жидкую фазу. спекание также называется гидротермальным уплотнением жидкой фазы (rHLPD).[22] Раствор, смешанный из ЧАС
2О и CO
2 проникает в частицы в реакции с окружающими условиями, создавая связь, которая создает негидравлический кальциево-силикатный цемент с пониженным содержанием извести (CSC). Кроме того, разница между традиционными портлендский бетон и этот карбонизированный силикатный бетон (CSC-C) находится в реакции окончательного отверждения между водойCO
2 раствора 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 кальцит (CaCO3) и кремнезем (SiО2), 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 благодаря значительному улавливанию углерода, некоторые авторы утверждают, что эффект отверждения карбонизации в раннем возрасте в условиях карбонизации выветривания для сборного железобетона "происходит". Экспериментальные результаты предполагают, что карбонизированные бетоны раннего возраста с высоким соотношением воды / цемента (> 0,65> 0,65) с большей вероятностью пострадают от карбонизации при выветривании ",[24] и сообщаем, что это может ослабить его прочностные характеристики на стадиях коррозии в течение срока службы.

Итальянская компания Italcementi разработал вид цемента, который предположительно снижает загрязнение воздуха, разрушая загрязняющие вещества, которые вступают в контакт с бетоном, за счет использования оксид титана поглощающий 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 построено из такого бетона.[25]

Другой 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 демонстрирует превосходные характеристики при физическом разложении, например, повреждении от замораживания-оттаивания, в частности, из-за эффекта уплотнения пор, вызванного осаждением продуктов карбонизации. [26]

Некоторые исследования связывают снижение CO2 к бетонному производству, но в основном они написаны авторами, связанными с предлагаемым решением или конкретной отраслью.[27][28] Это должно вызывать беспокойство, что эти решения Гринвошинг. Сотрудничество2 Выбросы из бетона происходят из-за цемента в смеси, методы уменьшения количества цемента - единственные проверенные методы уменьшения выбросов.

Фотокатализ для уменьшения смога

TiO2, полупроводниковый материал, демонстрирующий фотокаталитические свойства, был использован для удаления NOx из атмосферы. НЕТИкс виды, или оксид азота и диоксид азота (x = 1 и 2 соответственно), являются атмосферными газами, которые способствуют образованию кислотных дождей и смога, которые являются результатом городского загрязнения. Поскольку НЕТИкс образование происходит только при высоких температурах, оксиды азота обычно образуются как побочный продукт сжигание углеводородов. Помимо того, что они способствуют загрязнению городов, НЕТИкс также 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. В Всемирная организация здоровья (ВОЗ) рекомендовал максимальное НЕТИкс концентрация 40 мкг / м3.[29] Один предлагаемый путь уменьшения NOИкс концентрации, особенно в городских условиях, заключается в использовании фотокаталитического TiO2 смешивается с бетоном для окисления NO и NO2 с образованием нитрата. В присутствии света TiO2 генерирует электроны и дырки, что позволяет NO окисляться в NO2 и нет2 чтобы затем сформировать HNO3 через атаку гидроксильных радикалов. Адсорбция молекул:

О2 + сайт → OОбъявления
ЧАС2O + сайт → H2ООбъявления
НЕТ + сайт → НЕТОбъявления
НЕТ2 + сайт → НЕТ2ads

Генерация дырок и электронов через TiO2 активация:

TiO2 + hν → е− + ч+

Захват электрона / дырки:

час+ + H2ООбъявления → ОН· + H+
е− + O2ads → O2−

Атака гидроксильных радикалов:

НЕТОбъявления + ОН· → HNO2
HNO2 + ОН· → НЕТ2ads + H2О
НЕТ2ads + ОН· → НЕТ3− + H+

Рекомбинация электронов и дырок:

е− + ч+ → тепло

Другой путь окисления азота заключается в использовании УФ-излучения для образования NO.3.[30]

Встроенные солнечные элементы

В США скорость расширения бетона составляет более 250 000 миллионов акров в год. Сенсибилизированные красителем солнечные элементы заделка в бетон была предложена 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]

Хранилище энергии

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 поступает из насосная гидро, который использует избыточную выработку электроэнергии для закачки воды в дамбу, а затем позволяет падать и вращать турбины, производящие электроэнергию, когда потребность превышает выработку. Однако проблема с гидроаккумулятором заключается 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]

Прочие улучшения

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 углеродным волокном, которое обеспечивает электрический отклик, который можно использовать для измерения деформации. Это позволяет контролировать структурную целостность бетона без установки датчиков.[34]

В дорожное строительство и ремонтно-эксплуатационная промышленность ежедневно потребляет тонны углеродоемкого бетона для защиты придорожной и городской инфраструктуры. 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 существующих оснований. Это простое нововведение сохраняет основу на протяжении всего срока разработки.

Другая область конкретных исследований включает создание определенных «Безводные» бетоны для использования во внепланетной колонизации. Чаще всего в этих бетонах используется сера, которая действует как инертное связующее, что позволяет строить бетонные конструкции в условиях отсутствия или очень небольшого количества воды. Эти бетоны во многих отношениях неотличимы от обычного гидравлического бетона: они имеют аналогичную плотность, могут использоваться с существующей в настоящее время металлической арматурой, и они фактически набирают прочность быстрее, чем обычный бетон.[35] Это приложение еще предстоит исследовать на Земле, но производство бетона составляет две трети от общего потребления энергии в некоторых развивающихся странах,[9] стоит подумать о любом улучшении.

Поверхностный сток

Поверхностный сток, когда стекает вода непроницаемые поверхности, например, непористый бетон, может вызвать серьезные эрозия почвы и наводнение. Городской сток имеет свойство собирать бензин, моторное масло, тяжелые металлы, мусор и другие загрязняющие вещества с тротуаров, проезжей части и парковок.[36][37] Без затухание водонепроницаемое покрытие в типичной городской местности ограничивает просачивание грунтовых вод и вызывает в пять раз больше стока, создаваемого типичным лесным массивом такого же размера.[38] Отчет 2008 г. Национальный исследовательский совет США определили городской сток как ведущий источник качество воды проблемы.[39]

В попытке противодействовать отрицательному 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 уложении слоев проницаемый бетон и другие незаметно проложенные участки также могут функционировать как автоматический фильтр для воды, предотвращая проникновение определенных вредных веществ, таких как масла и другие химические вещества.[41] К сожалению, у крупномасштабных применений проницаемого бетона все еще есть недостатки: его пониженная прочность по сравнению с обычными пределами бетона используется в зонах с низкой нагрузкой, и он должен быть правильно уложен, чтобы уменьшить подверженность повреждению от замерзания-оттаивания и накоплению отложений.[40]

Городское тепло

И бетон, и асфальт вносят основной вклад в то, что известно как городской остров тепла эффект.[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, «к 2060 году в мире будет добавлено 230 миллиардов м2 (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 вызывают серьезную озабоченность из-за дополнительного потребления энергии и загрязнения воздуха.[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]

Кроме того, передача тепла от тротуаров, которые покрывают примерно одну треть типичного города США,[2] также может влиять на температуру и качество воздуха. Горячие поверхности нагревают городской воздух за счет конвекции, поэтому используйте материалы, поглощающие меньше солнечной энергии, например,альбедо тротуары, могут 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 с высоким альбедо имеют тенденцию терять отражательную способность, а материалы с низким начальным альбедо могут увеличивать коэффициент отражения. [46]

Организация Design Trust for Public Space обнаружила, что за счет небольшого увеличения значения альбедо в Нью-Йорке можно добиться таких положительных эффектов, как экономия энергии.,[47] заменой черного асфальта на светлый бетон. Однако зимой это может быть недостатком, поскольку 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: тепловой комфорт эффект, 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 открытом воздухе» (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

Снос зданий и стихийные бедствия, такие как землетрясения, часто выбрасывают в атмосферу большое количество бетонной пыли. Было установлено, что бетонная пыль является основным источником опасного загрязнения воздуха после Великое Хансинское землетрясение.[52]

Токсичное и радиоактивное загрязнение

Присутствие в бетоне некоторых веществ, включая полезные и нежелательные добавки, может вызвать проблемы со здоровьем. Естественный радиоактивный элементы (K, U, Чт, и Rn ) может присутствовать в различных концентрациях в бетонных жилищах 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 заражения ядерная авария.[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

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

Обработка влажного бетона всегда должна производиться с использованием надлежащих средств защиты. Контакт с влажным бетоном может вызвать кожный покров. химические ожоги из-за едкий характер смеси цемента и воды. Действительно, pH пресной цементной воды очень высок. щелочной за счет наличия бесплатных калий и гидроксиды натрия в растворе (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

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. Бетонный мусор когда-то регулярно отправлялся в свалки для утилизации, но рециркуляция 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, собирают с мест сноса и пропускают через дробильная машина, часто вместе с асфальт, кирпичи и скалы.

Железобетон содержит арматура и другие металлические элементы, которые удаляются с помощью магниты и переработаны в другом месте. Остальные агрегатные блоки сортируются по размеру. Более крупные куски могут снова пройти через дробилку. Меньшие куски бетона используются в качестве гравия для новых строительных объектов. Агрегатная база гравий 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 государством (VIRL research.codep), приблизительно установила, что почти 17% мировых свалок представляют собой побочные продукты производства бетона. напрасно тратить.

Смотрите также

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

Рекомендации

  1. ^ а б Инициатива устойчивого развития цемента: наша программа действий, Всемирный деловой совет по устойчивому развитию, стр. 20, опубликовано 1 июня 2002 г.
  2. ^ а б «Отчет о прохладном асфальте» (PDF). Агентство по охране окружающей среды. Июнь 2005 г.. Получено 6 февраля 2009.
  3. ^ CDC (07 декабря 2015 г.). «Излучение от строительных материалов». Центры по контролю и профилактике заболеваний. Получено 2019-02-25.
  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. Дхире; 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: настоящее и возможное будущее Цементная промышленность CO2 Выбросы ». Технологии контроля парниковых газов - 6-я международная конференция. Оксфорд: Пергамон. С. 995–1000. Дои:10.1016 / B978-008044276-1 / 50157-4. ISBN  978-0-08-044276-1.
  7. ^ а б Нисбет, М., Марсо, М., ВанГим, М. (2002). Инвентаризация жизненного цикла портландцементного бетона в окружающей среде. http://www.nrmca.org/taskforce/item_2_talkingpoints/sustainability/sustainability/sn2137a.pdf
  8. ^ EIA - Выбросы парниковых газов в США, 2006 г. - Выбросы двуокиси углерода В архиве 2011-05-23 на Wayback Machine
  9. ^ а б Зеленое здание. (1993). Цемент и бетон: экологические соображения. Дата обращения 2 ноября 2015.http://www.wbcsdcement.org/pdf/tf2/cementconc.pdf
  10. ^ а б Амато, Иван (2013). «Зеленый цемент: Бетонные решения». Природа. 494 (7437): 300–301. Bibcode:2013Натура.494..300А. Дои:10.1038 / 494300a. PMID  23426307. Получено 26 мая 2013.
  11. ^ Kim, 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. Дои:10.1061 / (восхождение) мт.1943-5533.0000624.
  12. ^ Фонтан, Генри (30 марта 2009 г.). «Бетон смешан с окружающей средой в сознании». Нью-Йорк Таймс. Получено 26 мая 2013.
  13. ^ а б Уоттс, Джонатан (25 февраля 2019 г.). «Бетон: самый разрушительный материал на Земле». Хранитель. ISSN  0261-3077. Получено 2019-02-25.
  14. ^ Miller, Sabbie A .; Хорват, Арпад; Монтейро, Пауло Дж. М. (январь 2018 г.). «Влияние бурного роста производства бетона на водные ресурсы во всем мире». Экологическая устойчивость. 1 (1): 69–76. Дои:10.1038 / с41893-017-0009-5. ISSN  2398-9629. S2CID  134065012.
  15. ^ Ахмад, Шамсад (май 2003 г.). «Коррозия арматуры бетонных конструкций, ее мониторинг и прогнозирование срока службы - обзор». Цементные и бетонные композиты. 25 (4–5): 459–471. Дои: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. Дои:10.1016 / B978-0-12-817369-5.00007-6. ISBN  978-0-12-817369-5.
  18. ^ Янг, Дж. Ф .; Berger, R.L .; Бриз, Дж. (1974). «Ускоренное отверждение уплотненных растворов силиката кальция при воздействии CO2». Журнал Американского керамического общества. 57 (9): 394–397. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1016 / j.conbuildmat.2014.01.029.
  21. ^ Альтер, Ллойд (15 августа 2019 г.). «LafargeHolcim продает цемент для производства сборных железобетонных изделий, поглощающий углекислый газ, снижает выбросы на 70 процентов». Дерево Hugger. Получено 2019-08-17.
  22. ^ Вакифахметоглу, Джекдар; Гнев, Жан Франсуа; Атакан, Вахит; Куинн, Шон; Гупта, Суроджит; Ли, Цинхуа; Тан, Линг; Риман, Ричард Э. (2016). «Реактивное гидротермальное жидкофазное уплотнение (rHLPD) керамики - исследование композитной системы BaTiO3 [TiO2]». Журнал Американского керамического общества. 99 (12): 3893–3901. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1061 / (ASCE) MT.1943-5533.0003087.
  25. ^ Римская церковь, поедающая смог
  26. ^ Чжан, Дуэт; Шао, Исинь (1 октября 2018 г.). «Образование накипи на поверхности бетона, отверждаемого CO2, подверженного циклам замораживания-оттаивания». Журнал утилизации CO2. 27: 137–144. Дои:10.1016 / j.jcou.2018.07.012. ISSN  2212-9820.
  27. ^ «Отчеты о поглощении CO2 в результате карбонизации бетона - баланс CO2». www.dti.dk. Получено 2019-11-15.
  28. ^ "Перенаправление ..." cta-redirect.hubspot.com. Получено 2019-11-15.
  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. Дои:10.1021 / cr3002092. ISSN  0009-2665.
  30. ^ Ballari, M.M .; Yu, Q.L .; Брауэрс, H.J.H. (2011-03-17). «Экспериментальное исследование разложения NO и NO2 фотокаталитически активным бетоном». Избранные материалы 6-го Европейского совещания по солнечной химии и фотокатализу: приложения для окружающей среды (SPEA 6), 13–16 июня 2010 г.. 161 (1): 175–180. Дои: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. Дои:10.1038 / srep02727. ISSN  2045-2322.
  32. ^ «Дискрет». Хайке Клуссманн.
  33. ^ Рати, Акшат (18.08.2018). «Укладка бетонных блоков - удивительно эффективный способ хранения энергии». Кварцевый.
  34. ^ Chen, P.W .; Chung, D.D.L; (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 НАСА, грант NAG8 - 278, доктор Хусам А. Омар
  36. ^ Федерация водной среды, Александрия, Вирджиния; и Американское общество инженеров-строителей, Рестон, Вирджиния. «Управление качеством городского стока». Практическое руководство ВЭФ № 23; Руководство ASCE и Отчет по технической 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. ^ а б «Пропускное бетонное покрытие». Агентство по охране окружающей среды США. 6 августа 2014 г.
  41. ^ «Атланта является домом для крупнейшего в США проекта по производству водопроницаемых асфальтоукладчиков». news.wabe.org. 2 ноября 2015 г.. Получено 2015-11-03.
  42. ^ Организация Объединенных Наций (2019). Перспективы мировой урбанизации: обзор 2018 г.. ISBN  978-92-1-148319-2.
  43. ^ Акбари, Хашем; Карталис, Константинос; Колокоца, Дения; Muscio, Альберто; Пизелло, Анна Лаура; Росси, Федерико; Сантамурис, Матеос; Синнеф, Афродити; ВОНГ, Нюк Хиен; Зинзи, Микеле (18 декабря 2015 г.). «Методы смягчения последствий изменения местного климата и городских островов тепла - современное состояние». Журнал гражданского строительства и менеджмента. 22 (1): 1–16. Дои:10.3846/13923730.2015.1111934.
  44. ^ Yaghoobian, N .; Kleissl, J. (2012). «Влияние светоотражающих покрытий на энергопотребление зданий». Городской климат. 2: 25–42. Дои: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. Дои:10.1016 / j.uclim.2017.04.009. ISSN  2212-0955. OSTI  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 по укладке тротуаров». Энергия и здания. 157: 53–77. Дои:10.1016 / j.enbuild.2017.03.051. ISSN  0378-7788. OSTI  1571936.
  47. ^ Сабнис, Гаджанан М. (2015). Экологичное строительство из бетона: устойчивое проектирование и строительство, второе издание. CRC Press. п. 12. ISBN  978-1-4987-0411-3.
  48. ^ Стеффен, Алекс (апрель 2011 г.). Изменение мира: руководство пользователя для 21 века (Пересмотренное и дополненное ред.). ISBN  978-0810997462.
  49. ^ Блох, Сэм. «Неужели крутые тротуары Лос-Анджелеса сделают пешеходов слишком жаркими?». 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. ^ Халли, М. Э. (1 января 2012 г.). «5 - Эффект городского острова тепла: причины и возможные решения». Столичная устойчивость. Издательство Вудхеда: 79–98. Дои:10.1533/9780857096463.1.79.
  52. ^ Ямамото, Рёдзи; Нобухико, Нагаи; Коидзуми, Наоко; Ниномия, Рюрико (1999). «Концентрация пыли вокруг мест проведения работ по сносу зданий после Великого землетрясения Хансин-Авадзи». Гигиена окружающей среды и профилактическая медицина. 3 (4): 207–214. Дои:10.1007 / BF02932260. ЧВК  2723556. PMID  21432527.
  53. ^ Ademola, J. A .; Огунелету, П. О. (2005). «Содержание радионуклидов в бетонных строительных блоках и мощности дозы облучения в некоторых жилищах в Ибадане, Нигерия». Журнал экологической радиоактивности. 81 (1): 107–113. Дои: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. ^ П.К. Мехта: Бетонные технологии для устойчивого развития - обзор основных элементов, О.Е. Гьорв, К. Сакаи (ред.), Технология бетона для устойчивого развития в 21 веке, E&FN Spon, Лондон (2000), стр. 83–94.