Строение из бетона имеет низкие экологические характеристики

Обновлено: 14.05.2024

Недавние горячие споры про модульный дом показывают, что массовом сознании устойчивы некоторые мифы. К примеру, дома из бетона и кирпича не горят, а в деревянном срубе - целебный воздух. Однако это не совсем так.

МИФ: Бетон - один из самых экологически чистых материалов.

На самом деле:

Сегодня производство цемента вносит серьезный вклад в выбросы диоксида углерода в атмосферу. На его долю приходится 8% всех глобальных выбросов парниковых газов. С каждой тонны цемента образуется 900 кг углекислого газа. Цементная индустрия является мощным потребителем электроэнергии, получаемой за счет сжигания ископаемого топлива.
Кроме того, покрытие мегаполисов асфальтом и бетоном подогревают "городскую температуру". Бетон, покрывая тротуары и значительные горизонтальные пространства, увеличивает поверхностный ливневой сток, а это ведет к эрозии почв и их деградации.
При производстве бетона и бетонных конструкций поглощается десятая часть мирового промышленного потребления воды.
В составе бетонной смеси могут находится природные радиоактивные вещества радий, цезий, торий. Они не повышают радиоактивный фон в помещении, но влияют на появление в нем газа радона.
Теоретически бетон может быть утилизирован, но его переработка слишком дорогая штука. 17 % мировых свалок являются захоронениями бетонных отходов.

Источник сведений: Отчет Chatham House

Миф 2: В деревянном доме нет вредных летучих соединений

Мы привыкли считать, что деревянный дом - это самое экологически чистое жилище, а во всяких сип-панелях, каркасниках и прочих "прогрессивных технологиях" полно опасного формальдегида и фенола.

В свежем сосновом срубе приятно пахнет смолой и это кажется целебным воздействием. Но оказывается, деревянный дом не такой уж и безобидный. К примеру, формальдегид - это органическое соединение, которое повсеместно присутствует в атмосфере, во многих природных объектах, в том числе в древесине. То есть в деревянном доме формальдегид тоже есть. Да, эмиссия формальдегида из натуральной древесины меньше, чем, к примеру, у композитных материалов, где используется соответствующий клей. Но необходимо суммировать все испарения формальдегида, и свежая древесина может вносить в этот объем значительную долю.

На самом деле

Выделение формальдегида из массива древесины сосны через 6 месяцев кондиционирования образцов в моделированных условиях эксплуатации при насыщенности 2,2 м2/м3, температуре 20, 40°С и газообмене 1 объём/ч составляет 0,15 мг/м3 и 0,165 мг/м3 и превышает ПДК формальдегида для воздуха жилых помещений в 15–17 раз.

Причем, чем выше температура и влажность, тем эмиссия (выброс) формальдегида будет больше. Чтобы уменьшить его воздействие, эксперты предлагают обработать древесину лаком или краской, это "запечатает запах" внутри. Кроме того, необходимо регулярно проветривать квартиру, что должно уменьшить концентрацию формальдегида и других вредных веществ, к примеру, углекислого газа.

МИФ 3: Существуют негорючие дома из камня, кирпича, железобетона

На самом деле , материал может быть и слабогорючий или негорючий. Но дом - это целая конструкция, наполненная множеством предметов: мебелью, отделкой, текстилем, которая как раз горит. При повышении и длительном его воздействии конструкция теряет свою прочность. Нередко даже кирпичные стены трещат и лопаются, разрушается цементный раствор. Но даже если стены и сохранили свою несущую способность, пожар все равно оставляет серьезные последствия.

Поэтому рекомендуют уделять внимание не только негорючим материалам, но системам пожарообнаружения и пожаротушения, чтобы объем и длительность воздействия огня не стала критической.

В классическом виде, бетон состоит из цемента, смешанного с гравием и песком. Полученную массу разбавляют с водой, до получения однородного вяжущего вещества.

Однако бетон не является экологически чистым материалом. Его получение напрямую влияет на разрушение окружающей среды, из-за разработки песчаных карьеров. И это, не считая получения цемента, на 1 тонну производства которого приходится выделение 1 тонны углекислого газа.

Исследования в области создания новых сортов бетона ведутся постоянно. Для создания экобетона, работы ведутся в нескольких направлениях:

применение инновационных технологий в производстве строительной смеси, снижающих выброс загрязняющих веществ в атмосферу;
замена связывающего вещества (в основном цемента) на экологически чистый продукт;
расширение качественных характеристик материала.

Преимущества экобетона

Производство экологичного бетона очень важный момент в современном строительстве. Рассмотрим один из способов его получения на примере принципиально нового вида цементного композита (EDCC), разработанного в Канаде.

Он представляет собой смесь цемента, полимерных волокон, летучей золы, а также других промышленных добавок. Создание цемента происходило на молекулярном уровне. Основной целью таких работ было получение сырья с высокими показателями прочности и гибкости. Однако за счет применения летучей золы, EDCC получился экологически чистым.

Заменив 70% смеси летучей золой, можно существенно снизить количество используемого цемента. Это не только снизит стоимость строительных работы, но и уменьшит выбросы в атмосферу углекислого газа. Кроме того, экологичный бетон используется не только при строительстве новых сооружений. Он хорошо подходит для укрепления старых зданий. С его помощью можно создавать даже коробы для взрывоопасных конструкций.

Проверка прочности

Новый вид бетона успешно прошел испытания на прочность. Исследователи распылили цементный композит на бетонные блоки толщиной 10 мм и создали имитацию землетрясения магнитудой в 9 баллов (как в Японии в 2011 году). Несмотря на такие большие нагрузки – бетон их выдержал.

Такой эксперимент позволил сделать вывод, что толщины 10 мм достаточно, для укрепления стен зданий на случай стихийного бедствия. При землетрясении стены, содержащие EDCC, не начнут крошиться, как это часто бывает с бетоном, а будут растягиваться и гнуться как металл.

Поэтому такой бетон не только снизит выбросы в атмосферу, но и обезопасит жизни многих людей, проживающих в районах, потенциально подверженных стихийным бедствиям.

Заключения

Появление инновационных методик, уменьшающих вредные выбросы в атмосферу, натолкнуло работников исследовательского университета США на разработку новой технологии. С её помощью можно производить цемент без применения высоких температур, до 240 °C. Такой уплотнение снизит до 70% количество парниковых газов, выделяемых при стандартном производстве. Если подсчитать количества производимого бетона в мире, то с использованием новой технологии, годовые выбросы углекислого газа можно уменьшить на 2 млрд. куб. м.

Несмотря на большое разнообразие новых технологий в производстве бетона, их всех объединяет один существенный недостаток – высокая стоимость. Чтобы массово внедрять производство новых видов бетона, нужно учитывать, что потребуется:

проведение испытаний с применением нагрузок;
разработка нормативно-технической базы;
учет планируемого применения материалов.

С учетом таких затрат, не сложно догадаться, что полную замену обычного бетона, сегодня не может позволить себе ни одно государство мира.

История бетона насчитывает сотни лет, но своей актуальности он не утратил и сегодня. Без этого материала не обходится современное строительство. С развитием новых технологий появилось много новых строительных материалов. Одним из требований к их качеству и свойствам является уровень экологической безопасности. Как правило, чем натуральнее материал, тем он натуральнее и дороже, при этом бетон — это удачное исключение.

Несмотря на свой современный и технологичный вид, этот строительный материал является одним из самых экологически безопасных. Все дело в том, что производство бетона осуществляется с использованием воды, песка, щебня, дробленого камня, которые являются природными компонентами.

Показатели экологической безопасности бетона

Понятие «экологичность» включает состояние окружающей среды и внутреннее пространство дома, офисов, производственных и других помещений. Говоря об экологичности бетона, берется во внимание не только его состав, но и свойства зданий и сооружений, возведенных из этого материала.

Бетон обладает высокими теплоизоляционными свойствами. На бетонных стенах не заводится плесень и грибок, опасные для здоровья людей. Поскольку в состав этого строительного материала не входят химические вещества, поэтому он не выделяет вредных испарений.

Минимальное количество пластифицирующих и улучшающих добавок подтверждают экологичность бетона. Материал не наносит вред здоровью людей и окружающей среде. Перед поставкой бетонных смесей на строительные площадки они проходят строгий контроль качества.

Экобетон

Сегодня экологичность бетона активно используется при создании новейших разработок. Например, уже сейчас на строительном рынке появился особый экобетон с высокими показателями водопроницаемости, который используется для обустройства зон отдыха и строительства открытых парковок.

Пористая структура экобетона обладает способностью хорошо пропускать воду без нарушения дренажной системы, расположенной на участке. Строгое соблюдение технологии производства обеспечивает высокий уровень экологичности, который позволяет использовать бетон для строительства учреждений с повышенными требованиями к безопасности для здоровья человека (медицинские, детские и др.).

Интересные факты о бетоне

Учитывая, что для производства бетонных смесей используются преимущественно вторичные материалы, существующий баланс в природе не нарушается. К преимуществам бетона можно отнести следующее.

Бетонные здания и сооружения различного назначения хорошо хранят тепло в зимний период, а летом — не сильно нагреваются, благодаря чему собственники могут снижать финансовые затраты на отопление и кондиционирование. Это значит, что меньшее потребление топлива сокращает количество выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания.

Исследования показывают, что движение автотранспорта по дорогам с бетонным покрытием способствует снижению расхода топлива и выбросов в окружающую среду.

Разработчики строительных материалов не останавливаются на достигнутом, сегодня уже есть добавки, которые при введении в состав бетона придают ему способность отталкивать пыль. Это качество особенно важно при строительстве промышленных зданий и сооружений в крупных городах.
Если подвести итоги, о бетоне можно сказать: полученный из природы строительный материал не нарушает ее баланса и служит человечеству уже многие столетия. Широкое применение материала в современном строительстве способствует поддержанию баланса в окружающей среде.

Экобетон (также называемый ограническим, биологическим и дренажным) – уникальный водопроницаемый бетон, имитирующий ненарушенную структуру естественного грунта. Наиболее часто экобетоном называют дренажный бетон – материал с пористой структурой, с общим объемом открытых и закрытых заполненных воздухом пор от 15 до 30%. Визуально изделие из экобетона напоминает «сыр» – очень дырчатый, а вода фильтруется через такое изделие буквально за считанные минуты. Именно пористая структура с частью открытых пор обуславливает такую быструю фильтрацию – один кв. метр плоскости пропускает за минуту 100-200 л воды. Водопроницаемые дорожки в саду, сохраняющие прочность годами, мирно существующие в среде круговорота ливней и солнца бетонные фундаменты, каркасные опоры и целые постройки – это только бытовой уровень, но применение экологического бетона в городах показывает и другие перспективы.

Экологический бетон

Экологический бетон помогает сохранять природную среду, что очень важно для городской застройки. Непроницаемые стекло, плотный бетон, асфальт – все эти конструкции отводят воду с поверхности, поскольку вода их природный враг и разрушает монолитные структуры. Излишняя вода в городах отводится в ливневую канализацию и через коллекторы уходит за пределы застройки, в реки, для орошения полей и так далее. Но естественный природный цикл при этом неизбежно нарушается, что очень хорошо заметно в городах: загазованность, резкое повышение температуры в жару, колебания влажности – все эти приметы больших городов ощущаются в полноте только за городом, на даче или в лесу. Городские цветы на клумбах погибнут за двое-трое суток, если не получат искусственного полива или не случится дождя, тяжело приходится и деревьям – все это следствия нарушений водно-грунтового баланса.

Водопроницаемые бетонные покрытия в городе могут стать залогом возвращения экологической ситуации к природной – бетон будет пропускать ливневые воды непосредственно в грунт. Дренажные системы останутся и будут работать, но с меньшей нагрузкой.

Если асфальт и асфальтобетон – плотные малопористые монолиты, то экобетон на 20-25% воздух, это дает экономию ресурсов. Кроме того, привычные асфальты – продукты нефтепереработки – за десятки лет развития технологий нисколько не стали полезнее и все так же выделяют токсины, загрязняющие воздух и вредящие здоровью горожан.

Экобетон устойчив в холодном и суровом климате, это следствие повышения морозостойкости за счет пористой структуры. Срок эксплуатации дорожных покрытий из экобетона даже больше по сравнению с асфальтом – не менее 15 лет. На сегодняшний день пористые органические бетоны наиболее широко применяются в Европе и США: и это не только городские тротуары и автопарковки, парковые зоны и жилые районы, но и магистральные дороги.

В благоустройстве частного дома пористый органический бетон достоин намного большей популярности. Возможности экобетонных покрытий и построек огромны – для создания зеленых зон и сохранения существующей природной среды с естественным оборотом воды. Имеются примеры использования экобетона в зеленом строительстве: можно создавать экобетоны с наполнителем из семян газонных и луговых трав, способных прорасти прямо сквозь пористый бетонный массив. Устройство вертикальных садов и зеленых стен из органического бетона – это новые технологии и дизайны городов. В поры биологического бетона так же можно добавлять семена растений, и получать островки растительности в экстремальных условиях высотных зданий, стесненной застройки, среди стекла и асфальта.

Органический бетон

Трава и бетон, как известно, не друзья – самая неприхотливая трава может расти на бетоне только при условии дренажа и поверхностного слоя почвы хотя вы в 3-4 см, при этом разрушение бетона произойдет намного быстрее. Но экобетон – это практически симбиоз искусственной и природной жизни. Новая технология бетона только испытывается, это скорее поиски, чем реальная быстрая перспектива – ведь в наших городах пока еще не появилось бетонно-травянистых покрытий. Чтобы создать общую среду из бетона и растительной жизни, на первом этапе достаточно заменить цементное вяжущее в бетоне на фосфат магния, а щелочную среду превратить в кислую. Это даст возможность развиваться микроорганизмам, а внедренные в массив бетона семена трав смогут прорастать сквозь поры. Выбор этих растений невелик, их корневая система должна быть компактной – это семейство мхов и лишайников. Бетон с лишайником в качестве дизайнерской новинки – уже не новость, во многих городах мира успешно практикуются подобные методы озеленения.

Что касается современных технологий создания органических экобетонов: можно повышать пористость материала искусственно, вводя активный кремнезем природного происхождения (пуццолану, туфовые и трассовые добавки и др.), а можно соединять бетонные фрагменты, создавая соты – ячеисто-пористую структуру, на четверть состоящую из воздуха. Заселив органические блоки лишайниками, можно ускорять процессы укрепления габионов, облицовывать фасады зданий био-панелями, создавать зеленые архитектурные формы самого разного назначения. Биологический бетон сегодня применяют для обустройства набережных, блоки «живого» бетона включают в подпорные стены, фасадные отделки, применяют для озеленения крупных промышленных зданий.

Трасс в современном экобетоне

Для экобетонов и геобетонов значение гидравлических вяжущих огромно: трасс и туф, пемза и «санторинская земля» и многие другие природные компоненты современных бетонов не просто облегчают строителю работу. Да, гидравлические вяжущие повышают пластичность бетонных смесей, делают возможными не только монолитные работы, но и всевозможные штукатурки и отделки. Смесь становится мягче, застывает дольше, и при этом намного лучше уплотняется ручным и механическим способом. Можно уплотнить жесткий трассовый бетон (например, известную марку Трасс Тубаг – дренажный бетон) даже не вибратором и виброрейкой, а обычной трамбовкой, или ручным садовым инструментом, по старинке способом штыкования. Составами с трассом заделывают плитные швы, работающие в уличных условиях. Но основная задача – это повысить прочность бетона, работающего в суровом климате и в водной среде, для этого и вводятся в рецептуру трассовые и другие гидравлические вяжущие.

Если в составе и наименовании цемента есть слово «пуццолана», это значит, что в заводской технологии предусмотрено перемалывание портландцемента с трассом (туфом, пемзой) непосредственно со смешиванием, а полученный сухой состав оптимален по составу и однороден. В наше время трассовые добавки-вяжущие, трассовые цементы и извести все более востребованы, без них уже немыслимы профессиональные новые технологии строительства. В современном экобетоне трассовые добавки обеспечивают дополнительную прочность сверх-пористому камню, дают уникальные качества твердения в воде и стойкости в водной среде. Пропуская воду как морская губка, жесткий экобетон остается прочным камнем и проявляет свои уникальные качества, включая «симбиоз» с живыми растениями.

Международная федерация конструктивного бетона (FJB) выпустила в свет три важных документа: "Воздействие бетона на экологию", "Экологические вопросы производства сборного бетона" и "Рециклирование, или повторное использование бетона оффшорных конструкций". Выход подобных бюллетеней лишний раз свидетельствует, что бетон оказывает воздействие на человека и окружающую среду с самого момента его изготовления, в ходе эксплуатации конструкций из него и даже после окончания сроков его эксплуатации.

Конечно, конструкции из бетона выполняют, прежде всего, защитную роль как для человека, так и для окружающей среды. Но и окружающая среда зачастую оказывает весьма вредное воздействие на бетон, и приходится принимать меры по его защите. Какова же отрицательная роль бетона в его взаимоотношениях с человеком и природой?

Начнем с процесса приготовления бетона. Здесь человек подвергается воздействию щелочей и хроматов, содержащихся в цементе. С этим явлением достаточно успешно борются, предотвращая контакт бетонных и растворных смесей с кожей рук и глазами человека при работе.
Однако есть еще шум и вибрация, воздействие которых на работающих и находящихся в зоне изготовления бетона различно. Во многих странах законодательно установлены допустимые нормативы шума для жилых и промышленных зон как в дневное, так и в ночное время. Разработано много мер технического характера по снижению уровня шума и вибрации, однако наиболее эффективной мерой является сравнительно недавнее изобретение — самоуплотняющийся бетон. Разработан он в Японии с целью значительного повышения качества, устранения вибрирования при укладке, повышения культуры, безопасности и привлекательности труда строительных рабочих и снижения вредного влияния процесса бетонирования на окружающую среду.

Вообще-то бетонные конструкции, как правило, весьма стабильны во времени и не оказывают в ходе их эксплуатации вредного воздействия на окружающую среду, в том числе на питьевую воду. Более того, такие конструкции служат защитой от радиации и вредных химических воздействий, выполняя роль так называемого иммобилизатора и стабилизатора. Однако в некоторых случаях бетоны могут быть источниками загрязнения среды при выделении из них некоторых неорганических элементов, в том числе солей тяжелых металлов. В бюллетене "Воздействие бетона на экологию" представлены методы испытания бетонов, разработанные в ряде стран для проверки бетонов на их способность такого выделения, и там же представлены рекомендации по предотвращению или ослаблению такого явления.

В городе человек проводит почти 90% своего времени в помещениях, поэтому качество среды внутри помещения является значимым фактором. Смена воздуха в современных весьма теплоизолированных помещениях снизилась только за последние годы с 1 до 0,3 цикла/час. Бетон в жилых зданиях — это конструкции, содержащие цемент, крупный и мелкий заполнитель, арматуру и добавки. Наиболее вероятным источником летучих выделений могут быть химические добавки, содержащиеся примерно в 50% всего производимого в мире бетона. Однако известные экспериментальные данные показывают, что роль бетона в общем количестве содержащихся в воздухе помещений летучих веществ ничтожно мала.
Отдельно рассмотрены вопросы радиационного излучения строительных материалов, которые именуют "природной радиацией". Концентрации радиоактивных нуклидов в разных материалах, в том числе и компонентной бетонной смеси, представлены в виде таблиц. Оценка допустимой дозы радиации производится с помощью представленных эмпирических формул. В этом же разделе бюллетеня рассмотрены проблемы экологичности различных помещений с точки зрения излучения и накопления природного газа радона.

Бытующее мнение о том, что железобетонные ограждающие конструкции изменяют магнитное поле в помещениях, что может сказываться на здоровье людей, не подтверждается специальными опытами. Никакого (положительного или отрицательного) влияния на человека наличие стальной арматуры и различных металлических трубопроводов в ограждающих конструкциях не выявлено. Однако все возрастающее количество техногенных отходов, используемых в качестве заполнителей для бетона, требует постоянного изучения с точки зрения их воздействия на человека.
В бюллетене "Экологические вопросы производства сборного бетона" утверждается, что влияние технологии сборного железобетона и его применения в строительстве более биопозитивно. Такой бетон изготавливается в закрытых помещениях, и этот процесс достаточно легко контролируется. Совершенно естественно, что сборный бетон в силу его более высокого качества является более надежным и долговечным, более экономичным по расходу материалов и энергии, может использоваться повторно в ходе реконструкции сооружений, имеет более привлекательный внешний вид и т.д. Сравнительные испытания, проведенные в Нидерландах при возведении перекрытия, показали, что по расходу бетона, арматуры, энергии и количеству образующихся отходов сборные плиты значительно более экономны и потребляют на 40% меньше бетона и на 50% меньше стали.

У сборного бетона, как и у монолитного, есть ряд недостатков, среди которых — например, большой собственный вес, отходы, образующиеся при изготовлении конструкций (около 100 кг при производстве 1 м3 продукции). Однако в заводских условиях утилизация этих отходов значительно упрощена. Приводятся данные о теплоэнергетическом эффекте бетона, который некоторые специалисты называют "аккумулятором энергии". Теплоемкость его составляет величину порядка 2400 kJ/m3/°K. Стандартная квартира включает в себя около 30 м3 бетона, что означает увеличение тепловой энергии на 70 MJ при увеличении температуры окружающего воздуха на 1°С. Для условий скандинавских стран максимальный годовой расход тепла на отопление составляет 150 kWh/m2, что для современной квартиры площадью 80 м2 составляет 45 GJ. Например, в здании телефонной компании в г. Бергене (Норвегия) из сборного железобетона за счет использования тепломассы бетона и рациональной естественной вентиляции удалось снизить затраты на эксплуатацию до 7 евро/м2 при 17 евро/м2 в среднем по стране.
В настоящее время более 30 гравитационных нефте- и газодобывающих платформ из высокопрочного бетона объемом от 10 до 250 м3 каждая находятся в различных регионах Северного моря на глубинах от 40 до 300 м.

В соответствии с международным соглашением страны — владельцы платформ обязались удалить их с шельфа после окончания эксплуатации. Затопление в море, оставление платформы целиком или частично в море запрещено. В бюллетене "Рециклирование, или повторное использование бетона оффшорных конструкций" даны рекомендации по проведению такой операции и утилизации материала платформы в качестве крупного заполнителя в соответствии с европейским стандартом EN12620 "Заполнители для бетона".
Таковы экологические аспекты применения бетона.

Подготовил Вячеслав ГИЛЕВИЧ

Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 24 за 2004 год в рубрике бетон

Читайте также: