Вреден ли цемент для окружающей среды

Глобальные проблемы, связанные с охранной окружающей среды и существованием всего человечества волнуют сегодня каждого. Каждый день по всему миру происходят аварии на производстве, разливается нефть во всемирные воды океана, выхлопные трубы выпускают огромное количество газов в атмосферу. Актуально рассмотреть более детально строительную область. Стройка всегда связана с бетоном, а бетон создается из такого материала как цемент. Производство цемента сегодня остается сложным процессом. Поэтому следует узнать, существует ли вред цемента и цементной пыли для здоровья человека?

Ранее в качестве связующего в растворные смеси добавляли яйца, они выполняли свойство адгезии. Это экологически чистый продукт. Сегодня в бетонные и растворные смеси кладут цемент. Без этого строительного материала невозможно представить ни одну современную стройку или ремонт в доме. Бетон или иные производные из цемента присутствуют практически в каждом доме, и является абсолютно безвредным для человека, это экологически безопасная составляющая. Но цемент, из которого делают бетон, оказывает негативное влияние на здоровье человека.

Вред цементной пыли

Особая опасность представляется для работников стройки. При работе с цементом всегда возникает пыль, которая поднимается в воздух. Строитель автоматически получает «удары» на организм с трех сторон: глаза, кожа, легкие. Цементная пыль, в первую очередь, воздействует на глаза. Они начинают часто слезиться, тем самым защищает организм от внешнего раздражителя. Со временем защитные свойства разрушаются, что приводит к слепоте человека.

Далее под «ударом» находится кожа. Если кожные покровы тела не будут защищены специальной одеждой, то цементная пыль начнет осушать кожу человека, поглощая из нее влагу. Таким образом, кожа становится сухой, появляются трещины и ранки, которые в дальнейшем могут кровоточить. Данный процесс является весьма болезненным и неприятным, и может повлечь за собой инфекционные заболевания.

Самая опасная область, куда может попасть цементная пыль – это легкие. Мягкая легочная ткань постепенно становиться огрубевшей. Воздействие стройматериала является очень опасным для здоровья человека. При попадании цементной пыли в легкие начинается необратимый процесс разрушения.

Структура легких меняется и появляется хронический бронхит или астма. Этот процесс происходит постепенно, и человек может не сразу почувствовать негатив. Через некоторое время начинают появляться заболевания, в процессе специалисты начинают выяснять, что эта болезнь связана с применением цемента, поэтому зачастую в конечном итоге ставится диагноз в результате профессионального заболевания.

Работодатель начинает выяснять обстоятельства и проводить необходимые расследования, а это очень сложный процесс. В любом случае ничем хорошим он не завершается, а наоборот работнику оформляют инвалидность, а работодателя облагают немалыми штрафами. Почему это все происходит? Дело в том, что работодатель не выдал работающему средство индивидуальной защиты – респиратор, или выдал, но не проконтролировал, что тот его применяет.

То есть вина в этом случае работодателя. Но если респиратор или маска были выданы своевременно и это можно доказать подписью работника в карточке выдачи спецодежды, да еще и постоянно предупреждали об использовании этой маски тоже письменно под личную подпись, то здесь точно виноват сам работник. Что делать во втором случае, решает представитель министерства здравоохранения.

При отсутствии полноценной защиты для работника стройки, его жизнь находится в опасности. К тому же, негативное воздействие оказывается и на растения. Пыль покрывает листья сверху. Тем самым препятствует проникновению солнечных лучей. Процесс фотосинтеза не происходит и растение в скором времени погибает. Поэтому однозначно, вред цемента и цементной пыли на здоровье человека и растения присутствует. В случае если не остановить агрессивное воздействие пыли, может наступить смерть.

Как обезопасить себе от воздействия пыли?

Чтобы исключить контакт цементной пыли с организмом человека необходимо научиться правильно пользоваться средствами индивидуальной защиты и спецодеждой. Для защиты органов дыхания необходимо применять маски или респираторы. Чтобы защитить глаза от цементной пыли нужны очки. Для защиты кожного покрова необходимо надеть спецодежду и спецобувь.

Одежду следует застегнуть на все пуговицы, куртку заправить в брюки и только тогда приступать к выполнению работ. Важно помнить, что ваша безопасность находиться в ваших руках, и никто другой не спасет вас от воздействия негативных факторов, как бы он этого не хотел и не желал. Вы вправе отказаться от выполнения трудовых обязанностей, если вас не обеспечили средствами СИЗ и спецодеждой.

Источник

Воздействие бетона на окружающую среду — Environmental impact of concrete

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 . 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 — один 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 из-за его более высокого альбедо . Однако оригинальная 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 . Мокрый бетон очень щелочной, и с ним всегда следует обращаться с надлежащими средствами защиты. Вторичная переработка бетона расширяется в связи с повышением осведомленности об окружающей среде , законодательством и экономическими соображениями. И наоборот, использование бетона сокращает использование альтернативных строительных материалов, таких как дерево, которое является естественной формой связывания углерода . Бетонные конструкции служат намного дольше деревянных.

СОДЕРЖАНИЕ

Выбросы углекислого газа и изменение климата

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 химические процессы и 40% — на сжигание топлива. CO
2 для 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). Выбросы CO ₂ при производстве бетона прямо пропорциональны содержанию цемента в бетонной смеси; При производстве каждой тонны цемента выбрасывается 900 кг CO ₂ , что составляет 88% выбросов, связанных со средней бетонной смесью. Производство цемента способствует увеличению выбросов парниковых газов как непосредственно за счет производства диоксида углерода, когда карбонат кальция термически разлагается с образованием извести и диоксида углерода , так и за счет использования энергии, в частности, за счет сжигания ископаемого топлива .

Стоит отметить одну область жизненного цикла бетона — это тот факт, что бетон имеет очень низкую воплощенную энергию на единицу массы. Это в первую очередь 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. Это означает, что на транспортировку приходится только 7% воплощенной энергии бетона, а на производство цемента приходится 70%. При общей воплощенной энергии 1,69 ГДж / т 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 будет означать значительную экономию энергии.

Смягчение

Улучшения дизайна

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 снижению выбросов.

Производство и использование цемента

Одна из причин, по которой выбросы углерода настолько высоки, заключается в том, что цемент должен быть нагрет 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, следовательно, 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 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 при ударе таким же или даже большим, чем у алита.

Другой подход заключался в частичной замене обычного клинкера такими альтернативами, как летучая зола, зольный остаток и шлак, которые являются побочными продуктами других отраслей промышленности, которые в противном случае оказались бы на свалках . Летучая зола и зольный остаток поступают с теплоэлектростанций , 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.

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. Другой — мост I-35W Saint Anthony Falls Bridge , который был построен из новой бетонной смеси, которая включала различные составы портландцемента , летучей золы и шлака в зависимости от части моста и требований к свойствам материала.

Кроме того, для производства бетона требуется большое количество воды, и на мировое производство приходится почти десятая часть мирового промышленного водопотребления. 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 нагрузку на водные ресурсы в регионах, подверженных засухе: «В 2050 году 75% потребности в воде для производства бетона, вероятно, будет приходиться на регионы, которые ожидаются. испытывать водный стресс ».

Углеродистый бетон

Карбонатация в бетоне — это образование карбоната кальция (CaCO3) в результате химической реакции. 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.
2 не растворяется в воде

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

Карбонизация при выветривании , происходит в бетоне, когда соединения кальция вступают в реакцию с углекислым газом CO.
2 из атмосферы и воды в порах бетона. Реакция следующая: ЧАС 2 О <\ displaystyle <\ ce >>

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

H2CO3>>>»> CO 2 + ЧАС 2 О ↽ — — ⇀ ЧАС 2 CO 3 <\ displaystyle <\ ce >> H2CO3>>>»>

углекислый газ + вода → углекислота

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:

Карбонизация в раннем возрасте — это когда мы вводим CO
2 на ранних стадиях приготовления свежего бетона-премикса или при первоначальном отверждении, оно может быть как естественным за счет воздействия, так и ускоренным путем увеличения прямого поступления CO
2 . 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 году как:

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

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

Канадская компания запатентовала и ввела в коммерческий оборот новую технологию, в которой используется карбонизация в раннем возрасте для секвестрации 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., на длительные периоды 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»

Другой предложенный метод улавливания выбросов заключается в поглощении CO ₂ в процессе отверждения путем 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.

В августе 2019 года было объявлено о снижении выбросов CO _{2 в} цементе, что «снижает общий углеродный след в сборном железобетоне на 70%». База 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 называемого гидротермальным уплотнением жидкой фазы (rHLPD). Раствор, смешанный с H
2 O и CO
2 проникает 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 кальциево-силикатным бетоном (CSC-C) заключается в реакции окончательного отверждения между водой и CO
2 раствор и семейство 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 «

Однако, поскольку методы карбонизации в раннем возрасте получили признание благодаря значительному улавливанию углерода , некоторые авторы утверждают, что карбонизация в раннем возрасте при карбонизации выветривания имеет эффект отверждения для сборного железобетона. (> 0,65> 0,65) с большей вероятностью будут подвержены карбонизации при выветривании », и сообщаем, что это может ослабить его прочностные характеристики на стадиях коррозии в течение всего 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.

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 путем отверждения карбонизацией, также демонстрирует превосходные характеристики при физическом разложении, например, при замораживании-оттаивании, в частности, из-за эффекта уплотнения пор, вызванного осаждением продуктов карбонизации.

Некоторые исследования связывают сокращение CO ₂ с производством бетона, но в основном они написаны авторами, связанными с предлагаемым решением или бетонной промышленностью. Это должно вызывать беспокойство по поводу того, что эти решения являются « зеленым» . Выбросы CO ₂ из бетона происходят из-за цемента в смеси, методы уменьшения количества цемента — единственные проверенные методы уменьшения выбросов.

Фотокатализ для уменьшения смога

TiO ₂ , полупроводниковый материал, демонстрирующий фотокаталитические свойства, использовался 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 . Было продемонстрировано , что NO _x не только способствует загрязнению городов, но и вызывает широкий спектр неблагоприятных последствий для здоровья и окружающей среды; Эти эффекты включают в себя запуск респираторной недостаточности, 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 . Одним из предлагаемых 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 ₂ генерирует электроны и дырки, что позволяет NO окисляться до NO ₂ и NO ₂ с последующим 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 :

Захват электрона / дырки:

Атака гидроксильных радикалов:

Рекомбинация электронов и дырок:

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

Встроенные солнечные элементы

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%. 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 на бетон органических красителей, вырабатывающих электричество.

Хранилище энергии

Хранение энергии стало важным аспектом 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 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.

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 нагружения. 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.

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 теперь 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 того, чтобы инфраструктура стала динамичной, которую можно было бы легко обслуживать и обновлять без нарушения существующего фундамента. Это простое нововведение сохраняет основы на протяжении всего жизненного цикла разработки.

Другая 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 аналогичную плотность, могут использоваться с существующей в настоящее время металлической арматурой, и они фактически набирают прочность быстрее, чем обычный бетон. до двух третей от общего потребления энергии в некоторых развивающихся странах, стоит подумать о любых улучшениях.

Изменения в использовании

Альтернативы бетону

В зависимости от количества, необходимого или используемого в целом, и количества, необходимого в сочетании с другими материалами для обеспечения структурной устойчивости здания, многие другие материалы также оказывают существенное негативное воздействие на окружающую среду. Например, хотя исследования и разработки по сокращению этих выбросов продолжаются, по состоянию на 2021 год на сталь приходилось

8% общих выбросов парниковых газов в мире.

Смеси глины — это строительный материал, альтернативный бетону, который оказывает меньшее воздействие на окружающую среду. В 2021 году был завершен первый прототип 3D-печатного дома Tecla , напечатанный из местных источников почвы и воды, а также волокон рисовой шелухи и связующего. Такие здания могут быть очень недорогими, хорошо изолированными, стабильными и устойчивыми к атмосферным воздействиям, адаптируемыми к климату, настраиваемыми, производиться быстро, требовать лишь очень небольшого количества легко обучаемого ручного труда , требовать меньше энергии, производить очень мало отходов и сокращать выбросы углерода из бетона.

Поверхностный сток

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. Без затухания водонепроницаемое покрытие в типичной городской местности ограничивает просачивание грунтовых вод и вызывает в пять раз больше стока, создаваемого типичным лесным массивом того же размера. В отчете Национального исследовательского совета США за 2008 год городской сток определен как главный источник проблем с качеством воды .

Пытаясь 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. При правильном проектировании и нанесении слоев проницаемый бетон и другие незаметно вымощенные участки также могут функционировать как автоматический фильтр для воды, предотвращая проникновение определенных вредных веществ, таких как масла и другие химические вещества. 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 снизить подверженность повреждению от замораживания-оттаивания и накоплению отложений.

Городское тепло

И бетон, и асфальт вносят основной вклад в так называемый эффект городского острова тепла . 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 будет добавлено 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 ». В результате мощеные поверхности представляют собой серьезную проблему из-за дополнительного потребления энергии и загрязнения воздуха, которое они вызывают.

Потенциал экономии энергии в пределах области также высок. При более низких температурах потребность в кондиционировании воздуха теоретически снижается, 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.

Кроме того, передача тепла от тротуаров, которые покрывают примерно одну треть типичного города США, 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. 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 высокого альбедо, имеют тенденцию терять отражательную способность, тогда как материалы с низким начальным альбедо могут увеличивать отражательную способность.

Организация Design Trust for Public Space обнаружила, что, немного увеличив значение альбедо в Нью-Йорке, можно добиться таких положительных эффектов, как экономия энергии, 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.

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. 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 на всех поверхностях 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 ».

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.

Бетонная пыль

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 .

Токсичное и радиоактивное загрязнение

Присутствие в бетоне некоторых веществ, в том числе полезных и нежелательных добавок, может вызвать проблемы со здоровьем. Природные радиоактивные элементы ( K , U , Th и Rn ) могут присутствовать в различных концентрациях в конкретных жилищах в зависимости от источника используемого сырья. Например, некоторые камни естественным образом выделяют радон, а уран когда-то был обычным явлением в шахтных отходах. Токсичные вещества также могут быть непреднамеренно использованы в результате загрязнения в результате ядерной аварии . 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.

Меры предосторожности при обращении

Обработка влажного бетона 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 надлежащим образом защищены, чтобы избежать прямого контакта с влажным бетоном, и при необходимости незамедлительно промыть.

Переработка бетона

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, собирают с мест сноса и пропускают через дробильную машину , часто вместе с асфальтом , кирпичами и камнями.

Источник

Вреден ли цемент для окружающей среды