Эксперты NIST хотят сделать бетон экологичнее

Сделать бетон абсолютно безвредным для экологии непросто. Нужно отметить, что в большинстве случаев бетонные конструкции не оказывают вредного воздействия на окружающую среду и даже защищают от радиации и вредных химических воздействий. Однако иногда из-за несоблюдения технических нормативов при производстве этих стройматериалов из них выделяются загрязняющие вещества, в том числе соли тяжелых металлов. Кроме того, в процессе производства бетонных конструкций в качестве вяжущего вещества зачастую применяется цемент. Как известно, производство этого вещества является источником 5 % выбросов углекислого газа (CO2) в мире. Выбросы парниковых газов происходят вследствие преобразования сырья при высоких температурах, а также при сжигании топлива в ходе нагрева материала до нужной температуры. Ученые из Национального института стандартов и технологий США (National Institute of Standards and Technology; NIST) решили сделать рассматриваемый стройматериал менее опасным для природы и стали искать замену цементу.

Согласно новому докладу NIST, производительность, энергоэффективность и углеродный след бетонопроизводящей техники могут быть существенно оптимизированы. На углеродный след бетона (совокупное воздействие на окружающую среду) влияют многие факторы, которые могут быть подвергнуты оптимизации. Но наиболее перспективным способом повышения экологичности стройматериала, по мнению экспертов NIST, является сокращение количества используемого при производстве бетона портландцемента (данная разновидность цемента наиболее активно используется во всех странах). Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Он реагирует с водой, позволяя объединить песок, камни и другие наполнители внутри
бетонных конструкционных элементов. В зависимости от конкретной формулы, доля портландцемента в общей массе бетона составляет примерно от 30 до 50 процентов.



Плотина Hungry Horse, на реке Флатхед, штат Монтана (США), стала плацдармом для тестирования механизма использования летучей золы при производстве бетона. Проект был завершен в далеком 1953 году. При строительстве сооружения было использовано 120 тысяч тонн летучей золы. Это одна из крупнейших арочных плотин в регионе. Для обеспечения устойчивости в данном случае вместо веса самого сооружения используются особенности горизонтальной арочной геометрии плотины.

Как уже отмечалось выше, процесс произведение портландцемента очень энергоемкий. Исследования показывают, что почти килограмм углекислого газа попадает в атмосферу при производстве аналогичной массы бетона. Эксперты NIST отмечают, что цементная промышленность США потребляет 400 гигаджоулей энергии в год (0.1 гигаватт-час). Это эквивалентно энергии, необходимой для удовлетворения потребностей в электричестве более чем 3 миллионов типичных домохозяйств.

Новый доклад NIST - который разрабатывался в ходе семинара-практикума с участием отраслевых экспертов, представителей правительства, промышленности и научных кругов - определяет препятствия для массового перехода на бетон, в котором большая часть (30 процентов или более) портландцемента заменена летучей золой, возникающей при работе угольных электростанций, и другими побочными продуктами промышленного производства. Помимо барьеров исследователи описывают высокоприоритетные темы для дальнейшего изучения. В докладе говорится, что более широкому внедрению экологичного бетона среди прочего мешают "чрезмерно ограничительные нормы и спецификации", которые должны быть устранены.

Список приоритетных темы для дальнейших исследований, по мнению экспертов, должен включать в себя следующие направления:

• Разработка инструментов и показателей для количественной оценки преимуществ и недостатков использования различных материалов при создании конструкционных элементов из бетона.
• Разработка и утверждение компьютерных моделей, которые позволяют спрогнозировать эффективность смесей наполнителей и вяжущего вещества для создания бетона, как во время непосредственного строительства, также в долгосрочной перспективе (при эксплуатации объекта недвижимости, созданного из такого бетона).
• Совершенствование методов тестирования для определения характеристик материалов, таких как летучая зола, стекло, различные минералы, а также других заменителей портландцемента, чтобы определить, будут ли они отличаться необходимым уровнем эффективности.
• Углубление знаний в области химического взаимодействия элементов бетона при участии воды, которое происходит при введении в смесь побочных продуктов промышленного производства и другие компонентов, выступающих заменой цементу.

В докладе также подчеркивается важность участия в данном процессе всех заинтересованных сторон, а также значение различных образовательных программ, призванных способствовать повышению осведомленности руководителей промышленных предприятий о наличии альтернативных цементу компонентов бетона, которые подчас являются более экологичными, эффективными и дешевыми. В докладе NIST говорится, что для решения задач, озвученных экспертами на семинаре, потребуется разработка новых "метрик для количественной и качественной оценки краткосрочной и долгосрочной эффективности экологичного бетона".