Зеленая тройка: как альтернативный бетон может снизить выбросы, использование ресурсов и отходы.

  Строительные материалы и строительство генерируют около 20% глобальных выбросов парниковых газов. Большая часть этих выбросов связана с экологически неблагоприятным процессом производства обычного портландцемента, который широко используется в строительных материалах, таких как бетон и раствор.

  Производство портландцемента генерирует около 2,6 миллиарда тонн углекислого газа (CO₂) в год - более 7% годовых глобальных выбросов. Выбросы цемента удвоились за последние 20 лет. И в течение следующих 40 лет ожидается удвоение площади зданий по всему миру.

  Каждая тонна произведенного цемента также требует около 1,6 тонн сырья, включая топливо и другие ресурсы. Производство бетона также требует больших объемов заполнителя, такого как песок и гравий. Для этого требуются энергоемкие операции по добыче в карьерах, что истощает невозобновляемые природные ресурсы - мир исчерпывает запасы строительного песка.

  Проблемы выбросов и истощения ресурсов требуют поиска подходящих замен портландцементу и природным заполнителям. Наши исследования показывают, что возможно разработать более устойчивые строительные материалы, укрепленные с использованием натуральных волокон. Промышленные отходы и отходы материалов могут быть использованы для замены связующего вещества и заполнителя цемента, что позволяет сократить выбросы, истощение ресурсов и отходы.

  Переработка сокращает отходы

  Переработка отходов материалов в строительстве может помочь уменьшить экологические воздействия производства бетона и раствора, а также утилизацию отходов на свалках.

  К таким материалам относятся промышленные отходы (летучий зол и высокофурная шлака), стеклобой и свинцовый шлак. Летучий зол получают на электростанциях, работающих на угле. Высокофурная шлака - это побочный продукт производства железа и стали.

  Новый тип экологически чистого материала, геополимер, получил значительное внимание как замена обычному бетону. Геополимер - это твердое и прочное искусственное вещество. Производство геополимера приводит к выбросу до 90% меньше CO₂, чем при производстве обычного бетона.

  Свойства стеклобоя и свинцового шлака делают их подходящими для использования в производстве геополимера.

  Натуральные волокна являются устойчивыми

  Сталь или другие синтетические волокна широко используются в качестве арматурных материалов для улучшения механических свойств геополимера. Однако стальные волокна дорогие и подвержены коррозии в суровых условиях.

  Синтетическая альтернатива - минеральные волокна, такие как поливиниловый спирт и полипропилен, производятся с использованием антиоксидантов и аминов. Этот процесс делает эти волокна неэкологичными.

  Натуральные волокна, полученные из растений, являются приемлемой альтернативой невозобновляемым, коррозионным и дорогим синтетическим волокнам. Натуральные волокна являются возобновляемыми, экологически чистыми, некоррозионными, дешевыми и изобильными. Эти свойства делают натуральные волокна устойчивым материалом.

  Что показало исследование?

  Любые замены для используемого сегодня бетона и раствора должны как минимум соответствовать их инженерным свойствам, таким как прочность и долговечность. Наше исследование оценивало производство и характеристики геополимеров, изготовленных с использованием стеклобоя и свинцового шлака вместо природного песка. Мы использовали комбинацию летучего зола и гранулированной высокофурной шлаки в качестве связующего вещества вместо портландцемента.

  Эти геополимеры были укреплены различными видами натуральных волокон, таких как кокосовое волокно, рами, сизаль, конопля, джут и бамбуковые волокна.

  Сжатие испытаний на прочность геополимерного цилиндра бетона. Автор предоставил Наши экспериментальные результаты показали, что геополимеры, содержащие стеклобойный песок, обладают более высокой прочностью и поглощают меньше воды, чем геополимеры, содержащие свинцовый шлак и природный песок. Поглощение воды ухудшает долговечность бетона.

  Геополимеры, приготовленные с использованием свинцового шлака, обладают меньшим усадкой при сушке по сравнению с геополимерами, изготовленными с использованием стеклобоя и свинцового шлака. Усадка при сушке также снижает долговечность, так как она приводит к образованию трещин в бетоне до возникновения нагрузки.

  Мы обнаружили, что геополимеры с 1% рами, конопли и бамбуковых волокон имеют большую сжимающую и растягивающую прочности по сравнению с нерассыпными геополимерами. Это означает, что укрепленный геополимер сопротивляется разрушению при сжатии (под нагрузкой сжатия) и растяжении (под нагрузкой растяжения). Более высокая прочность геополимеров с натуральными волокнами обусловлена эффектом мостикования волокон внутри геополимера.

  Наше исследование также показывает, что геополимеры с рами, конопли и бамбуковыми волокнами усаживаются меньше, чем нерассыпные геополимеры.