Экология бетона

Оксфордский центр по устойчивому развитию совместно с Советом по железобетону Великобритании подготовили материал о достоинствах бетона — как материала архитектурно привлекательного и экологически благоприятного (биопозитивного), отвечающего всем требованиям устойчивого строительства. Используя новый термин — аккумулятор энергии — авторы рассматривают здания из бетона как наиболее энергоэффективные, позволяющие в течение всего срока эксплуатации сооружения экономить энергию на отопление, вентиляцию, освещение и кондиционирование помещений и уменьшать таким образом выбросы CO2 в окружающую среду. Бетонные конструкции здания в сочетании с естественной вентиляцией помещений являются наиболее подходящим материалом и для создания благоприятного климата внутри помещений. Во многих офисных зданиях из современных материалов, по данным специалистов, возникают проблемы со здоровьем у работающего там персонала, получившие название “синдром нездоровых зданий”, приносящий ежегодно убытки в 600 млн стерлингов вследствие потерь рабочего времени. Благоприятный климат внутри помещений позволяет повысить производительность труда персонала на 6 — 16 процентов.

Говоря о других достоинствах бетона по отношению к окружающей среде, нужно отметить, что его компоненты наименее дефицитны и места их добычи достаточно легко могут быть рекультивированы. Являясь почти инертным, бетон является идеальной средой для использования многочисленных отходов и вторичных продуктов переработки, которые в ином случае заполняли бы отвалы и свалки (золы, шлаки, рециклированные бетонные конструкции, полистирольный лом и т.д.). Изготовление бетона и доставка его к месту его укладки также весьма энергоэкономичны по сравнению с другими стройматериалами. В США, например, около 60 процентов бетона производится в пределах 180 км от места применения (металл и дерево перевозятся за несколько сот и даже тысяч километров). Единственно энергоемкий компонент бетонной смеси — цемент — занимает всего от 10 до 15 процентов его обьема и при этом за рубежом от 20 до 70 процентов энергии для его производства получают от альтернативных источников (сжигания автопокрышек, деревянных поддонов, одноразовой посуды и других горючих отходов).

Недавно проведенные в США, Канаде и Германии исследования выявили и другие достоинства бетона, в частности, при дорожном строительстве. При движении по дорогам с бетонным покрытием грузовой автотранспорт расходует на 11 процентов меньше топлива, чем по дорогам с асфальтовым покрытием. Светоотражательная способность бетона достигает 27 процентов, что требует значительно меньше энергии на освещение дорог и повышает безопасность движения по ним. Немецкая компания Heidelberg Cement разработала и в опытном порядке применила пористый дренирующий бетон, который снижает уровень шума от движущегося транспорта на 3 — 5 децибел и повышает безопасность движения на трассах за счет исключения эффекта аквапланирования.

Из последних значимых достижений в области технологии бетона специалисты выделяют так называемый самоуплотняющийся бетон — СБ, который за счет применения нового класса суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилата и специального подбора гранулометрического состава смеси позволяет получать одновременно технический, экологический и социальный эффекты.

Отказ от вибрации с соответствующим уменьшением пылеобразования существенно повышает привлекательность труда, снижает негативное воздействие на людей и окружающую среду, способствует сохранности оборудования и значительно повышает технологические возможности изготовления тонкостенных конструкций с выразительной высококачественной поверхностью.

С учетом особенностей нерасслаивающихся самоуплотняющихся смесей разработаны и находят применение опалубки с контролируемым водопоглощением, СPF (Controlled Permeability Formwork), которые представляют собой вкладыши с ворсовой поверхностью нескольких типов, забирают излишки воды и отдают ее в процессе твердения бетона, устраняя поверхностные микротрещины и воздушные пузырьки, улучшают качество поверхности, повышают долговечность конструкций. Вкладыши многократного применения, гибкие, могут принимать криволинейные очертания. Имеется 7 – 8 – летний опыт применения такой опалубки при сооружении резервуаров, водоводов, очистных и морских сооружений и других конструкций, работающих в агрессивных условиях. За счет улучшения качества поверхности достигается от 40 до 80 процентов уменьшение проницания хлоридов, специалисты утверждают, что применение CPF равносильно увеличению толщины защитного слоя бетона на 15 – 20 мм.

В рамках концепции по устойчивому развитию весьма интересен опыт использования нержавеющей стальной арматуры в Великобритании и некоторых других странах Европы для армирования конструкций реставрируемых исторических зданий и сооружений, а также при строительстве новых, особо ценных зданий из белого или цветных бетонов. На эти стали в Европе утверждены стандарты, в частности BS EN 1.4301, BS EN 1.4436, BS EN 1.4429 и BS EN 1.4462; диаметры арматуры изменяются в пределах 30 – 40 мм, срок их службы предполагается от 200 до 1000 лет.

В этом же аспекте значительный интерес представляют разработки новых химических добавок — репеллентов, придающих бетонным поверхностям пыле- и грязеотталкивающие свойства. Так, например, немецкая фирма REMEI GmbH предлагает импрегнирующую добавку REBAtex B1 Super, которая предохраняет изделия от загрязнения даже в процессе их изготовления. Японские исследователи на основе проведенных ими экспериментов предлагают использовать лазер для удаления с бетонных поверхностей рисунков-граффити, зачастую уродующих стены городских зданий и сооружений.

Совершенно нетрадиционный подход к вопросам создания бетонных конструкций с долговечной защитой фасадных поверхностей на основе нано-технологии предлагают специалисты из фирмы NANO-X GmbH из Саарбрюкена. Пользуясь достижениями этой новой технологической области, уже получены защитные материалы с совершенно удивительными свойствами. Химический процесс sol-gel позволяет осуществлять направленный синтез нано-композитов и придавать бетонным поверхностям индивидуальные специфические эффекты. Такие многофункциональные защитные материалы уже появились на рынке стройматериалов. Диапазон их действия распространяется от защитных функций (самоочищение поверхностей с помощью эффекта Lotus и эффекта бионики) за счет легкого удаления пыли, грязи и рисунков граффити до предотвращения появления высолов на бетонных поверхностях.

Касаясь вопросов усиления, ремонта или реставрации конструкций из бетона, нельзя не упомянуть и о новейших химических добавках, предназначенных для ремонтных составов с редуцированной усадкой. Такие добавки, изготовляемые на основе эфиров гликоля, дают до 50 процентов и более снижение деформаций усадки. Очень эффективно воздействие на бетон комбинации этих добавок с добавками на основе эфиров поликарбоксилата как для изготовления ремонтных композиций, так и для изготовления высококачественных полов промышленных зданий, стенок и днищ бассейнов, резервуаров и других водосборных и водоохранных сооружений.

К 2015 г. около 60 процентов населения Земли будет жить в городах, поэтому проблема снабжения городов питьевой и технической водой становится все острее. Из технических предложений наибольшего внимания заслуживают вопросы использования дождевой воды и, естественно, конструкции из бетона для ее сбора, хранения и транспортировки к потребителям. Наибольший опыт в этой области накоплен в Южной Корее.

Повсеместно доступный, технологичный и недорогой материал – бетон – составляет в наши дни большую часть городской застройки. И в наступившем столетии, по всей видимости, бетону уготована та же роль в окружающих нас зданиях и сооружениях, причем не только на Земле, но и в космическом пространстве. По данным ученых, на Луне имеются все основные компоненты бетонной смеси — песок и вода. Те же компоненты являются целью поиска новых европейских и американских экспедиций на Марс. Комитет по лунному бетону уже давно создан в рамках Американского института бетона.

Удовлетворяет ли бетон сегодняшним требованиям? С технической стороны – да. Его прочность и долговечность подтверждены постройками древнего Рима и нынешними башнями и мостами рекордных показателей. А с точки зрения эстетики? Уже прочно закрепился в мировой практике термин “архитектурный бетон”. Выразительные формы, высочайшее качество поверхностей, гармоничное сочетание палитры красок — вот формула его успеха. Цвет – одно из основных условий придания бетону нового биопозитивного имиджа.

Окрашивание бетона получило поистине огромный размах и в настоящее время мировое ежегодное потребление основного красителя – природного и синтетического железо-окисного пигмента — составляет 800 тыс. т. К 2010 г. его потребление превысит 1 млн т, причем в Западной Европе его потребление составит более 30 процентов от этой цифры, в Северной Америке – чуть менее 30 процентов, еще чуть меньше – в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Существуют различные отпускные формы красителей (порошок, суспензии, гранулы), методы и технологии их применения.

В Европе вступил в силу новый гармонизированный стандарт на пигменты для окрашивания строительных материалов на основе цементных и известковых связующих EN 12878, где содержатся правила проведения испытаний пигментов для установления их соответствия требованиям стандарта с привлечением независимой испытательной лаборатории. Не забываются и более известные, проверенные временем способы получения цветных поверхностей: обнажение цветных природных и искусственных заполнителей для бетона, применение цветных цементов и, наконец, самый простой способ, окрашивание бетонных конструкций фасадными красками.

Бетон – материал, подсказанный человеку природой и служащий ее защите в течение веков. Его разумное применение прокладывает путь к экологически безопасному будущему последующих поколений на Земле.