Движение к более экологичному цементу

Бетон — второй по использованию материал на Земле после воды. По оценкам, в глобальном масштабе мы используем более 25 миллиардов тонн нового бетона ежегодно — более трех тонн бетона на человека. Поскольку Китай, Индия и другие страны продолжают индустриализацию, глобальное использование бетона будет только расти.

Почему это важно?

Поскольку производство цемента, основного ингредиента бетона, составляет 5% мировых выбросов углекислого газа (CO₂) выбросы, связанные с деятельностью человека, которые могут быть фактором, способствующим глобальному изменению климата.

Углекислый газ выделяется на нескольких этапах процесса производства цемента. Во-первых, это энергия, потребляемая для добычи известняка, основного компонента цемента, и его доставки на цементный завод.

На заводе известняк смешивают с водой и другими материалами, а затем подвергают химическому процессу, называемому «кальцинированием». Этот процесс требует обжига известняка и других ингредиентов при чрезвычайно высокой температуре, примерно 2700 градусов по Фаренгейту (1400 градусов по Цельсию).

Прокаливание приводит как к прямому, так и к косвенному образованию CO₂ Выбросы. Отчет Cement Sustainability Initiative Report оценивает, что 60% CO₂ Выбросы цементного завода напрямую связаны с химической реакцией, вызванной самим процессом кальцинации. Остальные 40% — это косвенные выбросы, связанные с этим процессом — CO₂ высвобождается из ископаемого топлива, необходимого для розжига печей и выработки необходимого тепла.

Поскольку бетон по-прежнему остается центральным компонентом в строительных проектах по всему миру, ведутся поиски способа сделать его более экологичным материалом.

Расширение возможностей по сокращению углеродного следа цемента

Значительное влияние приносит значительные возможности. Поскольку производство цемента является основным источником выбросов CO2 в мире₂ выбросов, полезные изменения в производственном процессе могли бы существенно сократить эти выбросы.

Существуют три основные возможности для сокращения выбросов CO2:₂ выбросы:

1. Сокращение косвенных выбросов за счет сокращения потребления ископаемого топлива для растопки печей при обработке известняковых смесей.
2. Сократить прямые выбросы в процессе обжига, как правило, за счет уменьшения количества необходимого известняка или иным образом путем пересмотра рецептуры смеси, проходящей через обжиг.
3. Используйте методы улавливания и хранения углерода (CSS) для улавливания CO₂ который выбрасывается, прямо или косвенно, в процессе производства цемента.

Коммерческие предприятия и академические учреждения разрабатывают креативные способы сокращения углеродного следа цемента. Они обращаются как к природе, так и к древности в поисках новых идей. Вот некоторые из наиболее многообещающих:

• Калера, Калифорнийская компания стремится взять на себя CO₂ выбрасывается другими отраслями промышленности и превращает эти выбросы в исходный материал для бетона, тем самым заменяя известняк. Этот процесс, смоделированный по образцу того, как природа создает коралловые рифы, фильтрует собранный CO₂ Выбросы через морскую воду. Результатом является меловой материал, который можно использовать в качестве ингредиента для бетона и который не требует экстремального нагрева известняка для обработки.
  
• Цемент Greenstone: Исследователи из Университета Дрекселя обнаружили, что части древних пирамид Египта были сделаны из бетона, а не вырезаны из цельного камня. Воодушевленные долговечностью пирамид, исследователи задумались, как сделать такой прочный материал более экологичным. Они начали с объединения перерабатываемых материалов — в основном промышленных отходов — с меньшим количеством известняка. Затем они добавили небольшое количество щелочного химиката в модифицированную смесь, используя процесс, требующий очень мало тепла. По их оценкам, этот активированный щелочью цемент выделяет на 97% меньше CO₂ чем традиционный портландцемент.
• Исследования Массачусетского технологического института: Ученые Массачусетского технологического института не меняли ингредиенты в рецепте цемента с целью снижения прямых выбросов CO₂ Выбросы. Вместо этого они изменили соотношение ингредиентов. Промышленным стандартом для создания прочного, стабильного цемента было соотношение кальция и кремния 1:7. Ставя под сомнение необходимость этого стандарта, исследователи провели испытания и пришли к выводу, что соотношение 1:5 не только давало более прочный цемент, но и, по оценкам, могло снизить выбросы CO₂ выбросы от производственного процесса до 60%.
  
• Феррок™: Разработанный в Университете Аризоны, это замена портландцементу. Этот новый тип «цемента» производится из стальной пыли, промышленных отходов. Процесс преобразования стальной пыли в связующий ингредиент, который может заменить цемент в бетоне, на самом деле требует большого количества CO₂Таким образом, процесс производства Ferrock™ поглощает CO₂ вместо того, чтобы испускать его.

Могут ли эти варианты действительно заменить традиционный цемент?

Одно дело — найти способы изменения рецепта ингредиентов цемента, чтобы уменьшить углеродный след цемента. Но не менее важно спросить: оказывают ли эти изменения в цементе благоприятное влияние на характеристики получаемого бетона?

До сих пор ответы были на удивление положительными, создавая, по-видимому, беспроигрышную ситуацию. Исследователи из предприятий и университетов проводили испытания прочности и долговечности и обнаружили, что их новые продукты дают бетон, который соответствует или превосходит характеристики прочности и долговечности бетона, изготовленного из проверенного портландцемента.

Бесплатная загрузка – 4 причины, по которым ваш бетон долго сохнет

Независимо от того, как быстро деятели цементной промышленности переориентируют общество на использование более экологичного цемента, мы можем ожидать, что некоторые вещи останутся прежними. Процесс отверждения бетона (то есть химическая реакция, происходящая при затвердевании смеси цемента и воды, образующей бетон) по-прежнему определяет прочностные свойства бетона.

Кроме того, даже если новые экспериментальные бетонные смеси когда-нибудь потребуют использования новых методов проверки влажности бетона, потребность установщика напольных покрытий в точной картине состояния влажности плиты останется неизменной. Информация о состоянии влажности всегда будет критически важна при принятии решения о том, готова ли бетонная плита для готового пола.

Текущие исследования ясно показывают, что наиболее надежный тест на влажность бетона использует зонд относительной влажности (RH) на месте, подобный тем, которые используются в Вагнер Метерс Рапид RH^® комплекты. Использование других тестов на влажность может означать неоправданный риск серьезного отказа напольного покрытия. Всегда помните: сделать все правильно с первого раза не только выгодно с экономической точки зрения, но и экологически выгодно!

Джейсон Спэнглер

У Джейсона более 20 лет опыта в продажах и управлении продажами в различных отраслях промышленности, и он успешно вывел на рынок множество продуктов, включая оригинальные тесты влажности бетона Rapid RH®. В настоящее время он работает в Wagner Meters в качестве менеджера по продажам продукции Rapid RH®.

Последнее обновление: 6 декабря 2021 г.