Когда вы думаете об экологически чистых строительных материалах, уголь, вероятно, последнее, что приходит на ум. Уголь в большинстве практических применений не является ни зеленым, ни строительным материалом. Наоборот, уголь является причиной значительной части выбросов парниковых газов и загрязнения воздуха во всем мире. Но по иронии судьбы уголь также стал причиной появления зольного бетона - нового строительного материала, который может помочь сократить выбросы углерода в строительной отрасли.
Зольная пыль образуется при сжигании угля, и законы США об охране окружающей среды требуют, чтобы энергетические компании улавливали и надлежащим образом утилизировали ее. Утилизация представляет собой проблему из-за огромного количества угольной золы, производимой угольными электростанциями, а также из-за того, что тяжелые металлы в угле делают летучую золу потенциально опасным веществом. Угольные электростанции в США также не имеют самого чистого послужного списка в отношении удаления угольной золы, так как в последние годы было зарегистрировано несколько крупных разливов угольной золы..
Чтобы решить обе эти проблемы, строительной отрасли пришла в голову умная идея начать производить бетон из летучей золы, заменив портландцемент (основной ингредиент большинства бетонов) летучей золой. Удивительно, но у летучей золы есть несколько характеристик, которые делают ее идеальным ингредиентом для бетона: она обладает большой прочностью и долговечностью (хотя мы все еще ждем, чтобы увидеть, как она работает в долгосрочной перспективе), и, конечно же, она дешевая. А поскольку это переработанный материал, это помогает предотвратить ненужную добычу бетонными компаниями других материалов для производства бетона.
Выигрывают все, верно? Во многих отношениях бетон с летучей золой действительно выглядит победителем, но все еще есть некоторые сохраняющиеся опасения по поводу безопасности окружать себя слишком большим количеством летучей золы. Уголь - это материал, который полон вредных веществ, и все еще есть некоторые вопросы о том, смогут ли тяжелые металлы выщелачиваться из бетона, изготовленного из угольной золы. Также были высказаны опасения по поводу того, не приведет ли использование летучей золы к судебным искам и освобождению их от страхового покрытия. Продолжайте читать, чтобы узнать больше о том, как изготавливается бетон из летучей золы, и выяснить, действительно ли он безопасен.
Что такое летучая зола?
В Америке более 50 процентов нашей электроэнергии поступает от угольных электростанций, где уголь измельчается в мелкий порошок, помещается в котел и сжигается при очень высоких температурах. Тепло от котла производит пар, который используется для вращения турбины и производства электроэнергии. Сжигание угля - очень грязный процесс, но современные угольные электростанции оснащены оборудованием для контроля загрязнения, которое предотвращает попадание всех твердых частиц в дымовые трубы. Когда это оборудование будет очищено, у нас останется угольная зола.
Поскольку угольная энергия широко используется, летучая зола является одним из самых распространенных побочных продуктов промышленности на Земле. Таким образом, вместо того, чтобы помещать его в пруды-хранилища, которые только и ждут разлива, компаниям имеет смысл использовать его в качестве строительного материала. Использование летучей золы в бетоне не только предотвращает выброс этих тяжелых металлов обратно в окружающую среду, но и мешает производителям цемента добывать новое сырье.
Как и следовало ожидать, угольная зола представляет собой коктейль токсичных химических веществ - она содержит те же тяжелые металлы, что и уголь, только в более высоких концентрациях. Летучая зола обычно содержит тяжелые металлы, такие как мышьяк, свинец и селен, которые, как известно, вызывают рак и другие проблемы со здоровьем. Из-за известных рисков экологи давно боролись за то, чтобы летучая зола была классифицирована как опасный материал, но они столкнулись с жестким сопротивлением со стороны энергетической отрасли, а теперь и строительной отрасли.
Из-за содержания тяжелых металлов хранение и безопасная утилизация летучей золы представляет собой серьезную проблему для энергетических компаний. Обычно его смешивают с водой и хранят в золоотстойниках, которые могут подвергаться воздействию штормов и вызывать разливы. В настоящее время в 35 штатах страны насчитывается около 600 участков угольной золы, и в последние годы на многих из них произошли разливы. Крупнейший разлив летучей золы в истории США произошел в 2008 году на заводе по производству ископаемых в Кингстоне, который находится примерно в 40 милях к западу от Ноксвилля, штат Теннеси. экологическая катастрофа.
Одним из потенциальных решений проблемы хранения и утилизации, которое могло бы помочь предотвратить разливы, подобные разливу в Теннесси, является использование летучей золы в качестве строительного материала. Обычно считается, что при использовании в бетоне летучая зола довольно безопасна. Хотя он часто содержит известные канцерогены, считается, что вредное воздействие нейтрализуется при добавлении летучей золы в бетонные смеси.
Как используется летучая зола
Хорошо, давайте на минутку наденем наши лабораторные халаты и перейдем к химии того, как работает летучая зола и что делает ее особенной. Мы продолжаем говорить, что летучая зола является хорошей заменой портландцемента, но что такое портландцемент? Забавно, что вы должны спросить. Это самый распространенный тип цемента, используемый во всем мире, и основной ингредиент большинства видов бетона. Известь и кремнезем составляют основную часть портландцемента, а также алюминий и железо. Большинство видов портландцемента содержат смесь известняка, мела, ракушек и различных глин, сланцев и песка. Производство портландцемента - очень энерго- и ресурсоемкий процесс, поэтому имеет смысл искать хороший заменитель.
Геополимерный бетон - это техническое название зольной пыли или любого другого типа бетона, изготовленного из синтетических алюмосиликатных материалов (материалов, изготовленных из алюминия, кремния и кислорода). Когда летучая зола добавляется в цементную смесь, это не просто наполнитель, она фактически вступает в реакцию с другими соединениями, входящими в состав портландцемента, и становится частью матрицы. Он богат глиноземом и силикатом, что заставляет его реагировать с щелочными растворами с образованием связывающего алюмосиликатного геля. Полученный продукт является отличной заменой традиционному рядовому портландцементу.
Сегодня широко распространены бетонные смеси, в которых до 25 процентов цемента заменяется летучей золой, а некоторые производители бетона заменяют до 50 процентов. Но более высокие концентрации летучей золы требуют более тщательного тестирования, поскольку результаты могут различаться.
С точки зрения строителя, самое главное в зольном бетоне - это его эксплуатационные характеристики, и они не разочаровывают. Добавление летучей золы в смесь может улучшить бетон, поскольку изменение состава бетона может повысить его прочность и долговечность. Полученный материал менее пористый, чем обычный портландцемент, и более устойчив к коррозии и преждевременному износу. Помимо того, что он более долговечен, чем обычный портландцемент, бетон с золой-уноса более кислото- и огнестойкий, а также продемонстрировал более высокую прочность на сжатие и растяжение (растяжение).
Экологические преимущества бетона с летучей золой
Бетон с летучей золой во многих отношениях представляет собой абсолютный парадокс. Летучая зола является одним из крупнейших источников загрязнения воздуха и выбросов углекислого газа на Земле, и все же она считается зеленым материалом. В чем дело? Основная причина того, что летучая зола считается экологически чистой при использовании в строительстве, заключается в том, что это переработанный материал. Если энергетические компании все равно собираются сжигать уголь и производить золу-унос, то есть смысл использовать ее с пользой, особенно если это может сэкономить деньги и энергию в строительном секторе.
Изготовление цемента с нуля - очень энергоемкий процесс. По самым скромным оценкам, на производство бетона приходится от 5 до 8 процентов выбросов парниковых газов во всем мире, но эта цифра может быть еще выше. В настоящее время мы производим более 2,6 миллиардов тонн портландцемента в год, и это число будет увеличиваться по мере роста населения, если только не появится какой-то более экологичный вариант, который заменит его.
Вот где на помощь приходит бетон на основе летучей золы. Бетон на основе летучей золы способен одновременно сокращать глобальные выбросы углерода и одновременно создавать более качественную и долговечную инфраструктуру, которую не нужно будет перестраивать так часто. На самом деле, одно исследование даже отметило, что кирпичи из летучей золы также обладают способностью удерживать углекислый газ из окружающей среды, добавляя еще одно экологическое преимущество.
Совет по экологическому строительству США, похоже, согласен с зеленым доверием летучей золы; выдающийся арбитр по всем вопросам, касающимся вопросов зеленого строительства, Лидерство в области энергетики и экологического проектирования (LEED), кредитует замену бетона с летучей золой по крайней мере на 40 процентов обычного портландцемента. Оценка жизненного цикла, которая представляет собой анализ каждого этапа производства от колыбели до могилы, показывает, что замена обычного портландцемента бетоном с летучей золой может снизить выбросы углерода на целых 90 процентов. Во многом это связано с тем, что летучая зола является перерабатываемым материалом, а замена нового портландцемента летучей золой предотвращает ненужные выбросы углекислого газа, а поскольку он более долговечен, его не нужно разбирать и заменять так часто.
Потенциальная опасность летучей золы
Конечно, зольная пыль вызывает споры. Поскольку летучая зола является побочным продуктом угля, который сам по себе богат тяжелыми металлами и токсинами, которые могут быть опасны, высказывались опасения, что здания, построенные из зольного бетона, могут быть вредны для людей.
Самая большая проблема с летучей золой возникла в 2008 году после крупного выброса летучей золы на заводе Kingston Fossil в Теннесси (см. врезку). Затем, несколько недель спустя, в Алабаме произошел еще один разлив летучей золы меньшего масштаба, из-за которого информация о летучей золе оставалась в новостях. Эти разливы и последующая очистка и освещение в новостях привлекли внимание Агентства по охране окружающей среды (EPA) к летучей золе и побудили активистов-экологов призвать к ужесточению правил. С тех пор EPA взвешивало, следует ли классифицировать летучую золу как опасные отходы, и хотя агентство заявило, что такая классификация не повлияет на летучую золу, используемую для производства бетона, наблюдатели из строительной отрасли были настроены скептически.
Но действительно ли безопасно жить в доме, сделанном из угля? Безопасность летучей золы в бетоне является предметом горячих споров. В то время как было доказано, что геополимерный бетон вымывает опасные элементы, такие как мышьяк, хром и селен, по крайней мере одно исследование показало, что добавление кальция может помочь уменьшить вымывание тяжелых металлов. Однако все еще остается много вопросов о том, что произойдет с тяжелыми металлами и другими веществами в летучей золе после того, как бетон разрушится и будет утилизирован.
Бетонная промышленность обеспокоена тем, что даже гибридный закон, который классифицирует только хранящуюся летучую золу как опасный материал, по-прежнему будет клеймить бетон с летучей золой, ставя его на один уровень с асбестом или свинцовой краской. Даже если это безопасно для конкретных применений, классификация летучей золы как опасной может потенциально сделать строительные компании более уязвимыми для судебных исков.
Разлив Теннесси
В декабре 2008 г. на заводе TVA Kingston Fossil Plant в округе Роан, штат Теннесси, произошел обвал дамбы, в результате чего на свалку было выброшено более 5,4 миллиона кубических ярдов летучей золы. Разлив покрыл более 300 акров земли и воды. С тех пор Департамент окружающей среды и охраны окружающей среды штата Теннесси и Агентство по охране окружающей среды работают над очисткой пострадавших территорий.
Примечание автора
Я много писал об экологически чистых зданиях и строительстве на протяжении многих лет, но должен признать, что, когда я увидел слова «зольная пыль» на экране, когда получил это задание, я ничего не понял. Мне интересно посмотреть, что будет с этим материалом. На данный момент бетон кажется отличным вариантом использования летучей золы, но в лучшем случае мы продолжим отказываться от угля до такой степени, что утилизация летучей золы не будет такой большой проблемой.