Cement: poznaj jego pochodzenie, znaczenie, zagrożenia i alternatywy

Cement jest głównym materiałem występującym w robotach budowlanych. Chociaż jest niezbędny, jego wytwarzanie stwarza zagrożenie dla zdrowia i środowiska.

pracownicy

Cement jest jednym z najczęściej używanych produktów na świecie i można powiedzieć, że materiał ten zrewolucjonizował historię inżynierii i sposób, w jaki zaczęto tworzyć struktury miast. Rozejrzyj się ... Występuje w prawie każdym typie konstrukcji, od najprostszego domu po najbardziej złożone prace inżynieryjne.

Zasadniczo cement jest drobnym proszkiem o właściwościach wiążących, wiążących lub wiążących, który twardnieje w kontakcie z wodą. Po stwardnieniu, nawet jeśli zostanie ponownie poddany działaniu wody, materiał ten nie ulega powtórnemu rozkładowi.

Jego głównymi surowcami są: wapień, glina oraz mniejsze ilości tlenków żelaza i glinu, wykorzystywane do produkcji klinkieru - podstawowego surowca do produkcji cementu (czytaj więcej w Klinkier: wiedzieć, czym jest i jaki jest wpływ na środowisko) - tynk (gips) i inne dodatki (np. pucolana czy żużel z pieców).

Zwykle, kiedy mówisz o cemencie, mówisz również o betonie. Oba są niezbędnymi materiałami w budownictwie cywilnym. Ale czy wiesz, jak odróżnić te dwa materiały?

Cement to drobny proszek o właściwościach wiążących, który może być stosowany do różnych celów, np. W składzie zaprawy murarskiej, tynkowaniu ścian, przy produkcji betonu itp.

Beton jest związkiem, szeroko stosowanym w budownictwie cywilnym, w którym jako jeden z głównych składników wykorzystuje się cement, który nadaje mu niezbędną sztywność i właściwości aglutynacyjne. Oprócz cementu innymi materiałami obecnymi w składzie betonu są woda, piasek i kamień.

Krótko mówiąc: beton to konstrukcja powstała z połączenia cementu i innych materiałów, a cement jest jednym z „składników” wchodzących w skład tej receptury.

Źródło

Cement to słowo wywodzące się z łacińskiego „caementu”, które w starożytnym Rzymie oznaczało rodzaj naturalnego kamienia skalnego.

Historycy przypuszczają, że prymitywny człowiek z epoki kamienia miał już wiedzę o materiale o właściwościach aglomeracyjnych podobnych do cementu. Uważa się, że te istoty ludzkie, rozpalając ogniska obok kamieni wapiennych i gipsowych, obserwowały, jak część tych kamieni zamienia się w pył pod działaniem ognia, a gdy materiał został nawodniony przez pogodę nocy, przekształcił się znowu w kamieniu.

Ponadto pochodzenie i tworzenie cementu, o innym składzie niż ten, który znamy dzisiaj, jest bardzo stare. Szacuje się, że zaczęto ich używać około 4500 lat temu.

Koloseum

Niektóre starożytne ludy, takie jak Egipcjanie i Rzymianie, używali już pewnego rodzaju spoiwa między kamiennymi blokami podczas budowy swoich pomników. W starożytnym Egipcie używano już stopu składającego się z mieszanki kalcynowanego gipsu. Wielkie dzieła greckie i rzymskie, takie jak Panteon i Koloseum, zostały zbudowane na glebach pochodzenia wulkanicznego, które miały właściwości utwardzające wodę.

W 1756 roku Anglik John Smeaton zrobił pierwszy krok w kierunku rozwoju nowoczesnego cementu, któremu udało się uzyskać wytrzymały produkt poprzez kalcynowanie miękkich i gliniastych wapieni.

Ale dopiero w 1824 roku angielski budowniczy Joseph Aspdin wspólnie spalił wapień i glinę, zamieniając je w drobny proszek, bardzo podobny do współczesnego cementu. Po dodaniu wody do tego proszku otrzymano mieszaninę, która po wysuszeniu stała się twarda jak kamień i nie rozpuszczała się w wodzie. Odkrycie to zostało opatentowane nazwą cementu portlandzkiego, aby zaprezentować kolor oraz właściwości trwałości i solidności podobne do skał brytyjskiej wyspy Portland.

Formuła cementu portlandzkiego jest do dziś najczęściej stosowana i rozpowszechniona na całym świecie.

Pojawienie się w Brazylii

W Brazylii pierwsze eksperymenty związane z produkcją cementu portlandzkiego miały miejsce około 1888 roku za pośrednictwem komandora Antônio Proost Rodovalho, który zainstalował fabrykę na swojej farmie w Santo Antônio (SP), a następnie zainstalował nową fabrykę na wyspie Tiriri (PB), w 1892 roku. W 1912 roku rząd Espírito Santo założył własną fabrykę w mieście Cachoeiro do Itapemirim.

Były to jednak jedynie próby, których kulminacją było w 1924 roku wszczepienie przez Companhia Brasileira de Cimento Portland w Perus (SP) fabryki, której budowę można uznać za przełom w rozwoju brazylijskiego przemysłu cementowego. .

Pierwsze tony zostały wyprodukowane i wprowadzone na rynek w 1926 r. Do tego czasu zużycie cementu w kraju zależało wyłącznie od importowanego produktu. Tym samym od wspomnianej daty produkcja krajowa była sukcesywnie zwiększana wraz z wprowadzaniem nowych fabryk, a udział produktów importowanych malał w kolejnych dziesięcioleciach, aż praktycznie zniknął dzisiaj.

Zagrożenia dla środowiska i zdrowia ludzi

Główne oddziaływanie na środowisko związane jest z procesem produkcji cementu. Fabryki tego materiału zanieczyszczają środowisko i są odpowiedzialne za odpowiednie skutki.

I chociaż w procesie produkcji tego materiału nie powstają bezpośrednio odpady stałe, ponieważ popioły ze spalania paliw w cementowniach są zwykle ponownie wykorzystywane w samym procesie, występuje duża emisja zanieczyszczeń gazowych i cząstek stałych.

Zatem główne skutki są spowodowane emisją zanieczyszczających gazów z tych paliw. Przykładem jest wysoka emisja dwutlenku węgla (CO2), jednego z głównych gazów zaburzających równowagę efektu cieplarnianego. Przeczytaj więcej o oddziaływaniu na środowisko podczas produkcji cementu w artykule „Jak przebiega proces produkcji cementu i jaki jest jego wpływ na środowisko?”.

Oprócz tego wpływu na środowisko cement może również stanowić zagrożenie dla zdrowia ludzi. Stosowanie cementu bez odpowiedniego wyposażenia ochronnego może spowodować poważne szkody zdrowotne pracownika, który ma do czynienia z tym materiałem. Według badań cement jest klasyfikowany jako „materiał drażniący”, reagujący w kontakcie ze skórą, oczami i drogami oddechowymi.

Cement reaguje w kontakcie ze skórą pod wpływem wilgoci (pocenie się ciała), po dłuższym kontakcie. Ciepło jest uwalniane w wyniku reakcji cementu w kontakcie z powierzchnią cieczy, powodując obrażenia. Ponadto często obserwuje się zasadowe działanie cementu, głównie na dłonie i stopy pracowników budowlanych. Cement działa ściernie na zrogowaciałą warstwę skóry, powodując zmiany takie jak: zaczerwienienia, obrzęki, pęcherze i pęknięcia.

Ostrożność należy podwoić w przypadku wrażliwości oczu, ponieważ cement może powodować podrażnienia spojówek, a nawet poważniejsze i nieodwracalne obrażenia, takie jak ślepota.

Inne zagrożenia dla zdrowia są związane z wdychaniem pyłu z tego materiału. Czynnikiem obciążającym ten proces jest czas narażenia na działanie pyłu, bez niezbędnych metod bezpieczeństwa. Według badań szacuje się, że okres od dziesięciu do 20 lat ekspozycji na te pyły jest wystarczający do rozwoju chorób płuc. Choroby te są wynikiem nagromadzenia się w płucach cząstek stałych w wyniku wdychania.

Wdychany pył pozostaje przez lata w płucach, tworząc obraz zwłóknienia, czyli stwardnienia tkanki płucnej, co powoduje upośledzenie elastyczności płuc.

Alternatywy i innowacje

Prognozuje się, że w najbliższych latach produkcja i zapotrzebowanie na cement będą nadal rosły, co w konsekwencji zwiększy łączną emisję gazów cieplarnianych, takich jak CO2. Aby uniknąć lub przynajmniej zminimalizować tę sytuację, należy pomyśleć o alternatywach i innowacjach odpowiednich do produkcji i zużycia cementu, ponieważ popyt na ten materiał prawdopodobnie nie spadnie. Poniżej przedstawiamy kilka alternatyw i nowości:

Konstrukcje metalowe

Obecnie istnieje już kilka konstrukcji wykorzystujących konstrukcje metalowe.

Porównując stosunek kosztów do korzyści tego typu konstrukcji z żelbetem (beton + żelazo) uzyskamy wady i zalety, takie jak:

W odniesieniu do konstrukcji, o ile betonowy musi być wyprodukowany w całości w robocie, metalowy jest dopiero montowany, a jego produkcja odbywa się w fabryce, co przyspiesza proces.

Nakład pracy przy konstrukcjach metalowych jest znacznie mniejszy niż przy pracach żelbetowych, chociaż konstrukcje metalowe wymagają bardziej wyspecjalizowanej siły roboczej. W przypadku konstrukcji betonowych błędy są czasami dopuszczalne i korygowane. Jednak błędy w konstrukcji metalowej muszą być zerowe.

Ciężar konstrukcji metalowej jest mniejszy niż w przypadku betonu zbrojonego, który odciąża belki i kolumny.

Jeśli chodzi o wytrzymałość tych konstrukcji, są one równoważne.

Jeśli chodzi o terminy budowy, konstrukcja metalowa ma więcej zalet, ponieważ etapy budowy mogą być prowadzone jednocześnie, w przeciwieństwie do konstrukcji żelbetowych.

Jeśli chodzi o izolację termiczną, konstrukcje żelbetowe mają przewagę nad konstrukcjami metalowymi, ponieważ konstrukcje metalowe przegrzewają się latem i za bardzo chłodzą zimą, w przeciwieństwie do konstrukcji betonowych, które są bardziej przytulne i wygodne.

Wreszcie konstrukcje betonowe mają wielką przewagę nad konstrukcjami metalowymi w ochronie przeciwpożarowej. Fakt ten wydaje się uzasadniać nadal duże wykorzystanie konstrukcji żelbetowych.

Stosowanie certyfikowanego drewna

Istnieją różne inicjatywy, które bronią stosowania certyfikowanego drewna w budownictwie cywilnym do zastępowania konstrukcji wykonanych z betonu. Istnieje wiele pozytywnych czynników przemawiających za tą praktyką, na przykład fakt, że drewno jest surowcem odnawialnym, zmniejsza ilość gazów cieplarnianych i jest materiałem odpornym i łatwym do ponownego wykorzystania.

Obejrzyj animację przygotowaną przez organizację pozarządową WWF-Brasil (World Wide Fund for Nature), która zajmuje się i zachęca do stosowania certyfikowanego drewna w projektach budowlanych.

Oprócz tej animacji warto zapoznać się z wykładem Michaela Greena dla TED Talks „ Dlaczego powinniśmy budować drewniane drapacze chmur ”. Jest architektem, który ocenia i proponuje możliwość budowania wysokich budynków i skomplikowanych prac z certyfikowanego drewna (zmiatacza węgla) zamiast betonu i stali. Prezentacja trwa 14 minut i podejmuje ten temat w bardzo nowatorski i ciekawy sposób. Sprawdź wykład tutaj.

Biobeton: beton, który „leczy” sam

Tak zwany biobeton to odkrycie, które może całkowicie zrewolucjonizować sektor budownictwa cywilnego oraz sposób, w jaki ludzie wykonują swoje prace budowlane i remontują. Narodził się z rąk i umysłów holenderskich naukowców z Delft University of Technology i zwraca uwagę na swoją zdolność do uszczelniania własnych pęknięć i pęknięć. Byłby to beton obdarzony zdolnościami „samoleczenia”, tak jak występuje w naturze z niektórymi żywymi istotami.

Według jego twórców biobeton jest tak nazwany, ponieważ jest w 100% żywym produktem. Wynika to z obecności w materiale bakterii odpowiedzialnych za nadanie mu specjalnych właściwości. Naukowcy mieszają zwykły beton z mleczanem wapnia i kolonią mikroorganizmów ( Bacillus pseudofirmus ). Bakterie te są w stanie przetrwać ponad dwa stulecia w budynkach, nawet w trudnych warunkach.

W praktyce pęknięcia w budynkach wykonanych z biobetonu są regenerowane, gdy bakterie obecne w produkcie wejdą w kontakt z wodą. Wnikając w pęknięcia pobudzają je wilgoć i zaczynają spożywać mleczan. Efektem końcowym, po „trawieniu” tych bakterii, jest produkcja wapienia, substancji odpowiedzialnej za naprawę materiału.

Innym pozytywnym aspektem biobetonu jest rozmiar pęknięcia, który można odzyskać praktycznie bez ograniczeń, będąc w stanie naprawić nawet kilometry pęknięć. Jednak dla lepszego funkcjonowania pęknięcie nie może mieć szerokości większej niż 8 mm. Ponadto oszczędności wynikające z zastosowania biobetonu są niewyobrażalne, ponieważ można zaoszczędzić dużo pieniędzy.

Obejrzyj poniższy film w języku angielskim, udostępniony przez Uniwersytet w Delft w Holandii. W niej koncepcję i działanie biobetonu krótko wyjaśnia jeden z jego twórców.

Recykling betonu

Recykling betonu jest alternatywą dla zwalczania ogromnych ilości odpadów generowanych codziennie przez budownictwo cywilne i pomaga zmniejszyć wpływ na środowisko powodowany przez wydobycie i produkcję cementu i betonu. Przeczytaj więcej o recyklingu betonu w części „Z powodzeniem przetestowano technikę wykorzystującą wyładowania elektryczne do recyklingu betonu”.

Główną przeszkodą w stosowaniu betonu pochodzącego z recyklingu jest zmienność i niepewność właściwości i końcowej jakości materiału pochodzącego z recyklingu oraz to, jak wpłynie to na wytrzymałość, sztywność i trwałość skonstruowanych konstrukcji.

Ze względu na dotychczasową lukę w wiedzy wykorzystanie kruszyw pochodzących z recyklingu ograniczało się głównie do zastosowań niekonstrukcyjnych, takich jak chodniki, drogi i prace niwelacyjne, chociaż jakość materiału z recyklingu jest generalnie wyższa niż wymagana w tych niekonstrukcyjnych zastosowaniach.

W związku z tym konieczne jest opracowanie badań i odpowiednich metod inżynieryjnych w celu większego wykorzystania kruszyw betonowych pochodzących z recyklingu w pracach konstrukcyjnych, takich jak budynki.

Oprócz tego istnieją również inne alternatywy, których celem jest pomoc w ograniczeniu skutków powodowanych przez przemysł cementowy. Zapoznaj się z artykułami: „Alternatywne techniki łagodzą szkody dla środowiska w procesie produkcji cementu” oraz „Klinkier: wiedz, czym jest i jaki ma wpływ na środowisko”.

Jak już wspomniano, cement jest niezbędny do „budowy” społeczeństwa, które znamy dzisiaj. Dlatego nie powinniśmy go demonizować, ale szukać alternatyw na dużą skalę, aby zmniejszyć jego wpływ i opracować bardziej zrównoważone alternatywy.


Źródła: Brazylijskie Stowarzyszenie Cementu Portlandzkiego (ABCP) i Ryzyka związane ze stosowaniem cementu w budownictwie cywilnym

Original text