Цемент спасает от парниковых газов

 

Цемент вполне можно назвать фундаментом современной цивилизации. Без него невозможно представить себе строительство как таковое. Принято считать, что цемент стал приобретать привычные нам очертания в начале 19 века, хотя родственные материалы с похожими свойствами изготавливали ещё вавилоняне, ассирийцы, македонцы, римляне и многие другие народы.

 

При всей своей важности для человечества цемент имеет существенный недостаток – его производство сопровождается выбросами большого количества парниковых газов.

 

Они составляют 90% мирового объёма выбросов углекислого газа от промышленных процессов и 5% от совокупных выбросов, если учитывать сжигание ископаемого топлива. Происходит это потому, что для превращения известняка в цемент необходима температура около 1500 ˚C. Для её достижения также необходимо сжигать большое количество того самого ископаемого топлива.

А так как этот материал нужен практически повсеместно и производится в огромных количествах, экологи вполне имеют право испытывать серьёзное волнение по поводу его общемирового производства. Только с 1930 по 2013 год в мире было получено порядка 76 миллиардов тонн цемента, что привело к выбросу в атмосферу 38,2 гигатонн углекислого газа.

 

Фото2

 

И, тем не менее, известен факт, что тот же самый цемент способен поглощать парниковые газы. Положительный эффект этого процесса для экологии никогда не оценивался. В надежде восполнить этот пробел и хотя бы частично оправдать цемент, за дело взялась международная команда исследователей под руководством профессора Университета Восточной Англии Дабо Гуаня.

 

Учёные обнаружили, что в ходе естественного процесса карбонизации цемента и материалов на его основе происходит поглощение углекислого газа из воздуха, с которым действительно стоит считаться. Они проанализировали новые полевые данные, собранные в Китае, а также уже имеющиеся результаты исследований цемента на протяжении всего срока его службы, включая вторичное использование, и смоделировали региональное и глобальное поглощение атмосферного углекислого газа всеми этими материалами между 1930 и 2013 годами.

 

Как сообщается в официальном пресс-релизе, за этот временной период цементные материалы должны были поглотить около 4,5 гигатонн углерода или, в пересчёте на углекислый газ, 16 гигатонн. И это компенсирует до 43% выбросов углекислого газа при их производстве.

 

Фото3

 

Была обнаружена также интересная зависимость процесса поглощения углекислого газа от возраста цемента. Так с 2000 по 2013 год материалы старше 5 и 10 лет должны были поглощать ежегодно 25 и 14% от общего количества поглощённого углекислого газа, соответственно. То есть в ходе старения цемента эффективность процесса повышается. Это происходит в том числе и потому, что материал "в возрасте" более склонен к разрушению, что в свою очередь ведёт к образованию новых полостей и поверхностей, готовых к полезной работе.

 

По мнению специалистов, результаты этого исследования заставят существенно пересмотреть модели глобальных выбросов парниковых газов в атмосферу. Кроме этого, они показывают, что цемент, сам по себе, – не такое уж большое зло, каким его выставляют экологи, и что главная проблема – это всё то же ископаемое топливо. И если его хотя бы частично удастся заменить при производстве, то в долгосрочной перспективе использование цемента может потенциально иметь даже положительный экологический эффект.

 

Результаты работы были опубликованы авторами в издании Nature Geoscience.

 

Казалось бы, что может быть интересного в цементе. А оказывается есть. Что мы знаем о нём и вообще о вяжущих строительных смесях?

 

Фото4

 

Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При взаимодействии с водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело.

 

В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих — (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

 

Фото5

 

Марка цемента это условная величина, обозначает, что прочность при сжатии, не ниже обозначенной марки (200, 300, 400, 500, 600)

 

Цемент для строительных растворов это малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготавливают совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.

Знаменитый портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450 - +1480 °С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера.

 

Клинкер (в цементной промышленности) — промежуточный продукт при производстве цемента.

 

При нагревании смеси полученной из известняка (около 75 %) и глины (около 25 %) или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450°С происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера.

 

Для получения цемента, клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса (около 5 %, что зависит от марки гипса и содержания SO3 в клинкере) и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле.

 

Клинкер размалывают совместно примерно с 5 процентами гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция.

 

Фото6

 

Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67 % СаО, 22 % SiO2, 5 % Al2О3, 3 % Fe2O3 и 3 % других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

 

История появления цемента

 

Способы производства вяжущих веществ были изобретены где-то в 3-4 тысячелетии до нашей эры. Это происходило в процессе обжига горных пород и последующего измельчения продуктов обжига. Первые искусственно созданные вяжущие вещества – известь и строительный гипс применялись во время строительства бетонной галереи лабиринта в Египте в 3600 году до нашей эры, римского Пантеона, Великой Китайской стены, фундаментов древних домов в Мексике. Вяжущие материалы известь, гипс и глина обладают способностью затвердевать только на воздухе потому они и называются воздушными. Прочность у всех воздушных вяжущих материалов довольно невысокая.

 

Фото7

 

По прошествии времени водостойкость таких известковых растворов уже умели повышать путем ввода в раствор обожженной глины мелкого помола и вулканических пород, называющиеся «пуццоланы» (так назывались они потому, что залежи этих пород находились в древнем Риме возле города Поццуолли).

 

В Москве с 1584 года действует так называемый «Каменный приказ», основной задачей которого было производство кирпича и заготовка камня для строительства, также он занимался и производством извести.

 

На протяжении многих тысячелетий только воздушные смеси извести и гипса были вяжущими материалами. Их большим недостатком была низкая водостойкость.

 

В связи с большой интенсивностью развития в 18-м веке промышленности в России возникла необходимость в систематизации знаний о вяжущих веществах, создания их усовершенствованных видов.

 

Нам же цемент известен с 1822 года. Егор Челиев, русский строитель, методом смешивания глины и извести получил материал с вяжущими свойствами. По происшествии нескольких лет он выпустил книгу, в которой описал процесс приготовления цементных материалов и бетона, а также все преимущества использования их при кладке кирпичей в строительстве набережных и зданий.

 

Англичанин Д. Аспинд в 1824 году получил на изготовление цемента патент. Он предложил изготавливать цемент следующим образом: нужно смешать глину и известковую пыль, и эту смесь подвергнуть обработке при высокой температуре. Получился серый материал (клинкер). Его необходимо было измельчить до мелкого помола и смешать с водой. При высыхании получался материал высокой прочности. Этот материал назвали портландцемент. В городе Портланд добывали камень, похожий по своей прочности и цветом на цемент, который был получен Аспиндом.

 

После появления цемента он был оценен по достоинству. Сейчас без использования цемента даже нельзя представить себе ни одно строительство или ремонт. Цемент это не конкретный строительный материал. Это название обобщает группу веществ с такими физическими характеристиками как, вязкость, порошкообразность, способность образовывать вместе с водой пластичную массу, которая принимает, высыхая, камневидное состояние. Этот процесс полностью односторонний.

 

Если цемент затвердел, то в первоначальное состояние он не вернется никогда. Основные компоненты цемента – глинистые, маргелистые, известковые породы и добавки (шлак, бокситы и др.) В процессе высокотемпературной и высокотехнологичной обработки сырье попадает в стадию частичного либо полного плавления. При этом процессе образуются алюминаты или силикаты кальция, благодаря им цемент приобретает высокую прочность. Есть очень много видов цемента: портландцемент, глиноземистый цемент, пуццолановый и шлаковый цементы, специальные цементы, например, кислотоупорный и др.