深潜

具体难题:了解建筑材料'对环境的影响

混凝土始终是“文明”的指示器。自19世纪发明以来,人类不仅使用混凝土来驯服自然,而且在许多情况下都在其上面铺路。结果,这种耐磨材料几乎可以在任何人的地方找到。

在许多情况下,这些应用需要大量的材料。新建筑商 54亿美元巴拿马运河扩建工程,今年夏天刚刚完工,在项目的两边架设了两个混凝土工厂,以满足新的,更宽的运输线所需的估计570万立方码的要求,比建造原始运河时使用的承包商多了130万立方码。但是,中国是一个非常重视混凝土的国家。根据美国地质调查局, 中国使用了多少混凝土 在2011年至2013年期间,就像美国在整个20世纪所做的那样。 

然而,环保主义者一直在反对混凝土行业,抱怨说,混凝土尤其会导致热岛效应,并导致暴风雨期间的径流增加,从而导致水土流失和洪水泛滥。不过,最大的混凝土牛肉是生产过程中产生的大量二氧化碳排放。

专家们就混凝土的长期影响是否值得关注以及备用建筑材料的下一步发展有共同的看法。

材料内部及其影响

水泥-混凝土的四种成分之一,以及水,沙子和骨料-对材料的环境影响最为重要。据水泥可持续发展中心执行董事杰里米·格雷戈里(Jeremy Gregory)称,水泥约占平均混凝土掺量的10%,但80%的环境影响来自水泥生产。 麻省理工学院。水泥的主要成分是石灰石,在水泥生产过程中需要将其加热到极高的温度。

格雷戈里说:“经验法则是,每生产1公斤水泥就会产生1公斤二氧化碳。” “但是损害并不仅限于二氧化碳的排放。”他指出,环境因素中有一半来自二氧化碳排放,但另一半涉及达到必要高温所需的能量。

并且有一些方法可以使这些数字更加环保。 Heather J. Brown,美国混凝土与建筑管理学院院长兼教授 中田纳西州立大学,说一些生产商试图用其他生物基燃料来抵消水泥的高电和燃煤消耗。 资料来源。她说:“在全球范围内,工厂正在使用5%至20%的替代燃料,这是朝正确方向迈出的一步。”

减少二氧化碳排放的新方法

卡莱拉 ,这家公司已经弄清楚了如何从水泥生产过程中收集50%的二氧化碳排放并将其用于生产新型水泥, 是致力于改善材料对环境影响的创新者之一。布朗说:“讨论应该是每生产一吨水泥都会产生一吨二氧化碳,然后每天可将其处理为两吨卡雷拉水泥。”

为了减少二氧化碳排放量和能源消耗,格雷戈里说,更多的水泥制造商正在使用废物而不是煤炭来驱动该过程. 此外,一些制造商正在用补充胶凝材料(SCM)替代水泥混合物中的一些石灰石,例如燃烧煤和未加热的石灰石产生的粉煤灰。他说:“任何可以减少水泥生产中石灰石加热量的措施”都会减少二氧化碳的排放。但是,过程改进并不仅限于水泥方面。

格雷戈里说:“有类似的尝试来尝试用更少的水泥来制作(混凝土)。”在这里,SCM也会在对话中弹出。可以在水泥生产中补充石灰石的相同替代材料也可以用于混凝土中,以减少该混合料中所需的水泥量,但是这些方法并非没有挑战。

由于这些混合料有时需要花费较长时间才能凝固,并且会影响强度和耐久性,因此在决定是否使用它们时必须权衡竞争利益。 “您愿意等多久,直到混凝土足够坚硬,才能以您感兴趣的方式使用它?”格雷戈里说。

这些新混合物的另一个问题是,与传统的混凝土和水泥不同,它们的使用时间不足以建立其长期强度和耐久性。使用SCM的一个已知问题是,与某些类型的骨料结合使用时,会发生碱-硅反应(ASR),该反应会吞噬混凝土,导致混凝土随时间分解和碎裂。 

材料的其他注意事项

那么,混凝土的其他问题又如何呢,例如热岛效应或混凝土作为固体废物呢?批评人士说,混凝土和沥青等材料的热容量和导热系数允许吸收更多的太阳热,从而导致温度升高-在开始时气候已经温暖的城市中,这不一定是积极的。 

对于混凝土作为固体废物,布朗说回收是关键。她说:“美国的建筑和拆除废物每年约为1.35亿吨。” “可回收材料可以在建筑物,人行道或其他建筑物的使用寿命结束时进行回收,从而减少了被填埋的材料的数量,并减少了新建筑对原始材料的需求。”

布朗和格雷戈里还表示,混凝土在自然灾害期间对保护人员和财产起着至关重要的作用。混凝土的耐用性和强度有可能减少寿命损失并限制事后维修需求。格雷戈里说,要确保建筑物在其生命周期中能够承受所有类型的自然灾害,需要花费更多的资金,但从长远来看,重建的成本会更低。

什么's next for concrete?

布朗说,时代在变,行业正在努力减少对传统水泥的依赖。她说,例如,新的世界贸易中心在建设期间使用了72%的非水泥产品,从而节省了 177万加仑 用于水泥生产和运输的汽油。 

格雷戈里承认,混凝土和水泥生产过程中仍有改进的空间,但就可持续性而言,他说,像混凝土这样的材料需要在整个建筑生命周期中进行性能评估。他说:“即使是具有高生产负担的材料,只要能提高能源效率和耐用性,对环境的影响也就很小。”

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