Cement je glavni material, ki ga najdemo v gradbenih objektih. Čeprav je bistvena, njegova proizvodnja predstavlja tveganje za zdravje in okolje.
Cement je eden najpogosteje uporabljanih izdelkov po vsem svetu in lahko rečemo, da je ta material revolucioniral zgodovino inženirstva in način, kako so se mesta začela strukturirati. Poglejte okoli ... Prisoten je v skoraj vseh vrstah gradnje, od najpreprostejše hiše do najbolj zapletenih inženirskih del.
V bistvu je cement fini prah z aglomeracijskimi, vezivnimi ali vezavnimi lastnostmi, ki se ob stiku z vodo strdi. Ko se material strdi, tudi če je ponovno izpostavljen vodi, se ta ne razgradi več.
Njegove glavne surovine so: apnenec, glina in manjše količine železovega in aluminijevega oksida, ki se uporablja za proizvodnjo klinkerja - osnovnega materiala za izdelavo cementa (več o tem v Klinkerju: vejte, kaj je in kakšen je njegov vplivi na okolje) - omet (mavec) in drugi dodatki (na primer pucolana ali žlindra iz peči).
Običajno, ko govorite o cementu, govorite tudi o betonu. Oba sta nepogrešljiva materiala v gradbeništvu. Bi pa vedeli, kako razlikovati med tema dvema materialoma?
Cement je fin prah z veznimi lastnostmi, ki ga lahko uporabimo za različne namene, na primer pri sestavi malte, ometanju sten, pri izdelavi betona itd.
Beton je spojina, ki se pogosto uporablja v gradbeništvu in uporablja cement kot eno glavnih sestavnih delov, kar ji daje potrebne lastnosti togosti in aglutinacije. Poleg cementa so v sestavi betona tudi drugi materiali, voda, pesek in kamen.
Na kratko: beton je struktura, ki izhaja iz mešanice cementa in drugih materialov, medtem ko je cement ena od "sestavin", ki so del tega recepta.
Vir
Cement je beseda, ki izvira iz latinske besede "caementu", ki je v starem Rimu označevala neke vrste naravni kamniti kamen.
Zgodovinarji domnevajo, da je primitivni človek iz kamene dobe že imel znanje o materialu z aglomeracijskimi lastnostmi, podobnimi cementu. Verjamejo, da so ta človeška bitja ob prižiganju ognja poleg apnenca in mavčnih kamnov opazovala, kako se del teh kamnov pod ognjem pretvarja v prah in se je, ko je nočni umirjeni material hidriral, spremenil spet v kamnu.
Poleg tega sta izvor in tvorba cementa z drugačno sestavo, kot jo poznamo danes, zelo stara. Ocenjujejo, da so jih začeli uporabljati pred približno 4500 leti.
Nekatera starodavna ljudstva, na primer Egipčani in Rimljani, so pri gradnji svojih spomenikov že uporabljala nekakšno vezivo med kamnitimi bloki. V starem Egiptu so že uporabljali zlitino, sestavljeno iz mešanice žganega ometa. Velika grška in rimska dela, kot sta Panteon in Kolosej, so bila zgrajena na tleh vulkanskega izvora, ki so imela lastnosti, ki utrjujejo vodo.
Leta 1756 je Anglež John Smeaton naredil prvi korak k razvoju sodobnega cementa, ki mu je z žganjem mehkih in glinenih apnencev uspelo dobiti odporen izdelek.
Toda šele leta 1824 je angleški gradbenik Joseph Aspdin skupaj sežgal apnenec in glino ter jih spremenil v fin prah, zelo podoben sodobnemu cementu. Ko smo temu prahu dodali vodo, smo dobili zmes, ki je po sušenju postala trda kot kamen in se v vodi ni raztopila. To odkritje je bilo patentirano pod imenom portlandski cement, saj ima barvo in lastnosti trajnosti in trdnosti podobne kamninam na britanskem otoku Portland.
Formulacija portlandskega cementa je do danes najbolj uporabljena in razširjena po vsem svetu.
Pojav v Braziliji
V Braziliji so se prvi poskusi, povezani s proizvodnjo portlandskega cementa, zgodili okoli leta 1888 preko poveljnika Antônia Proosta Rodovalha, ki je na svoji kmetiji v Santo Antôniu (SP) namestil tovarno, čemur je sledila namestitev nove tovarne na otoku Tiriri (PB) leta 1892. In leta 1912 je vlada Espírito Santo ustanovila lastno tovarno v mestu Cachoeiro do Itapemirim.
Vendar so bili ti ukrepi le poskusi, ki so dosegli vrhunec leta 1924 z vgradnjo tovarne s strani Companhia Brasileira de Cimento Portland v Perusu (SP), katere gradnjo lahko štejemo za mejnik implantacije brazilske cementne industrije. .
Prve tone so proizvedli in dali v promet leta 1926. Do takrat je bila poraba cementa v državi odvisna izključno od uvoženega izdelka. Tako se je od omenjenega datuma nacionalna proizvodnja postopoma povečevala z vsaditvijo novih tovarn, udeležba uvoženih izdelkov pa se je v naslednjih desetletjih zmanjševala, dokler danes praktično ni izginila.
Tveganja za okolje in zdravje ljudi
Glavni vplivi na okolje so povezani s postopkom proizvodnje cementa. Tovarne tega materiala onesnažujejo okolje in so odgovorne za ustrezne vplive.
In čeprav postopek izdelave tega materiala neposredno ne proizvaja trdnih odpadkov, saj se pepel pri sežiganju goriv v cementarnah običajno ponovno uporabi v samem postopku, obstaja velika emisija plinastih onesnaževal in trdnih snovi.
Tako glavne učinke povzroča emisija plinov, ki onesnažujejo ta goriva. Primer je velika emisija ogljikovega dioksida (CO2), enega glavnih plinov, ki ne uravnava učinka tople grede. Več o vplivih na okolje, ki jih povzroča proizvodnja cementa, preberite v članku "Kako poteka postopek proizvodnje cementa in kakšni so njegovi vplivi na okolje?".
Poleg teh vplivov na okolje lahko cement predstavlja tudi tveganje za zdravje ljudi. Uporaba cementa brez uporabe ustrezne zaščitne opreme lahko resno škoduje zdravju delavca, ki ravna s tem materialom. Glede na študijo je cement razvrščen kot "dražilni material", ki reagira v stiku s kožo, očmi in dihalnimi potmi.
Cement reagira v stiku s kožo zaradi vlage (znojenje telesa) po daljšem stiku. Toplota se sprosti zaradi reakcije cementa v stiku s površino tekočine in povzroči poškodbe. Poleg tega je običajno opaziti alkalno delovanje cementa predvsem na rokah in nogah gradbenih delavcev. Cement ima abrazivni učinek na rožnato plast kože in povzroča lezije, kot so: pordelost, oteklina, mehurji in razpoke.
Previdnost je treba podvojiti pri občutljivosti oči, saj lahko cement povzroči konjunktivno draženje in še hujše in nepopravljive poškodbe, kot je slepota.
Druga zdravstvena tveganja so povezana z vdihavanjem prahu iz tega materiala. Čas izpostavljenosti prahu brez potrebnih varnostnih metod je oteževalni dejavnik v tem postopku. Po raziskavah ocenjujejo, da je obdobje od deset do 20 let izpostavljenosti temu prahu dovolj za razvoj pljučnih bolezni. Te bolezni so posledica kopičenja trdnih delcev v pljučih z vdihavanjem.
Z leti se vdihani prah odlaga v pljučih, kar ustvarja sliko fibroze, to je strjevanja pljučnega tkiva, zaradi česar je ogrožena elastična sposobnost pljuč.
Alternative in inovacije
Napoved je, da se bosta proizvodnja in potrebe po cementu v prihodnjih letih še naprej povečevali, kar bi posledično povečalo skupne emisije toplogrednih plinov, kot je CO2. Da bi se temu položaju izognili ali ga vsaj čim bolj zmanjšali, je nujno razmisliti o alternativah in novostih, primernih za proizvodnjo in porabo cementa, saj se povpraševanje po tem materialu verjetno ne bo zmanjšalo. Spodaj predstavljamo nekaj alternativ in novosti:
Kovinske konstrukcije
Trenutno obstaja že več konstrukcij, ki uporabljajo kovinske konstrukcije.
Če primerjamo razmerje med stroški in koristmi te vrste konstrukcije, in razmerja med armiranim betonom (beton + železo), bomo dobili prednosti in slabosti, kot so:
Kar zadeva konstrukcijo, medtem ko je treba betonsko v celoti izdelati pri delu, se kovinska le sestavi, izdelava pa poteka v tovarni, kar pospeši postopek.
Delo, ki se uporablja pri delih s kovinskimi konstrukcijami, je veliko manjše od dela pri armiranobetonskih delih, čeprav kovinske konstrukcije zahtevajo bolj specializirano delo. Napake so včasih dopustne in popravljene pri obravnavi betonskih konstrukcij. Vendar pa morajo biti napake v kovinski konstrukciji nične.
Teža kovinske konstrukcije je manjša od teže armiranega betona, kar razbremeni napetost nosilcev in stebrov.
Kar zadeva odpornost teh struktur, so enakovredne.
Kar zadeva roke gradnje, ima kovinska konstrukcija več prednosti, saj se gradbeni koraki lahko izvajajo hkrati, za razliko od armiranobetonskih konstrukcij.
Kar zadeva toplotno izolacijo, imajo armiranobetonske konstrukcije prednost pred kovinskimi konstrukcijami, saj se kovinske konstrukcije poleti pregrejejo in pozimi preveč ohladijo, za razliko od betonskih konstrukcij, ki so na koncu bolj prijetne in udobne.
Končno imajo betonske konstrukcije pri požarni zaščiti veliko prednost pred kovinskimi konstrukcijami. Zdi se, da to dejstvo upravičuje še vedno veliko uporabo armiranobetonskih konstrukcij.
Uporaba certificiranega lesa
Obstajajo različne pobude, ki zagovarjajo uporabo certificiranega lesa v gradbeništvu za nadomestitev betonskih konstrukcij. Za to prakso se zavzema veliko pozitivnih dejavnikov, na primer dejstvo, da je les obnovljiv vir, zmanjšuje količino toplogrednih plinov in je odporen in lahko uporabljiv material.
Oglejte si animacijo nevladne organizacije WWF-Brasil (Svetovni sklad za naravo), ki naslavlja in spodbuja uporabo certificiranega lesa pri gradbenih projektih.
Poleg te animacije je zanimivo preveriti predavanje Michaela Greena na TED Talks, " Zakaj bi morali graditi lesene nebotičnike ". Je arhitekt, ki ocenjuje in predlaga možnost gradnje visokih zgradb in zapletenih del s certificiranim lesom (odstranjevalec ogljika), namesto da uporablja beton in jeklo. Predstavitev traja 14 minut in to temo obravnava na zelo inovativen in zanimiv način. Oglejte si predavanje tukaj.
Biobeton: beton, ki se 'zdravi' sam
Tako imenovani biobeton je odkritje, ki lahko popolnoma revolucionira civilni gradbeni sektor in način, kako ljudje izvajajo svoje gradnje in popravila. Rodil se je iz rok in misli nizozemskih znanstvenikov s Tehniške univerze Delft in opozarja na svojo sposobnost tesnjenja lastnih razpok in razpok. To bi bil beton, obdarjen s sposobnostmi samozdravljenja, tako kot se v naravi pojavlja pri nekaterih živih bitjih.
Po besedah njegovih ustvarjalcev je biobeton tako poimenovan, ker je 100% živi izdelek. To je posledica prisotnosti bakterij v materialu, ki so mu odgovorne za zagotavljanje posebnih lastnosti. Raziskovalci navadni beton mešajo s kalcijevim laktatom in kolonijo mikroorganizmov ( Bacillus pseudofirmus ). Te bakterije lahko preživijo več kot dve stoletji v zgradbah, tudi v težkih okoljih.
V praksi se razpoke v zgradbah, zgrajenih z biobetonom, obnovijo, ko bakterije v izdelku pridejo v stik z vodo. Ko prodrejo v razpoke, jih spodbudi vlaga in začnejo uživati laktat. Končni rezultat po "prebavi" teh bakterij je proizvodnja apnenca, snovi, ki je odgovorna za popravilo materiala.
Drug pozitiven vidik biobetona je povezan z obsegom razpoke, ki jo je mogoče praktično brez omejitev obnoviti, saj lahko popravi do kilometrov razpok. Za boljše delovanje pa ruptura ne more imeti širine, večje od 8 mm. Poleg tega so prihranki, ki jih zagotavlja uporaba biobetona, nepredstavljivi, saj lahko prihranite veliko denarja.
Oglejte si naslednji video v angleškem jeziku, ki ga je objavila Univerza v Delftu na Nizozemskem. V njem koncept in delovanje bio betona na kratko razloži eden od njegovih ustvarjalcev.
Recikliranje betona
Recikliranje betona je alternativa za boj proti ogromni količini odpadkov, ki jih dnevno ustvarjajo gradbene gradnje, in za zmanjšanje vplivov na okolje zaradi pridobivanja in proizvodnje cementa in betona. Več o recikliranju betona preberite v poglavju "Tehnika, ki uporablja električne razelektritve za recikliranje betona, je uspešno preizkušena".
Glavna ovira pri uporabi recikliranega betona se nanaša na variabilnost in negotovost lastnosti in končne kakovosti recikliranega materiala ter na to, kako bi to vplivalo na trdnost, togost in trajnost konstruiranih konstrukcij.
Zaradi vrzeli v znanju je bila uporaba recikliranih agregatov omejena predvsem na nestrukturne namene, kot so pločniki, ceste in izravnave zemljišč, čeprav je kakovost recikliranega materiala na splošno višja od zahtevane v teh nestrukturnih aplikacijah.
Zato je treba razviti raziskave in ustrezne inženirske metode za večjo uporabo recikliranih betonskih agregatov v konstrukcijskih delih, kot so stavbe.
Poleg teh obstajajo tudi druge alternative, katerih cilj je zmanjšati vplive, ki jih povzroča cementna industrija. Preverite članke: „Alternativne tehnike ublažijo okoljsko škodo v procesu proizvodnje cementa“ in „Klinker: vedite, kaj je to in kakšni so njegovi vplivi na okolje“.
Cement je, kot že rečeno, bistvenega pomena za "konstrukcijo" družbe, ki jo poznamo danes. Zato je ne smemo demonizirati, ampak iščemo obsežne alternative, da bomo zmanjšali njene učinke in razvili bolj trajnostne alternative.
Viri: Brazilsko združenje portlandskega cementa (ABCP) in tveganja, povezana z uporabo cementa v gradbeništvu
