CC BY
262УДК 691.3
ОПИСАНИЕ И ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОНА ИЗ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
©Вакуров А. Е., Московский государственный строительный университет (национальный исследовательский университет), г. Москва, Россия, ar.vakurov@yandex.ru ©Абросимов И. П., Московский государственный строительный университет (национальный исследовательский университет), г. Москва, Россия, abros.il@mail.ru
CARBONCURE TECHNOLOGIES
©Vakurov A., Moscow State University of Civil Engineering,
Moscow, Russia, ar.vakurov@yandex.ru ©Abrosimov I., Moscow State University of Civil Engineering, Moscow, Russia, abros.il@mail.ru
Аннотация. В данной статье рассматривается разработка инновационной технологии канадской компании CarbonCure Technologies, которая позволяет выпускать бетон из кристаллизованного диоксида углерода, его преимущества и недостатки, а также области применения и перспективы развития в строительной области. Рассмотрено влияние применения данной технологии на окружающую среду. Выявлены основные проблемы практического применения бетона из диоксида углерода. Рассмотрены направления развития и совершенствования данной технологии.
Abstract. The article discusses the development of the innovative technology of the Canadian company CarbonCure Technologies, which allows producing concrete from crystallized carbon dioxide, its advantages and disadvantages, as well as the field of use and development prospects in the construction field. The influence of this technology on the environment is considered. The main problems of practical usage of carbon dioxide concrete. The directions for the development and improvement of this technology are considered.
Ключевые слова: бетон из углекислого газа, строительные материалы, производство бетона, технология CarbonCure, применение углекислого газа, экологичный бетон, карбонизация бетонных смесей.
Keywords: carbon dioxide concrete, concrete production technology, CarbonCure technology, carbon dioxide usage, eco-friendly concrete, carbonization of concrete mixes, CarbonCure concrete.
С развитием строительства и увеличением спроса на строительную продукцию увеличивается выброс нежелательных веществ и газов в атмосферу. В связи с чем идет процесс детального изучения и возможности усовершенствования технологий производства строительных материалов.
По отчету Международного энергетического агентства (МЭА), датируемым 2009 годом, выпуск строительного цемента способствует возникновению примерно 5% всех антропогенных общемировых выбросов углекислого газа
(www.iea.org/publications/freepublications/publication/Cement.pdf).
Образование углекислого газа происходит по двум причинам:
Сырье (в число которого входит известняк) нагревают чтобы удалить из него химически связанный СО2;
При сжигании топлива для работы печи для обжига цемента происходит выброс большого количества углекислого газа.
В связи с этим идет процесс детального изучения технологий производства строительных материалов и применение подходов для сокращения объемов выбросов, а владельцам производств, архитекторам и строителям необходимо сосредоточиться на выборе своих строительных материалов и их влиянии на здоровье человека и окружающую среду.
Производство бетонных блоков при помощи СО2.
Канадская компания CarbonCure Technologies разработала инновационную технологию, позволяющую выпускать бетон из диоксида углерода. За счет связывания углекислого газа, применение данной технологии делает возможным снизить вредные выбросы и в то же время производить новейшие и более качественные строительные материалы (https://bramptonbrick.com/carboncure).
При производстве бетона по стандартной технологии, происходит нагрев цемента в специально оборудованных печах [1]. И это приводит к тому, что происходит выделение углекислого газа. Однако, новая технология CarbonCure выделяется тем, что в ее основе лежит обратная реакция восстановления: используется CO2, полученный из цементных и других заводов.
Путем модернизации существующих заводов по производству бетона, таких как Brampton Brick (Брамптон, Канада) с технологией CarbonCureTM, газообразный диоксид углерода вводится контролируемыми дозами в смеситель, снабжающий камнеформовочную машину. В данном случае, смеситель выступает в роли реакционного сосуда, в котором обеспечивается интеграция СО2 в традиционный производственный процесс и использование положительных свойств карбонизации свежего бетона в промышленных масштабах.
Что происходит, когда CO2 впрыскивается в бетон:
Когда CO2 добавляется к бетону во время смешивания, CO2 реагирует с водой с образованием ионов карбоната. Затем карбонат быстро реагирует с ионами кальция, высвобождаемыми из цемента, что приводит к образованию минералов карбоната кальция (известняка) нанометрового размера (Рисунки 1-2).
Конверсия СО2 в твердые минералы карбоната кальция означает, что СО2 постоянно связывается в бетоне и никогда не высвободится обратно в атмосферу [2].
Испытания и результаты испытаний бетона, приготовленного по новой технологии:
Испытания образцов цилиндров производились с использованием трех принципов:
Смешанная с углекислым газом бетонная смесь не претерпевала изменений количества
воды;
В ходе второго теста была приготовлена партия смеси, при производстве которой оператор, ориентируясь на визуальные показатели, добавлял дополнительную воду после подачи СО2;
Для итогового испытания была использована улучшающая уплотнение добавка [3-4].
1
Технология СагЬопСиго дорабатывается на существующем бетонном заводе. Это значит, что не требуется дорогостоящей полной замены производственных установок и полного технического перевооружения.
2
Газ двуокиси углерода (С02) поступает и собирается из дымовых труб местных промышленных производств специальными установками.
3
Очищенный газ С02 поставляется в сосудах под давлением в производство бетона коммерческими поставщиками газа
4
Запатентованная система доставки CarboncCurc внедряет С02 в бетонную смесь
~5
Двуокись углерода химически превращается из газа в твердый карбонат кальция, который постоянно внелояется в бетон
6
Когда бетонные блоки разрезаются, разрушаются или сносятся и измельчаются, газ не высвободится - потому что он был преобразован в твердые макрочастицы и связан в структуре самого бетона
IfcfclS*? 1
Преобразователь углекислого газа CarbonCure
Рисунок 1. Схема «Технология производства бетона при помощи технологии CarbonCure» (https://goo.gl/a3YSJC).
Рисунок 2. Схема «Конверсия углекислого газа в твердые минералы карбоната кальция» (https://goo.gl/xj VmzA).
Результаты:
Без введения дополнительной воды и улучшающих добавок плотность изготовленных блоков упала на 5% по сравнение с контрольными образцами, изготовленными по традиционной технологии;
Блок с корректировкой количества воды был на 18-19% прочнее контрольного стандартного блока;
Замес с добавками позволил получить блоки повышенной прочности (на 49% прочнее контрольного блока).
Также было установлено, что карбонизация позволила улучшить показатели испытаний на водопоглащение по всем трем замесам: на 11%, 18% и 32%, соответственно.
Преимущества использования технологии CarbonCureTM:
Наноразмерные минералы карбоната кальция действуют в качестве места зарождения реакции гидратации, которая дает прочность бетону. Производители нового вида бетона отмечают среднее повышение прочности примерно на 10-19% по сравнению с обычной технологией. Улучшение прочности на сжатие также позволяет производителям оптимизировать их смеси, которые обычно включают в себя сниженное количество цемента. В среднем, производители готового смешанного бетона CarbonCure могут уменьшить количество цемента на 5-8% и сохранить первоначальную прочность на сжатие.
При этом использование этой технологии может уменьшить расходы энергии при выпуске разных видов продукции, а также поможет получить специальные поощрения, например, экологичные сертификаты зданий LEED (стандарт LEED: Leadership in Energy and Environmental Design — «Руководство в энергоэффективном и экологическом проектировании»).
По мнению экспертов, после проведения модернизации имеющегося оборудования для использования новой технологии, компания, производящая строительные материалы сможет снизить себестоимость выпускающегося бетона, а также увеличить его прочностные характеристики и сделать его более безопасным с экологической точки зрения.
Согласно предварительным расчетам, для изготовления 100 тысяч бетонных блоков по данной новой технологии будет использовано такое же количество углекислого газа, сколько смогут усвоить 92 взрослых дерева в течение одного года [4].
Перспективы:
На сегодняшний день, технология проходит тестирование на американских предприятиях, и судя по результатам она оправдывает себя. Ее можно использовать в нескольких производственных сегментах, она эффективна и удобна в использовании, что делает ее очень привлекательной для производителей. Особенно заинтересованы этой разработкой крупные известные предприятия, понимающие важность защиты и заботы об окружающей среде. Словом, инновационная разработка позволяет убить двух зайцев разом — и позаботиться об экологии, и сократить производственные издержки.
29 стран уже совместно работают над сокращением выбросов парниковых газов с целью значительно сократить выбросы CO2 к 2050 году: с 57 миллиардов тонн до 14 миллиардов тонн (ASTM (American Society for Testing and Materials) — Американское общество по испытанию материалов. Комитет C01 по цементу, ASTM C 1077-05a Standard Practice for Laboratories Testing)
Архитектура 2030 — инициатива, призывающая глобальную архитектуру и создание сообщества принять цели сокращения выбросов углерода для зданий и продуктов (https://goo.gl/ksmhCY).
Рисунок 3. Патент CarbonCure Technologic's ¡ад (https://goo.gl/kxnnHE).
Заключение
Процесс внедрения карбонизации в изготовление бетонных блоков может быть эффективным, а изготовленные таким образом блоки отличаются повышенной прочностью (на 18%) при плотности, сопоставимой с контрольными данными.
Эксперименты показали, что количество углекислого газа, поглощаемого бетоном, может быть вдвоем и даже втрое больше без ущерба для производительности в промышленных масштабах.
Система СагЬопСиге — это базовая технология для переработки углекислого газа в бетон. Однако, ее также возможно свободно комбинировать с другими методиками для сокращения объема выбросов парниковых газов при производстве бетона.
Список литературы:
1. Шмитько Е. И., Крылова А. В., Шаталова В. В. Химия цемента и вяжущих веществ. Воронеж: Воронеж. гос. арх.-строит. ун -т, 2005. 164 с.
2. Невилль А. М. Свойства бетона. М.: Стройиздат, 1972. С. 269-271.
3. Katz A. Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete // Cement and concrete research. 2003. T. 33. №5. C. 703-711.
4. Shah S. P., Rangan B. V. Fiber reinforced concrete properties // Journal Proceedings. 1971. T. 68. №2. C. 126-137.
References:
1. Shmitko, E. I., Krylov, A. V., & Shatalova, V. V. (2005). Chemistry of cement and binders. Voronezh, Voronezh state. arh.-builds. un-t, 164.
2. Neville, A. M. (1972). Properties of concrete. Moscow, Stroyizdat, 344.
3. Katz, A. (2003). Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete. Cement and concrete research, 33(5), 703-711.
4. Shah, S. P., & Rangan, B. V. (1971). Fiber reinforced concrete properties. Journal Proceedings, 68(2), 126-137.
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 07.07.2018 г. 11.07.2018 г.
Ссылка для цитирования:
Вакуров А. Е., Абросимов И. П. Описание и преимущества технологии производства бетона из диоксида углерода в строительстве // Бюллетень науки и практики. 2018. Т. 4. №8. С. 148-153. Режим доступа: http://www.bulletennauki.com/vakurov (дата обращения 15.08.2018).
Cite as (APA):
Vakurov, A., & Abrosimov, I. (2018). CarbonCure Technologies. Bulletin of Science and Practice, 4(8), 148-153.
