CC BY
31
ПРОБЛЕМА ПАГУБНОГО ВЛИЯНИЯ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА НА ЭКОЛОГИЮ
Д.С. Минасян, студент М.А. Резникова, студент С.А. Лашевич, студент
Кубанский государственный медицинский университет (Россия, г. Краснодар)
DOI:10.24412/2500-1000-2022-12-2-16-20
Аннотация. В данной работе рассматривается проблема влияния процесса производства бетона на состояние окружающей среды, что с развитием технологического процесса стало особенно острой проблемой. Самым результативным и простым в исполнении путём её решения является доработка существующих нормативно-правовых актов, регулирующих изготовление цемента, а в особенности создание корреспонденции между данными документами и ГОСТами по экологии.
Ключевые слова: бетон, окружающая среда, портландцемент, парниковые газы, известняк.
В связи с растущей в наше время урбанизацией человечество вынуждено отстраивать достаточное количество зданий и инфраструктуры для удовлетворения своих потребностей. Наиболее распространенным на данный момент материалом является бетон, который имеет достаточное количество плюсов: относительная дешевизна, легкодоступность, простота в использовании. Но наряду с преимуществами есть и недостатки, например, колоссальное загрязнение окружающей среды в ходе его производства [1, 2, 5, 6].
Если быть точнее, главным источником загрязнения является процесс производства цемента - основного скрепляющего элемента бетона. Производство цемента ответственно за 8% всего выработанного человеком углекислого газа, что превышает загрязнение от всех самолётов, кораблей и грузового автотранспорта вместе взятых [1, 5].
На сегодняшний день все альтернативы производства и использования цемента и бетона либо слишком дороги, либо ещё недостаточно проработаны, либо внедряются слишком медленно [2].
Соответственно цели данной работы -объяснить необходимость поиска решения данной экологической проблемы, а также предложить варианты, которые могут быть полезны в осуществлении этой задачи.
Производство бетона и цемента. Основным сырьём для производства цемента является известняк, который смешивают с глиной и во вращающейся камере под действием высокой температуры обжигают горячим газом, получаемым при сжигании природного топлива. При этом образуются гранулы клинкера, которые при смешении с гипсом или другими кристаллическими формами сульфата кальция, образуют цемент. Различают несколько фаз цемента (алит, белит, алюминатная и ферроалюми-натная), которые отличаются содержанием основных компонентов и минеральных веществ (например, катионов алюминия, железа, магния и т.д.). В зависимости от массовой доли определённой фазы в цементе выделяют его различные виды: ро-манцемент, портландцемент, глинозёмистый цемент, магнезиальный цемент и прочие [9, 14-18].
Основным фактором загрязнения окружающей среды является процесс декарбонизации - один из этапов производства цемента, когда происходит разложение известнякового компонента под действием высоких температур с образованием оксидов кальция и углерода.
Также загрязнение происходит и из-за сгорания природного топлива с выделением углекислого газа, который и направляется при высоких температурах на декар-
бонизацию известняка. Отработанный и образующийся в этих процессах газ выбрасывается в атмосферу [3, 4, 6].
В большинстве индустриальных процессах, энергия, необходимая для работы техники и нагрева материала, является основным источником двуокиси углерода. Но в случае цемента сам известняк выделяет больше углекислого газа, чем все остальные процессы вместе взятые.
Выброс углекислого газа является основной проблемой при производстве цемента, но помимо этого также происходит попадание в окружающую среду оксидов азота и серы, что может приводить к кислотным дождям из-за смешения газов с водой в верхних слоях атмосферы и образования вследствие этого кислот. Помимо газообразных факторов загрязнения в окружающую среду также попадает большое количество пыли из-за смешения её с отработанным воздухом в печах и образованием дисперсной смеси газа и пыли.
В дальнейшем при смешивании цемента с песком, водой и щебнем получается бетон, в котором цемент и является основным связующим компонентом, от количества которого зависит прочность полученного бетона [10, 11, 13, 16].
Пути решения проблемы. В современном мире можно выделить основные способы решения экологической проблемы производства цемента:
1. Улавливание и хранение углекислого газа:
Выбросы из печей могут быть скоплены и сохранены благодаря CCS-технологиям (CCS - Carbon Capture & Storage - улавливание и хранение углерода), однако они находятся лишь на стадии разработки.
2. Использование альтернативного цемента:
Разработка цемента, не требующего в процессе производства клинкера, однозначно уменьшит количество загрязнений. По некоторым расчётам можно будет избежать до 90% вырабатываемого углекислого газа.
3. Замена клинкера:
Использование вместо известняка его альтернативы (микрокремнезём, летучая зола, топочный шлак), что значительно
уменьшит количество вырабатываемого газа.
4. Уменьшить количество потребляемого цемента:
Если повторно использовать бетон или строить здания с меньшим его количеством, объем потребляемого цемента соответственно также снизится. Более того, возможно использование вместо бетона других материалов.
5. Использование альтернативного топлива:
В качестве топлива можно использовать отходы, которые невозможно переработать, поэтому они отправляются на мусоросжигательный завод. Например, автомобильные шины, резину, изделия из смешанного пластика и другие [1, 2, 3, 8].
Действующее нормативно-правовое регулирование. В настоящее время качество и производство цемента устанавливается государственными стандартами: ГОСТ Р 57293-2016, ГОСТ Р 56828.262017, ГОСТ 30515-2013. Согласно ГОСТу 30515-2013 выделяют следующие типы цемента:
- Портландцемент категорий 0, I, II/A, II/B.
- Шлакопортландцемент категорий III/A, III/B, III/C.
- Пуццолановый цемент категорий IV/A, IV/B.
- Композиционный цемент категорий V/A, V/B.
Все указанные выше виды цемента изготавливаются на основе портландцемент-ного клинкера, который и является основным источником загрязнения окружающей среды, а также приведены различные дополнительные компоненты, которые могут быть к нему добавлены (доменный гранулированный, электротермофосфорный или топливный шлак, пуццолана, микрокремнезём, глиёж, зола-уноса и т.д.), однако в данном стандарте не рассматриваются цементы не на основе портландцементного клинкера [11, 12, 14, 15, 18]. Целесообразно указание также других видов цемента в этом ГОСТе или создание для них собственных государственных стандартов:
Сульфоалюминатный цемент изготавливается из сульфоалюминатного клинке-
ра, в основу которого входят сульфоалю-минаты или сульфоферриты кальция. В отличие от портландцемента, при производстве которого используются карбонаты кальция, выделяющие при разложении углекислый газ, суль-фоалюминатный цемент не требует использование известняка, что делает его намного более экологически выгодным. Также такой цемент обладает рядом других плюсов: с увеличением времени эксплуатации, прочность бетона на сульфоалюминатном цементе увеличивается, обладает высокой морозостойкостью и герметичностью, устойчив к карбонизации и коррозии, огнеупорен [9, 11, 12, 17].
Эркрит - бетон, получаемый при смешивании песка, воды, порошкообразного цемента из золы-уноса, извести и порошкообразного алюминия. Производство такого бетона не требует разложения известняка, а, следовательно, и не будет происходить выброс углекислого газа. Такой вид бетона отличается особой лёгкостью, но в то же время и прочностью [9, 17].
Керамикрит - керамический фосфатный материал, образующийся за счёт смешивания порошкообразной жжёной магнезии и растворённого фосфатного порошка. Для его отвердевания требуется поглощение углекислого газа, что способствует уменьшению количества парниковых газов в атмосфере. Керамикрит может использоваться для производства кирпичей, блоков и плиток для кровельных покрытий [9, 17].
Также целесообразно провести дополнительные исследования с целью нахождения оптимального процентного соотношения портландцемента с более экологичными видами цемента, которые используются в качестве добавки для повышения качества бетона. Таким образом, будет уменьшено количество парниковых газов.
При исследовании ГОСТа 30515-2013, в отличие от европейских государственных стандартов, не было найдено никаких директив по минимизации количества вы-
бросов парниковых газов при производстве цемента. Также практически отсутствует корреспонденция между ГОСТами по цементу и ГОСТами по экологии. Это создает пробелы в законодательстве, регулирующем состояние окружающей среды. Суммируя всё вышесказанное, можно сделать вывод, что в ближайшем будущем необходимо устранить данный изъян путём доработки существующих нормативно-правовых актов.
После решения данной проблемы качество жизни улучшится у всех граждан, проживающих в регионах, где развита цементная промышленность. Это особенно актуально для жителей Краснодарского края, так как здесь находится действующий Новороссийский цементный завод. В связи с чем, в данном регионе распространены респираторные заболевания. Это позволит государству снизить затраты на здравоохранение, а также поднять свои позиции среди стран, предпринимающих действия по защите природы.
Заключение. Изучив процесс производства бетона и его нормативно-правовое регулирование, была выявлена проблема избыточного образования парниковых газов, которые очень пагубно влияют на состояние атмосферного воздуха. Проанализировав данную проблемы, появилась возможность выдвинуть несколько оптимальных путей её решения.
Вопрос экологии в мире и России в наше время стоит особо остро. Если не принимать необходимые меры, то уже в этом столетии последствия будут необратимы. Воздействия парниковых газов ежегодно повышают температуру атмосферного воздуха, из-за чего нарушается озоновый слой, что повышает мутагенность; тают ледники, что может быть причиной массовых затоплений прибрежных городов. Именно поэтому необходимо принимать решительные меры на государственном уровне.
Библиографический список
1. Timperley, J. September 13 2018. Q&A: Why cement emissions matter for climate change.
2. Global CO2 emissions from cement production Robbie M. Andrew CICERO Center for International Climate Research, Oslo 0349, Norway Correspondence: Robbie M. Andrew (rob-bie.andrew@cicero.oslo.no) Received: 19 July 2017 - Discussion started: 23 August 2017 Revised: 22 November 2017 - Accepted: 22 November 2017 - Published: 26 January 2018.
3. Чомаева, М.Н. Экология производства цемента / М.Н. Чомаева // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. - 2019. - №2-1. - С. 8-10. - DOI 10.24411/2500-1000-2019-10522. - EDN VWAIUT.
4. Чомаева М.Н. Цементное производство и экологические проблемы в КарачаевоЧер-кесии (на примере ЗАО «Кавказцемент») // Апробация. - 2014. - №4 (19). - С. 106-110.
5. Влияние цементного загрязнения на содержание общего хлорофилла у вида Zеa Mаys / К.Б. Чекиров, Батма Жусупова, Доган Илхан [и др.] // Молодой ученый. - 2019. -№48 (286). - С. 93-97.
6. Beyond Zero Emissions. August 2017. Zero Carbon Industry Plan: Rethinking Cement. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://bze.org.au.
7. Гладков Ф.В. Цемент. Государственное издательство художественной литературы. -М., 2015. - 264 c.
8. СНиП 82-02-95. Федеральные (типовые) элементы нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций. - Москва: НИИЖБ, ВНИИжелезобетон, ЦНИИЭУС, Государственным предприятием «Туластройпроект», 1 декабря 1995. - 99 с.
9. Тейлор Х. Химия цемента. - Москва: Мир, 1996. - 560 с.
10. Классен В.К. Технология портландцемента. Избранные труды. - Белгород: БГТУ, 2017. - 530 с.
10. Домокеев А.Г. Строительные материалы. - М.: «Высшая школа» 2008.
11. Кравченко, И.В. Глиноземистый цемент. - М.: Госстройиздат - Москва, 2010. -175 c.
12. Холин И.И. Справочник по производству цемента; Книга по Требованию. - Москва, 2012. - 854 c.
13. Бетоны. Материалы. Технологии. Оборудование. - М.: Феникс, 2008. - 384 c.
14. Ляпидевская, О. Б. Бетоны. Технические требования. Методы испытаний. Сравнительный анализ российских и европейских строительных норм. Учебное пособие / О.Б. Ляпидевская, Е.А. Безуглова. - М.: МГСУ, 2013. - 120 c.
15. Майоров, П. М. Бетонные смеси. Рецептурный справочник для строителей и производителей строительных материалов / П.М. Майоров. - М.: Феникс, 2009. - 464 c.
16. Юань, Юай Высококачественный цементный бетон с улучшенными свойствами / Юай Юань, Ван Лин, Тянь Пе. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2014. -448 c.
17. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52-01-2003. - М.: ДЕАН, 2005. - 881 c.
THE PROBLEM OF HARMFUL INFLUENCE OF BY-PRODUCTS OF CEMENT PRODUCTION ON THE ENVIRONMENT
D.S. Minasyan, Student M.A. Reznikova, Student S.A. Lashevich, Student Kuban State Medical University (Russia, Krasnodar)
Abstract. This paper considers the problem of the impact of the concrete production process on the state of the environment, which, with the development of the technological process, has become a particularly acute problem. The most effective and simplest way to solve it is to finalize the existing legal acts regulating the production of cement, and in particular the creation of correspondence between these documents and GOSTs on ecology.
Keywords: concrete, environment, Portland cement, greenhouse gases, limestone.
