6.2.9 Beton
Beton jest złożonym materiałem budowlanym wykonanym z połączenia kruszywa takiego jak piasek i kruszony kamień oraz spoiwa lub pasty takiej jak cement. Najbardziej powszechna forma betonu składa się z kruszywa mineralnego, takiego jak kamienie, żwir i piasek, cementu i wody. Cement hydratyzuje się po wymieszaniu i twardnieje w materiał przypominający kamień. Beton ma niską wytrzymałość na rozciąganie i jest zazwyczaj wzmacniany przez dodanie stalowych prętów zbrojeniowych: jest to powszechnie określane jako beton zbrojony.
Beton jest mocnym, trwałym i niedrogim materiałem, który jest najczęściej używanym strukturalnym materiałem budowlanym w Stanach Zjednoczonych. Ze względu na ogromną skalę zapotrzebowania na beton, oddziaływanie jego produkcji, użytkowania i rozbiórki jest powszechne. Przy wydobyciu materiałów naruszane są siedliska; do wydobycia, produkcji i transportu cementu zużywana jest znaczna ilość energii; a produkcja cementu powoduje toksyczne emisje do powietrza i wody. Produkcja cementu jest szczególnie energochłonna.
Oszacowania wskazują, że na każdą tonę wyprodukowanego cementu uwalniana jest około jedna tona dwutlenku węgla, co stanowi 7%-8% emisji CO2 spowodowanej działalnością człowieka. I chociaż beton składa się zazwyczaj tylko w 9%-13% z cementu, to jednak stanowi on 92% energii wbudowanej w beton. Pył cementowy zawiera wolne kryształy dwutlenku krzemu, pierwiastek śladowy chrom oraz wapno, z których wszystkie mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie pracowników. Mieszanie betonu wymaga dużej ilości wody i generuje alkaliczne ścieki i spływy, które mogą zanieczyszczać drogi wodne i roślinność.
Minimalizacja wpływu na środowisko: Włączenie lokalnego i/lub przetworzonego kruszywa (takiego jak beton z rozbiórki) jest doskonałym sposobem na zmniejszenie wpływu odpadów stałych, emisji tranzytowych i zaburzeń siedliskowych. Wpływ na środowisko może być również znacznie zredukowany poprzez zastąpienie cementu portlandzkiego alternatywnym popiołem pucolanowym (produkt uboczny przemysłu, taki jak popiół lotny, dym krzemionkowy, popiół z łusek ryżowych, żużel paleniskowy i tuf wulkaniczny). Popiół lotny, pozostałość ze spalania węgla, jest dość popularny jako substytut cementu, który generalnie zmniejsza porowatość, zwiększa trwałość, poprawia urabialność i wytrzymałość na ściskanie, chociaż czas utwardzania jest wydłużony. Popiół lotny stanowi zazwyczaj 10%-15% standardowych mieszanek, ale wiele zastosowań pozwala na zastąpienie do 35%-60% cementu, a w przypadku niektórych rodzajów popiołu lotnego (np. klasy C), cement może być całkowicie zastąpiony w niektórych projektach.
W zastosowaniach niekonstrukcyjnych, użycie betonu może być zmniejszone poprzez uwięzienie powietrza w gotowym produkcie lub poprzez użycie kruszywa o niskiej gęstości. Uwięzione powietrze wypiera beton, jednocześnie zwiększając wartość izolacji i zmniejszając wagę oraz koszty materiałowe, bez uszczerbku dla trwałości i odporności ogniowej standardowego betonu. Kruszywa o niskiej gęstości, takie jak pumeks, wermikulit, perlit, łupek, kulki styropianowe lub włókno mineralne zapewniają podobne korzyści w zakresie izolacji i redukcji masy.
Projektować ponowne wykorzystanie części istniejących konstrukcji, takich jak płyty lub ściany, które są w zadowalającym stanie.
–
Recykling rozebranego betonu na miejscu do wykorzystania jako kruszywo lub materiał wypełniający w nowych projektach, lub recykling na lokalnych wysypiskach.
–
Włączyć maksymalną ilość popiołów lotnych, żużla wielkopiecowego, dymu krzemionkowego i/lub żużla z łusek ryżowych odpowiednich do projektu, zmniejszając w ten sposób zużycie cementu o 15-100%.
–
Użycie systemów prefabrykowanych zminimalizuje straty materiału formującego i zmniejszy wpływ wody zarobowej na glebę.
–
Rozważenie alternatywnych lub możliwych substytutów betonu, takich jak ICF, które zmniejszają ilość odpadów, poprawiają właściwości termiczne i mogą skrócić harmonogramy budowy. Podobnie, betony komórkowe, spienione, autoklawizowane i inne lekkie betony zwiększają wartość izolacyjną przy jednoczesnym zmniejszeniu wagi i ilości wymaganego betonu. Zastosowanie materiałów ziemnych i szybko odnawialnych, takich jak ziemia ubijana, bruk lub bela słomiana, zmniejsza zapotrzebowanie na materiały izolacyjne i wykończeniowe zarówno w projektach mieszkaniowych, jak i komercyjnych.
–
Używaj nietoksycznych środków uwalniających formy.
–
Odpad może być zminimalizowany poprzez staranne planowanie ilości materiałów betonowych.
–
Dla stóp, rozważ systemy form oparte na tkaninach dla szybkiej instalacji i oszczędności drewna.
–
Zmniejszenie ilości odpadów drewna i kosztów materiałowych poprzez zastosowanie stalowych lub aluminiowych form betonowych, które mogą być ponownie wykorzystane wielokrotnie częściej niż formy drewniane.
Beton przepuszczalny/porowaty: Do 75% powierzchni miejskiej pokrywają nieprzepuszczalne nawierzchnie, które hamują zasilanie wód gruntowych, przyczyniają się do erozji i powodzi, przenoszą zanieczyszczenia do wód lokalnych oraz zwiększają złożoność i koszty oczyszczania wód opadowych. Jedną z głównych cech nawierzchni przepuszczalnej jest to, że zawiera ona puste przestrzenie, które pozwalają wodzie przesiąkać do materiałów bazowych znajdujących się pod nią. Zmniejsza to również szczytowy przepływ wody burzowej i zanieczyszczenie wody oraz sprzyja zasilaniu wód gruntowych. Do układania nawierzchni bitumicznych można stosować kruszywo z recyklingu i popioły lotne, co przyczynia się do zmniejszenia ilości odpadów i energii wbudowanej. Nawierzchnia z kostki brukowej nadaje się do stosowania na parkingach i dojazdach o wytrzymałości na ściskanie do 4000 psi. Łagodzi ona również problemy związane z korzeniami drzew, a obszar perkolacji zachęca korzenie do głębszego wrastania. Zwiększona wymiana ciepła z podłożem może obniżyć letnią temperaturę powietrza o 2-4°F.
Betonowe szalunki: Zastosowania wylewane na miejscu wymagają deskowania na miejscu budowy, aby nadać kształt ścianom i płytom oraz innym elementom projektu w miarę ich utwardzania (rysunek 6.9). Najczęściej stosowanymi materiałami szalunkowymi są sklejka i tarcica frezowana, które przyczyniają się do powstawania odpadów budowlanych oraz negatywnego wpływu pozyskiwania i obróbki drewna. Szalunki drewniane mogą być wykonane z odzyskanego drewna i zazwyczaj można je rozmontować i wykorzystać ponownie kilka razy. Należy rozważyć demontaż tarcicy budowlanej i sklejki do ponownego użycia w ramach projektu.
Ryc. 6.9. Zdjęcie cieśli ustawiających betonowe szalunki ścian szybu składowiska odpadów wysokoaktywnych.
Źródło: Bechtel Corporation.
Uwalniacze formy lub środki rozdzielające to materiały ułatwiające oddzielenie form od stwardniałego betonu. Takie materiały zapobiegają wiązaniu się betonu z formą, co może spowodować uszkodzenie powierzchni podczas demontażu form. Tradycyjne środki uwalniające, takie jak olej napędowy, olej silnikowy i olej opałowy, są rakotwórcze, co ogranicza możliwości ponownego użycia deskowania drewnianego, ponieważ naraża personel budowlany na działanie lotnych związków organicznych (i potencjalnie również użytkowników). Są one obecnie zabronione przez różne przepisy stanowe i federalne, w tym przez ustawę o czystym powietrzu. Wodorozcieńczalne środki antyadhezyjne o niskiej lub zerowej zawartości lotnych związków organicznych, które zawierają soję lub inne oleje pochodzenia biologicznego, znacznie zmniejszają zagrożenia dla zdrowia pracowników budowlanych i osób przebywających w budynku, a w razie potrzeby często ułatwiają nakładanie powłok wykończeniowych lub uszczelniających. Wiele opcji opartych na soi jest tańszych niż ich odpowiedniki na bazie ropy naftowej.
Przy projektowaniu szalunków betonowych należy również rozważyć czynniki, które będą miały negatywny wpływ na ciśnienie w szalunkach betonowych. Czynniki te obejmują tempo układania, mieszankę betonową i temperaturę. Szybkość układania powinna być generalnie niższa w zimie niż w lecie. Zasadniczo, to nie ma znaczenia, ile jardów sześciennych są rzeczywiście umieszczone na godzinę lub jak duży projekt jest. Co ma znaczenie jest szybkość umieszczania na wysokość i czas (wysokość ściany wylane na godzinę).