как удешевить и усилить изделия?

Цемент – наиболее распространенное вяжущее средство, которое позволяет получить бетонные конструкции высокой прочности и за относительно небольшую цену.

Но во многих случаях и его можно заменить более дешевым строительным материалом, который стоит в 2-3 раза меньше и обеспечивает лучшие физико-механические свойства готового изделия.

«Современные строительные материалы не всегда представляют собой прогресс технологий, они только упрощают производственный процесс и уменьшают затраты, но никак не повышают прочность. Так, например, бетон, использовавшийся в Египте или Греции, был в 15-18 раз прочнее современного материала (и простоял 2000-4000 лет!), из которых изготовляются капитальные сооружения, а время приготовления древнего вяжущего вещества сводилось к нескольким минутам» – утверждает специалист в сфере строительных исследований Патрик Фианкетто.  

Наиболее удачные заменители цемента

Известно более 50 разновидностей суспензий, которые можно использовать в роли основного вяжущего вещества, но специалисты рекомендуют только некоторые из них. Предпочтение отдавалось либо очень дешевым материалам, либо смесям, обладающим большими прочностными показателями после отвердевания и низкой теплопроводностью.

1. Раствор извести. Категория «дешево», можно полностью заменять цемент при штукатурных работах или в малоэтажном строительстве. Рекомендуется для внутренних работ.
2. Алебастр. Применяется в случае, если надо получить быстрое отвердевание изделия. Стоимость его немного выше цемента, прочностные характеристики не сильно отличаются.
3. Гипсовые смеси. Цена невысокая, высыхает максимально быстро, достаточно прочная суспензия при использовании с фиброй.
4. Полиуретановый клей. Основное преимущество – отсутствие теплопотерь при кирпичной кладке. Стоит значительно дороже, но обеспечивает качественную адгезию материалов на неограниченный срок, рекомендуется для кладки пеноблоков, газоблоков и других аналогичных материалов.
5. Минеральные заменители. В эту категорию можно отнести самый древний заменитель цемента – вулканический пепел. Его использование позволяет создать действительно качественный и долговечный бетон. Сюда же отнесем продукты металлургической промышленности (кремнеземная пыль) и продукты сгорания нефти (зола).
6. Искусственные модификаторы. Изготовляются для решения определенной задачи (постройка сверхпрочного объекта, строительство эко-дома, возведение здания своими руками и прочее). Это может быть клейкая целлюлоза, нефтехимические вяжущие вещества, смолы и прочее. Стоимость значительно выше цемента, прочность – максимальная.

«Основное преимущество обычного цемента и бетонной смеси – универсальность материала. Он подходит для наружных и внутренних работ, капитальных и временных конструкций, в то время, когда заменители часто оказываются «узкопрофильными». Для подбора правильной суспензии надо проводить специальные расчеты и точно знать эксплуатационные условия объекта. Только тогда можно будет удешевить или улучшить сооружение без нарушений строительных норм. Это и является нашей работой» – объясняет ведущий архитектор компании «

TiggerBuild» Самюэль Талосто.

В постсоветском пространстве к инновационным технологиям и «ретроспективе» относятся еще с недоверием, в то время как в ОАЭ, Сингапуре, Австралии, Индонезии и многих других областях обычный бетон и цемент занимают уже не более 27% вяжущих строительных материалов.

Основные проблемы цемента и преимущества его заменителей

• Добавление большого количества воды. Прочность бетонной смеси значительно ухудшается после разведения водой. Многие заменители требуют на 40-70% меньше воды для разбавления, следовательно, имеют больше прочность.
• Несоответствие нормам IS 3812. Заменители имеют от 65% и более частиц, диаметр которых не превышает 45 микрон, чего не скажешь о цементе. Его структура имеет заведомо меньшую адгезию к материалам.
• Асимметрическая форма частиц взаимодействует с другими материалами хуже, чем овальная у заменителей бетона. Проникновение в структуру других тканей происходит намного лучше.
• Отсутствие гидроксида кальция в цементе является основной проблемой материала. Во многих случаях именно этот компонент связывает все элементы и повышает прочность готового изделия более чем в 2 раза.
• Высокая концентрация воды, которая приводит к трещинам и разрушению после отвердевания. Чем меньше жидкости, тем монолитнее будет изделие.
• Цемент имеет типичные частицы, размеры которых одинаковые. Использование разных материалов позволяет увеличить связывающие свойства и заменители будут намного полезнее традиционного цементного раствора или удачно дополнят его.

Использование минеральных, органических и синтетических заменителей цемента позволяет сделать новый шаг в современном строительстве и предоставляет новые возможности архитекторам. Единственная проблема на этом пути – модернизация отечественного производства цемента под новые требования рынка.

Чем заменить цемент в домашних условиях, песок, аналог

Цемент в домашних условиях можно заменить на:

Чем можно заменить цемент	Описание аналога
Раствор извести	Относится к группе дешевых заменителей цемента. Подходит исключительно в качестве штукатурки, при малоэтажном строительстве. Может использоваться для внутренних работ.
Алебастр	Применяется в случаях, когда необходимо быстро отвердевание. По своим характеристикам практически не отличается от цемента, однако имеет более высокую стоимость. Поэтому алебастр не всегда актуально использовать.
Гипсовые смеси	Отличаются: невысокой стоимостью; быстрым периодом высыхания; высокой прочностью, особенно при добавлении фибры. К тому же это достаточно распространенный вариант, чтобы заменить цемент в домашних условиях.
Полиуретановый клей	Главным преимуществом является отсутствие теплопотерь при кирпичной кладке. Имеет более высокую стоимость по сравнению с цементом, но отличается максимальной прочностью. Рекомендуется для кладки пеноблоков, газоблоков, иных аналогичных материалов.
Минеральные заменители	К этой категории относится самый древний и популярный вариант – вулканический пепел. С его помощью можно получить бетон высокого качества. Помимо вулканического пепла можно использовать золу, кремнеземную пыль. Они также позволяют получить максимально качественную кладку.
Искусственные модификаторы	Производят их исключительно для определенных целей, например, постройка сверхпрочных объектов, эко-домов. Для этого применяются вяжущие вещества нефтехимической промышленности, смолы, клейкая целлюлоза. Однако нужно учитывать – такие материалы отличаются высокой стоимостью, по сравнению с цементом.

Цемент считается самым популярным вяжущим веществом, которое применяется для создания высокопрочных бетонных конструкций. При этом финансовые затраты будут незначительными. Однако, довольно часто случается так, что необходимо найти альтернативный материал. В таких ситуациях возникает вопрос, чем можно заменить цемент.

Сегодня можно найти огромное количество заменителей, но специалисты рекомендуют выбирать несколько наиболее схожих с цементом по характеристикам вариантов.

Известно около 50 различных видов вяжущих веществ, которые могут выступать как альтернатива цементу. Однако не все они позволяют добиться желаемого результата в домашних условиях. Среди множества вариантов можно выделить несколько наиболее эффективных.

Раствор извести

Представляет собой эффективную замену цемента для штукатурных работ. Он относится к категории бюджетных. Будет идеальным вариантом для внутренних работ.

Алебастр

Если необходимо быстрое отвердевание изделий, алебастр будет удачным выбором. Его стоимость выше, чем у цемента, однако свойства практически не отличаются.

Гипсовые смеси

Это также бюджетный вариант, который отличается:

• способностью быстро высыхать;
• обеспечивать высокую прочность.

Прочностные характеристики усиливаются при добавлении фибры.

Полиуретановый клей

Отличается более высокой стоимостью, нежели цемент. Однако способствует качественной адгезии на неограниченный срок. Подходит для работы не со всеми материалами.

Минеральные заменители

Наиболее распространенными являются:

• вулканический пепел;
• зола;
• кремнеземная пыль.

Применение этих аналогов позволяет добиться максимально качественных результатов, поэтому они являются лучшей альтернативной цементу.

Искусственные аналоги

Используется для определенных целей, например эко-дома. К этой группе относятся:

• нефтехимические продукты;
• клейкая целлюлоза;
• смола.

Их стоимость значительно выше цемента, однако они обеспечивают высокие показатели прочности.

Выбирая аналог для цемента в домашних условиях нужно учитывать, что некоторые варианты окажутся дороже и будут отличаться по своим характеристикам. Не всегда более дорогой аналог будет качественней, поэтому следует тщательно изучать каждый вариант и только потом принимать окончательное решение.

Заменители цемента — InterNACHI®

от Ника Громико, CMI®
 

Заменители цемента — это материалы, которыми можно в некоторой степени заменить цемент для улучшения различных свойств, таких как прочность и долговечность. Использование заменителей цемента, как правило, поощряется из-за экологических преимуществ, получаемых за счет их отклонения от потока отходов, снижения энергии, необходимой для их повторного использования (по сравнению с производством цемента), и сохранения сырья. такие как диоксид кремния, оксид алюминия и оксид железа. Фактически, при производстве цемента, используемого в США, образуется столько же парниковых газов, сколько при эксплуатации 22 миллионов автомобилей. Кроме того, США импортируют около 20% своего цемента, что увеличивает его стоимость и тратит много энергии, по данным 9.0006 Экологические новости строительства .

 

Инспекторы чаще сталкиваются с заменителями цемента в тяжелом строительстве, чем в жилищном, где подрядчики менее знакомы с их использованием. Заменители цемента отличаются от заменителей заполнителей, таких как молотый каучук и молотое стекло, и добавок к бетону, таких как агенты захвата воздуха и пластификаторы. Инспекторы не смогут визуально идентифицировать бетон, в смесь которого были включены заменители бетона.

 

К наиболее распространенным заменителям цемента относятся следующие:

• Микрокремнезем, также известный как микрокремнезем, является побочным продуктом сжигания кварца, угля и древесной стружки при производстве кремниевых металлов. диоксид кремния улучшает прочность на сжатие, прочность сцепления и сопротивление истиранию бетона. До 1970-х годов его выброс в атмосферу был разрешен, но экологические проблемы в конечном итоге вынудили его собирать и выбрасывать на свалки. Затем использование микрокремнезема стало экономически выгодным для различных применений, главным образом в высокопрочном бетоне. Состоящая из мелких частиц диоксида кремния, размер которых составляет примерно одну сотую от размера средней частицы цемента, микрокремнезем является предпочтительным заменителем цемента там, где важна высокая прочность, например, в высотных зданиях. Цемент, содержащий микрокремнезем, выглядит темнее обычного цемента. Хотя при работе с чистым дымом кремнезема следует надевать респиратор, смесь дыма цемента и кремнезема не считается опасной для человека.

• Летучая зола представляет собой тонкий, легкий, стеклообразный остаток, образующийся при сжигании молотого или пылевидного угля. Подрядчики считают, что летучая зола способствует лучшему течению цемента в шлангах насосов и делает его более пригодным для обработки вручную. Он включает значительное количество диоксида кремния и оксида кальция, оба из которых являются естественными компонентами угленосных пород. Смешанный с цементом во время строительства плотины Гувера в 1930-х годах, только в 1980-х годах его использование в строительстве стало обычным явлением. Существует два типа летучей золы:

  • Летучая зола класса C получается при сжигании более молодого лигнита или полубитуминозного угля, она содержит значительно больше извести и является более прочной, чем ее альтернатива, летучая зола класса F. Это предпочтительнее для проектов зеленого строительства и является стандартным типом летучей золы, используемым в жилых помещениях. Инспекторы могут идентифицировать этот тип заменителя цемента по его желтовато-коричневому, коричневому или иногда оранжевому цвету.

  • Летучая зола класса F образуется при сжигании более твердого и старого антрацита и битуминозного угля. Чрезмерный углерод, о котором может свидетельствовать темная окраска цементной смеси, означает, что уголь не был полностью обожжен, что может снизить морозостойкость бетона.

Летучая зола содержит ряд опасных минералов, таких как ртуть, кадмий, мышьяк, свинец и селен. Существует мало доказательств того, что эти вещества могут выщелачиваться из бетона, хотя утилизация и повторное использование цемента, содержащего летучую золу, вызывает проблемы со здоровьем.

• Шлак является побочным продуктом производства чугуна и стали в доменных печах. Преимущества частичной замены цемента шлаком заключаются в повышении долговечности, снижении стоимости жизненного цикла, снижении затрат на техническое обслуживание и большей устойчивости бетона. Расплавленный шлак охлаждают в воде, а затем измельчают в мелкий порошок. Шлак используется в очень высоких концентрациях, часто занимая более половины всего состава цемента. Энергия, необходимая для измельчения и транспортировки шлака, делает его менее энергоэффективным, чем летучая зола, но лучше, чем портландцемент. Шлакобетон обладает отражающими свойствами и светлее по цвету, чем летучая зола и микрокремнезем, и вначале может иметь сине-зеленую окраску, которая обычно исчезает в течение недели. Это обесцвечивание, известное как «озеленение», не исчезнет, ​​если шлак используется в бассейнах или других влажных местах.

Заменители цемента могут смягчить следующие типы выветривания бетона:

• щелочно-кремнеземная реакция, при которой растрескивание и расширение бетона происходит в результате взаимодействия между высокощелочным цементом и заполнителями с высоким содержанием кремнезема. Большая часть щелочности может быть удалена за счет действия шлака, в то время как летучая зола класса F также эффективна;

• коррозия, при которой соли против обледенения мигрируют через поры в бетоне, вызывая коррозию стальной арматуры и арматуры. Заменители цемента смягчают эту коррозию, удаляя гидроксид кальция, который делает бетон проницаемым; и

• сульфатное воздействие, при котором бетон подвергается воздействию сульфатов, содержащихся в некоторых засушливых почвах, морской воде и сточных водах. Бетон, содержащий летучую золу или состоящий более чем на 60% из шлака, эффективно ограничивает воздействие сульфатов.

Таким образом, заменители цемента используются для улучшения определенных качеств цемента и снижения экологических и финансовых затрат на производство цемента.

 

 

Альтернативы цементу для повышения экологичности строительства

Если вы спросите людей, что является вторым наиболее потребляемым материалом в мире после воды, большинство из них, скорее всего, не ответят. И все же, если вы не стоите посреди природного окружения, вам достаточно посмотреть почти в любом направлении, чтобы найти его: на каждого человека на планете уходит три тонны бетона в год, что в два раза больше, чем на всех остальных. комбинированные строительные материалы. И хотя кажется очевидным, что в будущем бетон останется основным ресурсом, как это было с тех пор, как он был изобретен в его современной форме в 19 веке.век, сегодня у нас есть проблема: цемент, клей, который связывает компоненты бетона вместе, отвечает за 8% глобальных выбросов CO ₂ , основного парникового газа, провоцирующего изменение климата. Вот почему как исследования, так и промышленность изучают способы сокращения этих выбросов или поиска материалов-заменителей. Вот некоторые из предложений.

Карбонизация цемента для его обезуглероживания

Хотя основная часть выбросов CO ₂ обычно происходит при сжигании ископаемого топлива, в случае цементной промышленности на него приходится только 50% выбросов углерода; другая половина не может быть устранена ни повышением эффективности, ни заменой источников энергии, поскольку она присуща химической реакции, которая приводит к образованию основного ингредиента цемента: кальцинированию известняка или карбоната кальция (CaCO ₃ ), приводит к извести (оксид кальция, CaO) и CO ₂ . Таким образом, производство цемента невозможно без производства CO ₂ . Таким образом, помимо снижения количества CO ₂ в бетонных смесях, предложения по обезуглероживанию производства цемента сосредоточены на улавливании CO ₂ , чтобы он не выбрасывался в атмосферу.

Использование CO ₂  для отверждения цемента позволяет избежать выбросов углерода, поскольку он остается в твердом состоянии. Изображение: Carbon Cure

Существует множество предложений по улавливанию и хранению углерода, от захоронения CO ₂ до использования его в качестве сырья при производстве материалов. Однако эти технологии все еще находятся на стадии экспериментальных или пилотных проектов, и некоторые эксперты настроены скептически. Один специфический для цемента процесс включает использование CO ₂ в качестве отвердителя, так что углерод улавливается в твердом состоянии, минерализованный в форме карбоната кальция. Таким образом, цемент становится поглотителем углерода, что может даже улучшить свойства полученного бетона.

Переработка материалов

Переработка также является важным способом сокращения потребления цемента. Традиционно строительный мусор сбрасывается на свалки, но все чаще его используют повторно. Строительный щебень можно разбивать и измельчать до различных размеров, что позволяет использовать его в качестве строительных блоков, в волнорезах или подпорных стенах, в качестве гравия для дорог и ландшафтного дизайна или в качестве заполнителя для производства нового бетона. В ЕС с 2008 г. действует директива, призывающая страны к 2020 г. перерабатывать 70% отходов строительства и сноса.0%.

В процессе переработки бетона используются машины, способные дробить большие куски на мелкие куски. Изображение: Wikimedia

Бетон — не единственный источник переработанных строительных материалов. Особенно выделяется нержавеющая сталь, строительный материал, часто считающийся примером устойчивого развития из-за его долговечности и возможности 100% вторичной переработки без потери свойств. Хотя повторно используется только 85%, это самый перерабатываемый промышленный материал в мире. Недостатком черной металлургии является CO ₂ выбросов, на долю которых приходится 6,7% от общемировых, но, как и в случае с цементом, в настоящее время ведутся работы по их сокращению.

Еще одна интересная возможность в области вторичной переработки касается вездесущего материала нашей цивилизации, который часто оказывается в мусорном ведре: пластика. Использование его в строительстве является одним из способов окончательного использования. Многие исследователи работают над изготовлением строительных элементов из пластмасс, таких как мощение, кирпич, кровля и балки. По словам Сибеле Честари из Королевского университета Белфаста, свойства пластиковых отходов делают их идеальным строительным материалом: формуемым, легким, прочным, долговечным, водонепроницаемым и пригодным для вторичной переработки.

Инновационные материалы

Ведутся поиски новых материалов, которые могут заменить цемент в качестве основного компонента в строительстве. Они должны работать как связующие вещества, а также затвердевать при комнатной температуре без использования карбоната кальция и без выбросов CO ₂ . С 1970-х годов основным выбором стали цементы на основе геополимеров. Они сделаны из алюмосиликатов, которые в присутствии щелочного агента и воды реагируют с образованием геля, который схватывается даже быстрее, чем обычный цемент; на самом деле их быстрое отверждение может быть недостатком. Метакаолин — производное глинистого минерала каолинита — или летучая зола используются в качестве сырья, и даже побочные продукты промышленности, такие как шлак, также могут быть добавлены в цемент. Несколько компаний производят эти цементы, которые сокращают выбросы по сравнению с обычными цементами на 80-9%.0%, но их применение пока ограничено, и по-прежнему не хватает стандартов для облегчения более широкого использования.

Это здание на территории кампуса Дрезденского технического университета было первым в мире зданием из углеродного бетона. Изображение: Henn

Исследования новых инновационных материалов, которые могут заменить или сократить использование цемента, сосредоточены на таких вариантах, как биоцементы, которые растут подобно кораллам благодаря действию микроорганизмов; углеродные бетоны, в которых используются растительные волокна для сокращения использования цемента — первое здание из этого материала разрабатывается в Германии; кирпичи из окурков и другие разнообразные предложения. Однако все они, вероятно, будут иметь очень ограниченное применение. В этой области выделяется одна диковинка — прозрачная древесина, которую получают с помощью определенных химических обработок. Хотя он не заменит цемент, он дает возможность производить окна с большей изоляционной способностью, чем у стекла.

 Возвращение к традиционному

Наконец, учитывая, что разработать новые инновационные материалы для крупномасштабного использования по цене, сравнимой с ценой бетона, непросто, строительная отрасль обращается к традиционным материалам, которые используются в настоящее время. гораздо меньше, но которые эксперты ставят на первое место в списке самых устойчивых. Опрос более 500 архитекторов, инженеров и строителей, проведенный в 2019 году, показал, что бамбук считается самым быстрорастущим устойчивым материалом. Древесина и пробка также, как правило, фигурируют среди устойчивых строительных материалов, наряду с утрамбованной землей — техникой, которая использовалась во всем мире на протяжении тысячелетий, в том числе при строительстве Великой Китайской стены.

2 миллиона квадратных метров бамбука были использованы для изготовления крыши Терминала 4 аэропорта Мадрид-Барахас имени Адольфо Суареса. Изображение: Wikimedia

Эти традиционные материалы также являются предметом инноваций. Timbercrete, созданный в Австралии, сочетает бетон с древесными опилками. Кросс-ламинированная древесина (CLT) была разработана в 1990-х годах и теперь используется даже для высотных зданий; В Чикаго предложен 80-этажный деревянный небоскреб. Что касается бамбука, традиционно используемого в Азии, его отличные механические свойства и быстрый рост, что делает его более возобновляемым, чем древесина, повысили его популярность.