В строительной промышленности было замечено, что материалы, которые использовались около столетия назад, все еще очень популярны. Доступны различные альтернативные строительные материалы, которые обеспечивают лучшее, эффективное, долговечное и экономичное строительство, а также обеспечивают разумное использование имеющихся ограниченных ресурсов с минимально возможным ухудшением состояния окружающей среды.
Строительные материалы и технологии развивались веками. Жилищные условия и застройка отражают уровень жизни общества. Камни, глина, солома / листья и древесина представляют собой самые ранние строительные материалы, использовавшиеся для возведения жилищ. На производство и использование этих природных материалов для строительства затрачивается практически мало энергии. Долговечность материалов, полученных непосредственно из природных материалов, таких как почва, солома / листья, древесина и т.д., сомнительна. Поиск долговечных строительных материалов является постоянным явлением с тех пор, как человек начал строительную деятельность. Обжиг кирпича представляет собой один из самых ранних примеров использования энергии (отличной от живой энергии) для производства долговечных строительных материалов из почвы. Дрова были основным источником энергии для обжига кирпичей. Использование металлических изделий представляет собой следующий по энергозатратам производственный материал для строительства после кирпича. Затем идет производство извести и изделий на основе извести. Обожженный кирпич, металлические изделия и известь — это промышленные материалы (с использованием внешних источников энергии), которые наши предки обычно использовали для строительства в течение очень долгого периода времени.
Введение
Открытие природных неорганических вяжущих, таких как пуццолановые материалы, привело к использованию известково-пуццоланового цемента (LP) в строительных целях. Опыт использования LP-цемента проложил путь к изобретению портландцемента в 1824 году. Портландцемент и сталь внесли революционные изменения в практику строительства с начала 20-го века. Затем пластмассы и изделия из них вошли в строительную промышленность. Таким образом, новые материалы, которые доступны для использования в строительстве, имеют много преимуществ перед традиционными материалами, используемыми в настоящее время.
Спрос на строительные материалы постоянно растет с увеличением потребности в жилье как в сельских, так и в городских районах. Коммерческая эксплуатация традиционных строительных материалов различными отраслями промышленности усугубила ситуацию. Поэтому необходимо серьезно обдумать эту проблему и предложить какое-то устойчивое решение, позволяющее использовать альтернативные материалы для решения жилищной проблемы. Правительство Индии привержено делу обеспечения быстрого и устойчивого развития как в сельских, так и в городских районах.
Кирпичи, цемент, сталь, алюминий, пластмассовые изделия, краски, полированный камень, керамические изделия и т.д. Сегодня широко используются в строительстве. Эти материалы энергоемки и перед использованием в строительстве их перевозят на большие расстояния. Следующие моменты, касающиеся использования современных строительных материалов, требуют внимания: Энергия, потребляемая в производственных процессах – энергоемкость; Проблемы транспортировки на большие расстояния; Потребляемые природные ресурсы и сырье; Переработка и безопасная утилизация; Воздействие на окружающую среду и долгосрочная устойчивость.
Таким образом, при производстве и использовании любого нового строительного материала необходимо решать вопросы, связанные с расходованием энергии, переработкой, биоразлагаемостью, а также с экологичностью и устойчивостью в отношении будущего спроса.
ВОПРОСЫ ЭНЕРГЕТИКИ, ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, УСТОЙЧИВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЗДАНИЙ
Строительная индустрия Индии является одной из крупнейших с точки зрения экономических затрат, объема потребляемого сырья / природных ресурсов, объема производимых материалов и продуктов, создаваемой занятости, воздействия на окружающую среду и т.д. В строительной отрасли производится и потребляется большое разнообразие материалов. По оценкам, 22% выбросов парниковых газов (ПГ) приходится на строительный сектор Индии. Спрос на строительные материалы постоянно растет.
Например, спрос на жилые дома удвоился примерно за два десятилетия с 1980 года. Для расчета прогнозируемого спроса были приняты совокупные темпы роста в 2,5%, 5% и 5% на кирпич, сталь и цемент соответственно. При производстве кирпича в настоящее время ежегодно потребляется 22 × 106 тонн угля и 10 × 106 тонн биомассы в пересчете на 300 мм верхнего слоя почвы со 100 000 гектаров (1000 кв. км) плодородной земли. У нас есть пахотная земля площадью 1,62 × 106 кв. км, состоящая из аллювиальных почв, черноземов, красных почв, латеритных почв и пустынных почв. Для производства кирпича подходят аллювиальные, латеритные и красные почвы. Площадь почв, пригодных для производства кирпича, не может превышать 50% пахотных земель. Деятельность по производству кирпича для удовлетворения нынешнего и будущего спроса может привести к потреблению плодородного верхнего слоя почвы пахотных земель глубиной 300 мм примерно за 90 лет (при условии, что совокупный темп роста составит 2,5%). Аналогичным образом необходимо решить проблему нехватки сырья, такого как известняк, для производства цемента, и энергетических потребностей для производства этих материалов.
Производство строительных материалов медленно и неуклонно переходит от высоко децентрализованных и трудоемких методов и процессов к централизованному, машинно-зависимому промышленному режиму. Централизованный способ производства требует транспортировки сырья и распределения готовых материалов на большие расстояния. Эти виды деятельности снова требуют затрат на ископаемое топливо для транспортировки. Транспортировка сырья и готовых строительных материалов является еще одной ключевой проблемой, которая может привести к удорожанию материалов, увеличению энергопотребления и экологическим проблемам. Устойчивость нынешнего способа производства, потребления и распределения строительных материалов и принятой в настоящее время строительной практики вызывает сомнения.
ПОТРЕБНОСТЬ В УСТОЙЧИВЫХ АЛЬТЕРНАТИВАХ
Сталь, цемент, стекло, алюминий, пластмассы, кирпичи и т.д. являются энергоемкими материалами, обычно используемыми для возведения зданий. Обычно эти материалы транспортируются на большие расстояния. Широкое использование этих материалов может привести к истощению энергетических ресурсов и отрицательно повлиять на окружающую среду. С другой стороны, трудно удовлетворить постоянно растущий спрос на здания, используя только энергоэффективные традиционные материалы (такие как глина, солома, древесина и т.д.) и методы строительства. Следовательно, существует потребность в оптимальном использовании имеющихся энергетических ресурсов и сырья для производства простых, энергоэффективных, экологически чистых и устойчивых строительных альтернатив и технологий для удовлетворения растущего спроса на здания. Некоторые руководящие принципы разработки устойчивых альтернативных строительных технологий можно резюмировать следующим образом: Энергосбережение; Сведение к минимуму использования высокоэнергетических материалов; Забота об окружающей среде, экологически чистые технологии; Минимизация транспортировки и максимальное использование местных материалов и ресурсов; Децентрализованное производство и максимальное использование местных навыков; Утилизация промышленных и шахтных отходов для производства строительных материалов; Переработка строительных отходов и использование возобновляемых источников энергии.
Строительные технологии, изготовленные с соблюдением этих принципов, могут стать устойчивыми и способствовать более эффективному использованию ресурсов, особенно энергетических, нанося минимальный ущерб окружающей среде.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
За 2,5 десятилетия было разработано и распространено большое количество жизнеспособных альтернативных строительных технологий. Вот некоторые из этих строительных технологий: Стабилизированные глинобитные блоки, блоки парового отверждения, мелкозернистые бетонные блоки, набивные земляные блоки, глинобетонные блоки, известково–пуццолановые цементы, грунтово-известковая штукатурка, Композитные растворы для кладки, крыши из композитных балок и панелей, Усиленная кирпичная кладка / черепичная крыша, железоцементные и железобетонные кровельные системы, неармированные каменные своды и купола, Ребристые перекрытия, кровли из заполнителей, Набивные земляные фундаменты, перемычки из армированных блоков и сборный чейджа, технологии пассивного солнечного охлаждения. и защитная арматура для сейсмостойкой каменной кладки.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Помимо экологичности, другими преимуществами использования этих материалов в строительстве являются:
- Более высокая функциональная эффективность.
- Экономическая эффективность.
- Повышенная долговечность.
- Простота строительства.
- Лучшая отделка.
- Минимум отходов.
- Меньшие эксплуатационные расходы.
- Минимальные дефекты.
- Менее энергоемкие.
Одним из основных компонентов практики экожильного строительства с использованием «альтернативных строительных материалов» являются методы устойчивого строительства.
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
“Продукты или услуги, которые оказывают меньшее или ослабленное воздействие на здоровье человека и окружающую среду по сравнению с конкурирующими продуктами или услугами, которые служат той же цели”.
Использование экологически чистых материалов стало необходимостью по следующим причинам;
- Феноменальный рост строительной отрасли, зависящий от истощаемых источников.
- Производство строительных материалов приводит к необратимому воздействию на окружающую среду
Особенности экологически чистых материалов
- Возобновляемый источник.
- Повторное использование отходов.
- Низкая воплощенная энергия.
- Доступность на местном уровне.
- Снижение загрязнения воздуха, земли и воды.
- Долговечность.
- Способствует повышению энергоэффективности зданий.
- Долговечность.
- Биоразлагаемые.
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ГЛИНОБИТНЫЕ БЛОКИ
Это плотные твердые блоки, утрамбованные с помощью машины смесью грунта, песка, стабилизатора (цемент / известь) и воды. После 28 дней отверждения стабилизированные глинобитные блоки (SMB) используются для возведения стен. Были стандартизированы два размера блоков (305 × 143 × 100 мм и 230 × 190 × 100 мм). Объем этих блоков в 2,5-2,8 раза больше по сравнению с обычным кирпичом из обожженной глины, который можно приобрести в местных магазинах. Прочность блока на сжатие в значительной степени зависит от состава почвы, плотности блока и процентного содержания стабилизатора (цемент / известь). Из песчаной почвы с 7% цемента можно получить блоки с прочностью на сжатие во влажном состоянии 3-4 МПа. Высокая прочность блока может быть достигнута за счет увеличения количества стабилизатора. Основными преимуществами SMB являются: (а) энергоэффективность, не требует обжига, экономия энергии на 70% по сравнению с обожженным кирпичом, (б) экономичность, экономия затрат на 20-40% по сравнению с кирпичной кладкой, (в) можно отказаться от оштукатуривания и (г) лучшая отделка блоков и эстетичный внешний вид.
ЖОМО –ЦЕМЕНТНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ ПЛИТЫ
Уже разработаны многочисленные композитные материалы (восстановленные плиты средней плотности) с использованием различных натуральных, синтетических и искусственных волокон в полимерной матрице. Большинство плит используются для замены древесины и других традиционных изделий из восстановленной древесины. Некоторые из этих волокон также использовались для изготовления древесноволокнистых плит высокой плотности с использованием цемента (неорганического) в качестве связующего. Целью разработки является создание строительных плит и дверных жалюзи с использованием волокна багассы. Строительные плиты подходят для перегородок, обшивки панелями и т.д.
Разработанный продукт и процесс соответствуют уровню прототипа и лаборатории соответственно. Физико-механические характеристики разработанной строительной плиты (прототипа) соответствуют большинству требований, предъявляемых к плитам высокой плотности общего назначения, а также являются экономически эффективными.
СТЕБЕЛЬ АРХАРА – ЦЕМЕНТНАЯ ПЛИТА
Композитные материалы обладают большим потенциалом для замены древесины в строительной промышленности, но их разработка связана с проблемами, связанными с их обработкой, производством и эксплуатационными характеристиками. Проводимая работа направлена на изучение возможностей использования волокнистой биомассы, такой как стебли архара, скорлупа арахиса и т.д. для производства композитных материалов. Композитные панели, разработанные с использованием стеблей Архара, соответствуют требованиям спецификаций ISO, BS и BIS. Результаты этой статьи помогут утилизировать волокнистую биомассу и сохранить окружающую среду за счет экономии древесины в строительстве.
КОКОСОВАЯ КОЙРА – CNSL ПЛИТА
Плита Coir-CNSL — это альтернатива дереву, которую можно использовать для облицовки поверхностей, дверных и оконных ставней, перегородок, подвесных потолков, обшивки панелями, мебели, шкафов, упаковки и т.д. Это однослойная плита из плоского прессованного волокна средней плотности (МДФ). Обладает низким водопоглощением, незначительным изменением размеров из-за водопоглощения, пригоден для работы с обычными деревообрабатывающими инструментами, поддается покраске, предварительному ламинированию, может забивать гвозди и шурупы, соответствует стандарту IS-3087. Плита экологична и может заменить древесину или восстановленную древесину на 100%.
Характерными особенностями кокосово-CNSL-плиты являются следующие;
- оба исходных материала, то есть кокосовое волокно и жидкая скорлупа ореха кешью, доступны в основном в прибрежных районах и являются возобновляемыми агро-отходами.
- Технология разработана на пилотном уровне и готова к передаче.
- Технология и продукт запатентованы.
- Согласно предварительным оценкам, технология является технико-экономической жизнеспособной.
ЛЕГКИЕ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛИ
Целлюлозные отходы бумажной промышленности богаты мелкими волокнами и могут быть использованы для производства продукта с добавленной стоимостью, который может использоваться для акустики, теплоизоляции и подвесных потолков в зданиях. Технология, разработанная в лабораторных масштабах, позволила получить легкую сэндвич-панель, которая очень хорошо подходит для вышеупомянутых целей. Эти разработанные панели находят конечное применение в перегородках, обшивке панелями, теплоизоляции и подвесных потолках с их уникальной эстетикой. Технология, а также продукт были запатентованы. Предполагаемая экономическая производительность составляет 2 тонны в день и наиболее подходит для бумажной промышленности в качестве последующего процесса.
МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОННЫЕ БЛОКИ
Концепция и процесс аналогичны тем, которые используются для производства СМБ, за исключением того, что вместо грунта в смесь добавляется немного мелких частиц. Мелкие частицы, такие как зола-унос, отходы полированного камня и т.д., смешиваются либо с песком, либо с пылью каменоломни, а также с цементом и водой. Затем смесь уплотняется в блоки с помощью машины (ручной или механизированной) и затем выдерживается в течение 28 дней. Мелкие частицы (такие как зола-унос, отходы полированного камня и т.д.) в диапазоне 20-25% от массы песка могут обеспечить хорошую сортировку смеси, а при использовании 6-7% цемента можно получить блоки хорошего качества с прочностью во влажном состоянии > 3 МПа. В дополнение к мелким частицам, добавление около 10% красной суглинистой почвы может придать блоку хороший естественный цвет грязи. Основным преимуществом мелкозернистых бетонных блоков является утилизация отходов, таких как летучая зола, отходы полированного камня, отходы шахт и т.д. которые в противном случае вызывают загрязнение и деградацию окружающей среды.
БЛОКИ, ОТВЕРЖДЕННЫЕ ПАРОМ
Смесь извести, промышленных отходов, таких как зола-унос, или сыпучих грунтов, таких как хлопковая почва, и песка может быть спрессована в блок высокой плотности. Известь вступает в реакцию с золой-уносом / глинистыми минералами, образуя нерастворимые в воде связи, придающие блоку прочность. Эти реакции протекают медленно при температуре окружающей среды (~ 30 ° C), и, следовательно, отверждение паром в течение примерно 10 часов при 80 ° C может ускорить эти реакции, что приводит к высокой прочности блока.
Процесс включает:
- смешивание сырья, такого как известь, цемент, зола-унос или черная хлопковая почва, песок и вода в миксере,
- превращение смеси в плотный блок с помощью пресса для грунтовых блоков,
- Укладываем блоки в паровую камеру и подвергаем паровой обработке в течение 10-12 часов.
Могут быть изготовлены блоки любого удобного размера. Прочность блока на сжатие зависит от состава смеси, плотности блока и процентного содержания стабилизатора (цемент/известь). Такая комбинация, как 25% золы-уноса, 6% извести и 2% цемента, позволяет получить блоки с прочностью на сжатие во влажном состоянии > 6 МПа. Такого рода прочности будет достаточно для строительства 3-4-этажных несущих зданий с пролетами в пределах 3-4 м. Более высокой прочности блоков можно легко добиться, регулируя пропорции смеси. Здесь следует отметить, что качество блоков намного выше по сравнению с местным обожженным кирпичом и СМБ. Преимуществами использования этих блоков являются: 1. идеальный технологический процесс для мелкосерийной или кустарной промышленности, 2. утилизация промышленных отходов, таких как летучая зола, и проблемных почв, таких как черная хлопковая почва и высокоглинистые почвы, 3. энергоэффективность и экологичность, и 4. более высокая прочность блоков.
Причины низкой приемлемости альтернативных строительных материалов
- Недостаток знаний о новых материалах.
- Невключение в различные национальные кодексы и спецификации.
- В подходящих условиях для исследований и разработок.
- Отсутствие надлежащего форума для продвижения новых материалов.
- Неэффективная и ненадлежащая реклама.
- Неосведомленность пользователей.
- Низкая конкуренция среди производителей новых материалов.
- Более высокая структура цен на новые материалы.
- Меньше внимания уделять исследованиям в области экологически чистых материалов.
- Негативное отношение инженеров / архитекторов к не запланированным работам.
- Снижение уверенности в качестве.
- Незначительный технологический толчок для более широкого признания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Альтернативные экологически чистые строительные материалы и технологии на различных уровнях не только снизят стоимость строительства, но и не приведут к обесцениванию природных богатств мира. В настоящее время необходимо предпринять организованные усилия в направлении использования экологически чистых материалов путем замены традиционных материалов. Желательно, чтобы различные правительственные учреждения, ведущие инженеры и технологи, крупные пользователи и предприниматели сыграли позитивную роль в обеспечении устойчивого развития строительной отрасли.