水泥:了解来源、重要性、风险和替代品

水泥是土木建筑工程中的主要材料。虽然必不可少,但它的制造对健康和环境构成了风险。

工人

水泥是世界上使用最广泛的产品之一,可以说这种材料彻底改变了工程历史和城市开始构建自身的方式。环顾四周……它几乎存在于所有类型的建筑中,从最简单的房屋到最复杂的工程工作。

基本上,水泥是具有粘合、粘合或粘合特性的细粉,当它与水接触时会变硬。一旦硬化,即使再次受到水的作用,这种材料也不会再次分解。

它的主要原材料是:石灰石、粘土和少量的铁和氧化铝,用于生产熟料 - 制造水泥的基本材料(在熟料中了解更多信息:了解它是什么以及您对环境的影响) -、石膏(gypsum)和其他添加物(如火山灰或窑渣)。

通常,当您谈论水泥时,您也会谈论混凝土。两者都是土木建筑中必不可少的材料。但是你能分辨出这两种材料之间的区别吗?

水泥是一种细粉,具有粘合性能,可用于各种用途,例如砂浆的组成、墙面抹灰、混凝土的制造等。

混凝土是一种广泛用于土木建筑的化合物,它以水泥为主要成分之一,赋予其必要的刚度和粘合性能。除了水泥,混凝土成分中存在的其他材料是水、沙子和石头。

简而言之:混凝土是由水泥和其他材料混合而成的结构,而水泥是该配方中的“成分”之一。

来源

水泥这个词起源于拉丁语“caementu”,在古罗马,它被指定为一种用于巨石的天然石材。

历史学家认为,石器时代的原始人已经了解了一种具有类似于水泥的粘合特性的材料。据信,这些人在石灰石和石膏石旁边生火时,观察到这些石块在火的作用下部分变成了粉末,当这些材料因夜晚的平静而水化时,它变成了又是石头。

此外,水泥的起源和创造,其成分与我们今天所知的不同,非常古老。据估计,它们大约在 4,500 年前开始被使用。

体育馆

一些古代民族,如埃及人和罗马人,已经在建造他们的纪念碑时在石块之间使用了一种聚集体。在古埃及,已经使用了一种由煅烧石膏混合物组成的合金。伟大的希腊和罗马工程,如万神殿和斗兽场,都是使用火山土壤建造的,在水的作用下具有硬化特性。

1756 年,英国人约翰·斯米顿 (John Smeaton) 迈出了现代水泥发展的第一步,他成功地通过煅烧软质粘土石灰岩获得了一种耐腐蚀的产品。

但直到 1824 年,英国建筑师约瑟夫·阿斯普丁 (Joseph Aspdin) 才将石灰石和粘土烧在一起,将它们变成与现代水泥非常相似的细粉。当向该粉末中加入水时,得到一种混合物,该混合物在干燥后变得像石头一样坚硬并且不溶于水。这一发现以波特兰水泥的名义获得了专利,因为它的颜色和耐用性和坚固性类似于不列颠波特兰岛的岩石。

时至今日,波特兰水泥的配方在世界范围内使用最为广泛。

巴西的崛起

在巴西,第一个与制造波特兰水泥相关的经验发生在 1888 年左右,指挥官安东尼奥·普罗斯特·罗多瓦略 (Antônio Proost Rodovalho) 在他位于圣安东尼奥 (SP) 的农场上安装了一家工厂,随后在蒂里里岛 (Tiriri) 上安装了一家新工厂。 PB),1892 年。1912 年,圣埃斯皮里图政府在 Cachoeiro do Itapemirim 市建立了自己的工厂。

然而,这些行动只不过是尝试,最终于 1924 年在秘鲁 (SP) 的 Companhia Brasileira de Cimento Portland 建造了一家工厂,其建造可被视为植入巴西水泥行业...

第一吨水泥于 1926 年生产并投放市场。在此之前,该国的水泥消费完全依赖于进口产品。就这样,从上述日期开始,随着新工厂的建立和进口产品的参与,在接下来的几十年里,国民生产逐渐增加,直到今天几乎消失。

对环境和人类健康的风险

主要的环境影响与水泥生产过程有关。这种材料的工厂最终会污染环境,并对相关影响负责。

而且,虽然这种材料的制造过程不会直接产生固体废物,但由于水泥厂燃烧燃料产生的灰烬通常在过程本身中重复使用,因此会排放大量气体污染物和颗粒物。

因此,主要影响是由这些燃料排放的污染气体造成的。一个例子是二氧化碳 (CO2) 的高排放,它是导致温室效应失衡的主要气体之一。在“水泥生产过程如何发生及其对环境的影响是什么?”一文中阅读有关水泥生产过程中造成的环境影响的更多信息。

除了这些环境影响之外,水泥还可能对人类健康构成威胁。在未使用足够防护设备的情况下使用水泥会对处理这种材料的工人的健康造成严重损害。根据一项研究,水泥被归类为“刺激性材料”,与皮肤、眼睛和呼吸道接触时会发生反应。

由于长时间接触后的水分(身体排汗),水泥与皮肤接触会发生反应。由于水泥与液体表面接触发生反应而放出热量,造成伤害。此外,通常观察水泥对建筑工人的手和脚的碱性作用。水泥对皮肤的角质层产生磨蚀作用,引起病变,如:红、肿、水泡和裂缝。

眼睛的敏感性必须加倍小心,因为水泥会引起结膜刺激,甚至更严重和不可逆转的伤害,如失明。

其他健康风险与吸入这种材料的粉尘有关。在没有必要的安全方法的情况下,暴露在灰尘中的时间是这个过程中的一个加重因素。根据研究,估计暴露在这些粉尘中 10 至 20 年的时间足以发展为肺部疾病。这些疾病是由于吸入固体颗粒在肺部积聚所致。

多年来,吸入的灰尘仍然沉积在肺部,形成纤维化的框架,即肺组织硬化,导致肺的弹性能力受到损害。

替代方案和创新

据预测,未来几年水泥的生产和需求将继续增长,从而增加二氧化碳等温室气体的总排放量。为了避免或至少尽量减少这种情况,考虑水泥生产和消费的替代方案和适当的创新至关重要,因为对这种材料的需求不太可能减少。下面,我们提出了一些替代方案和创新:

金属结构

目前已经有几种使用金属结构的结构。

如果我们将这种建筑的成本/收益比与钢筋混凝土(混凝土+铁)进行比较,我们将得出优缺点,例如:

在结构方面,混凝土结构必须完全在现场生产,而金属结构只是组装,在工厂完成生产,从而加快了过程。

金属结构工程的劳动力比钢筋混凝土工程的劳动力少得多,但金属结构需要更专业的劳动力。在处理混凝土结构时,有时允许并纠正错误。但是,金属结构中的错误必须为零。

金属结构的重量小于钢筋混凝土结构的重量,减轻了梁柱的张力。

至于这些结构的强度,它们是等效的。

关于工作的最后期限,金属结构具有更多优势,因为与钢筋混凝土结构不同,工作步骤可以同时进行。

在隔热方面,钢筋混凝土结构比金属结构有优势,因为金属结构夏天过热,冬天凉爽,不像混凝土结构那样舒适。

最后,混凝土结构在防火方面比金属结构有很大的优势。这一事实似乎证明了钢筋混凝土结构的大量使用是合理的。

使用经认证的木材

有不同的倡议提倡在土木建筑中使用经过认证的木材来代替混凝土结构。提倡这种做法有许多积极因素,例如木材是一种可再生资源,减少了温室气体的排放量,并且是一种耐用且易于重复使用的材料。

请查看非政府组织 WWF-Brasil(世界自然基金会)提供的动画,该组织致力于并鼓励在土木建筑项目中使用经认证的木材。

除了这个动画,看看迈克尔格林的 TED 演讲也很有趣,'为什么我们应该建造木制摩天大楼'(我们为什么要建造木制摩天大楼)。他是一位建筑师,他评估并提出了用经过认证的木材(碳汇)代替混凝土和钢材建造高层建筑和复杂工程的可能性。演讲持续 14 分钟,以一种非常创新和有趣的方式来探讨这个话题。在这里查看讲座。

生物混凝土:“治愈”自身的混凝土

所谓的生物混凝土是一项能够彻底改变土木建筑部门以及人类进行建筑和维修的方式的发现。它由来自代尔夫特理工大学的荷兰科学家的双手和头脑诞生,并以其密封裂缝和裂缝的能力而脱颖而出。它将是一种具有“自愈”能力的混凝土,就像自然界中某些生物所发生的那样。

据其创造者称,生物混凝土之所以如此命名,是因为它是一种 100% 的活产品。这是由于材料中存在细菌,导致其具有特殊性能。研究人员将普通混凝土与乳酸钙和微生物群混合(假硬芽孢杆菌)。即使在恶劣的环境中,这些细菌也能在建筑物中存活两个多世纪。

实际上,当产品中存在的细菌与水接触时,使用生物混凝土建造的建筑物中的现有裂缝会再生。当穿透裂缝时,它们受到水分的刺激并开始消耗乳酸。在这些细菌“消化”之后,最终的结果是产生石灰石,这是一种负责修复材料的物质。

生物混凝土的另一个积极方面与可以恢复的裂缝范围有关,几乎没有限制,能够修复长达数公里的裂缝。但是,为了实现最佳操作,中断宽度不得超过 8 毫米。此外,使用生物混凝土所提供的节省是无法想象的,因为可以节省很多钱。

查看以下由荷兰代尔夫特大学提供的英文视频。其中,具体生物的概念和功能由其创建者之一简要解释。

混凝土回收

混凝土回收是解决土木建筑每天产生的大量废物的替代方法,有助于减少提取和制造水泥和混凝土过程对环境造成的影响。在“使用放电回收混凝土成功测试的技术”中阅读有关混凝土回收的更多信息。

使用再生混凝土的一个主要障碍是再生材料的特性和最终质量的可变性和不确定性,以及这将如何影响建筑结构的强度、刚度和耐久性。

由于迄今为止的知识差距,再生骨料的使用主要限于非结构性应用,例如人行道、道路和土地平整工程,尽管再生材料的质量通常高于这些非结构性应用的要求。结构应用。

因此,有必要开发适当的研究和工程方法,以便在建筑物等结构工程中更多地使用再生混凝土骨料。

除此之外,还有其他替代方案旨在帮助减少水泥行业造成的影响。查看文章:“替代技术减轻水泥生产过程对环境的破坏”和“熟料:了解它是什么以及它对环境的影响是什么”。

如前所述,水泥是我们今天所知社会“建设”的基础。因此,我们不应妖魔化它,而应大规模寻找替代方案,以减少其影响,并开发出更可持续的替代方案。


资料来源:巴西波特兰水泥协会 (ABCP) 以及与在土木建筑中使用水泥相关的风险


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