stringtranslate.com

Костробетон

Строительный блок из костробетона
Иллюстрация выбросов углерода и его секвестрации при производстве конопляного бетона, с чистым балансом выбросов, указывающим на углеродную отрицательность

Костробетон или конопляный бетон — это биокомпозитный материал, смесь конопляной костры ( костры ) и извести , [1] песка или пуццоланов , который используется в качестве материала для строительства и изоляции . [2] Он продается под такими названиями, как Hempcrete, Canobiote, Canosmose, Isochanvre и IsoHemp. [3] С костробетоном легче работать, чем с традиционными известковыми смесями, он действует как изолятор и регулятор влажности. Он лишен хрупкости бетона и , следовательно, не нуждается в компенсационных швах . [3]

Обычно костробетон обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, но низкими механическими характеристиками, в частности прочностью на сжатие. [4] Механические свойства костробетона, особенно при использовании в сборных блоках, действуют как поглотитель углерода на протяжении всего срока службы. [5] [6] Результатом является легкий изоляционный материал, отделочная штукатурка или ненесущая стена, идеально подходящая для большинства климатических условий, поскольку она сочетает в себе изоляцию и тепловую массу , оказывая при этом положительное воздействие на окружающую среду.

Смесь материалов

Костробетон изготавливается из внутренней древесной сердцевины растения конопли (кострицы конопли), смешанной со связующим веществом на основе извести и водой. [6] Связующее вещество на основе извести обычно состоит либо из гашеной извести, либо из натуральной гидравлической извести. [7] Гашеная известь изготавливается из чистого известняка и застывает за счет поглощения CO2 в процессе карбонизации. [7] При наличии ограничений по времени гидравлические вяжущие вещества используются в сочетании с обычной гашеной известью, поскольку время застывания костробетона будет меньше, чем у обычной извести, около двух недель или месяца для набора достаточной прочности. [7]

Например, для ускорения времени схватывания добавляется небольшая доля цемента и/или пуццоланового связующего. [6] В результате всего процесса получается смесь, которая превратится в прочный, но легкий и долговечный продукт. [6]

Приложения

Костробетон использовался во Франции с начала 1990-х годов, а в последнее время и в Канаде для возведения ненесущих теплоизоляционных заполняющих стен, поскольку костробетон не обладает необходимой прочностью для возведения фундамента и вместо этого поддерживается каркасом. [8] Костробетон также использовался для реконструкции старых зданий из камня или извести. [9] Франция продолжает активно использовать костробетон, и его популярность там растет с каждым годом. [10] Канада последовала примеру Франции в секторе органических строительных технологий, и костробетон стал растущей инновацией в Онтарио и Квебеке . [11]

В настоящее время для применения костробетона используются два основных метода строительства. Первый метод заключается в использовании форм для заливки или распыления костробетона непосредственно на месте строительства. [7] Второй метод заключается в укладке готовых блоков, которые доставляются на место строительства, аналогично строительству из камня. [7] После внедрения технологии костробетона между деревянным каркасом добавляется гипсокартон или штукатурка для эстетики и повышения долговечности. [7] Костробетон может использоваться для различных целей в зданиях, включая изоляцию крыш, стен, плит и штукатурки, каждая из которых имеет свою собственную формулу и дозировки различных компонентов соответственно. [12] [13] [14] [15]

Характеристики

Механические свойства

Обычно костробетон имеет низкие механические характеристики. Костробетон является довольно новым материалом и все еще изучается. Несколько факторов влияют на механические свойства костробетона, такие как размер заполнителя, тип связующего, пропорции в смеси, метод производства, метод формования и энергия уплотнения. [4] Все исследования показывают изменчивость свойств костробетона и определяют, что он чувствителен ко многим факторам. [4]

Было проведено исследование, которое фокусируется на изменчивости и статистической значимости свойств костробетона путем анализа двух размеров колонн костробетона с пенькой от двух разных дистрибьюторов при нормальном распределении. Коэффициент дисперсии (COV) указывает на дисперсию экспериментальных результатов и важен для понимания изменчивости свойств костробетона. [4] Модуль Юнга постоянно имеет высокий COV в нескольких экспериментах. Модуль Юнга костробетона составляет 22,5 МПа. [4] Модуль Юнга и прочность на сжатие являются двумя механическими свойствами, которые коррелируют. [4]

Прочность на сжатие обычно составляет около 0,3 МПа. [4] Из-за более низкой прочности на сжатие костробетон не может использоваться для несущих элементов в строительстве. На плотность влияет кинетика высыхания, при большей удельной площади время высыхания уменьшается. [4] При определении плотности следует учитывать размер образца и кострища конопли. [4] В модели плотность костробетона составляет 415 кг/м 3 со средним коэффициентом дисперсии (COV) 6,4%. [4]

Низкая плотность материала костробетона и его устойчивость к растрескиванию при движении делают его пригодным для использования в сейсмоопасных районах. [16] Стены из костробетона должны использоваться вместе с каркасом из другого материала, который выдерживает вертикальную нагрузку при строительстве зданий, поскольку плотность костробетона составляет 15% от плотности традиционного бетона. [17] Исследования в Великобритании показывают, что прирост производительности между стенами толщиной 230 мм (9 дюймов) и 300 мм (12 дюймов) незначителен. [ необходимо разъяснение ] Стены из костробетона огнестойки, пропускают влагу, устойчивы к плесени и обладают отличными акустическими характеристиками. [18] Limecrete, Ltd. (Великобритания) сообщает о степени огнестойкости 1 час в соответствии со стандартами Великобритании/ЕС. [19]

Тепловые свойства

Значение R костробетона (его сопротивление теплопередаче) может варьироваться от 0,67/см (1,7/дюйм) до 1,2/см (3,0/дюйм), что делает его эффективным изоляционным материалом (чем выше значение R, тем лучше изоляция). [20] [21] [22] Пористость костробетона находится в диапазоне от 71,1% до 84,3% по объему. [23] Средняя удельная теплоемкость костробетона составляет от 1000 до 1700 Дж/(кг⋅К). [23] Сухая теплопроводность костробетона составляет от 0,05 до 0,138 Вт/(м⋅К). [23] Низкий коэффициент температуропроводности (1,48 × 10−7  м2 / с ) и эффузивность [286 Дж/(м2 ⋅К⋅с − 1/2 )] костробетона снижают способность костробетона активировать тепловую массу .

Конопляный бетон имеет низкую теплопроводность, в диапазоне от 0,06 до 0,6 Вт м −1 К −1 , [24] [15] [25] общую пористость 68–80% [24] [26] и плотность от 200 кг/м3 до 960 кг/м3 . [ 15] [27] Конопляный бетон также является пористым материалом с высокой проницаемостью для водяного пара, а его общая пористость очень близка к открытой пористости, что позволяет ему поглощать значительные количества воды. [28] Сопротивление диффузии водяного пара конопляного бетона составляет от 5 до 25. [24] [29] Кроме того, при относительной влажности от 2 до 4,3 г/(м2 % RH) он считается отличным регулятором влажности. [28] [30] Он может поглощать относительную влажность, когда в жилой среде ее избыток, и выделять ее, когда ее не хватает. [31] [32] [33] Важно отметить, что эти свойства зависят от состава материала, типа связующего, температуры и влажности. Благодаря своим скрытым тепловым эффектам, которые являются результатом его высокой термической способности и всестороннего контроля влажности, конопляный бетон проявляет свойства фазового перехода материала. [5]

Из-за большого разнообразия конопли пористость отличается от одного типа к другому, поэтому ее теплоизоляционные способности также различаются. [34] Чем ниже плотность, тем ниже коэффициент теплопередачи , характеристика изоляционных материалов. [34] На трех кубических образцах костробетона после 28 дней сушки был измерен коэффициент теплопередачи с помощью ISOMET 2114, портативной системы для измерения теплопередачи свойств. [34] Костробетон имеет коэффициент теплопередачи 0,0652 Вт/(м⋅К) и удельный вес 296 кг/м3 . [ 34] Следует уделять внимание смешиванию костробетона, так как это влияет на свойства материала. Дальнейшие испытания необходимо проводить в зависимости от размера образца, чтобы определить влияние размера на свойства костробетона.

Другой

В Соединенных Штатах для использования конопли в строительстве требуется разрешение. [35]

Костробетон имеет высокое содержание кремния , что делает его более устойчивым к биологическому разложению, чем другие растительные продукты. [36]

Преимущества и ограничения

Материалы из костробетона представляют собой продукт, состоящий из связующего вещества и кострицы конопли, размер и качество, а пропорции в смеси могут значительно влиять на ее свойства и эксплуатационные характеристики. [6] Наиболее заметным ограничивающим фактором для костробетона являются низкие механические характеристики. [4] Из-за низких механических характеристик материал не следует использовать для несущих конструкций.

Хотя он не славится своей прочностью, костробетон обеспечивает высокую паропроницаемость, что позволяет лучше контролировать температуру в помещении. [6] Его также можно использовать в качестве наполнителя в каркасных конструкциях и использовать для изготовления сборных панелей. [6] Изменение плотности смесей костробетона также влияет на его применение. Смеси костробетона с более высокой плотностью используются для изоляции полов и крыш, в то время как смеси с более низкой плотностью используются для внутренней изоляции и наружных штукатурок. [6]

Стены из блоков костробетона можно укладывать без покрытия или покрывать финишной штукатуркой. [6] В последнем случае используется та же смесь костробетона, но в других пропорциях. Поскольку костробетон содержит растительное соединение, стены необходимо возводить со швом между стеной и землей, чтобы предотвратить капиллярный подъем воды и сток, блоки необходимо устанавливать выше уровня земли, а внешние стены следует защищать песком и штукатуркой, чтобы избежать гниения кострища. [6]

Анализ жизненного цикла

Как и любая культура, конопля поглощает CO2 из атмосферы во время роста, поэтому костробетон считается материалом, накапливающим углерод . [6] Блок костробетона непрерывно накапливает CO2 в течение всего срока службы, от изготовления до окончания срока службы, создавая положительные экологические преимущества. [6] Благодаря оценке жизненного цикла (LCA) блоков костробетона с использованием исследований и порошковой рентгеновской дифракции (XRPD) было обнаружено, что блоки накапливают большое количество углерода из фотосинтеза во время роста растений и путем карбонизации во время фазы использования блоков. [6]

Оценка жизненного цикла блоков костробетона учитывает семь единичных процессов: костра и производство конопли, производство связующего вещества, транспортировка сырья на производственную компанию, процессы производства блоков костробетона, транспортировка блоков костробетона на строительную площадку, возведение стен и фаза использования. [6] Оценка воздействия каждого процесса была проанализирована с использованием следующих категорий воздействия: абиотическое истощение (ADP), истощение ископаемого топлива (ADP Fossil), глобальное потепление за временной интервал в 100 лет (GWP), истощение озонового слоя (ODP), подкисление (AP), эвтрофикация (EP) и фотохимическое образование озона (POCP). [6]

Производство связующего оказывает наибольшее воздействие на окружающую среду, в то время как фазы транспортировки являются вторыми. [6] Во время производства связующего на этапе обжига извести и создания клинкера выбросы являются наиболее заметными. [6] Большое количество потребления дизельного топлива на этапах транспортировки и во время производства конопляной костры создало большую часть совокупного спроса на энергию и наряду с обжигом извести, который происходит в печах, является основным источником выбросов ископаемого топлива. [6] Абиотическое истощение в основном связано с электричеством, используемым во время производства связующего, и хотя оно минимально, также во время процессов производства блоков. [6]  Важно сосредоточиться на содержании воды в смеси костробетона, потому что слишком много воды может вызвать медленное высыхание и создать негативное воздействие, предотвращая карбонизацию извести. [34]

Основная причина воздействия костробетона на окружающую среду связана с производством связующего вещества. По оценкам отчетов, 18,5% - 38,4% первоначальных выбросов от производства связующего вещества можно восстановить с помощью процесса карбонизации. [7] Удельное количество карбонатов в блоках фактически увеличивается с возрастом блока. [6] Во время роста конопли растение поглощает CO2 , связующее вещество начинает поглощать CO2 после процесса смешивания, а стена поглощает CO2 , противодействуя выбросам парниковых газов, действуя как поглотитель углерода. [6] Блок костробетона будет продолжать хранить углерод в течение всего своего срока службы и может быть измельчен и снова использован в качестве наполнителя для изоляции. [6] Количество улавливания CO2 в пределах чистого жизненного цикла выбросов CO2 костробетона оценивается в пределах от -1,6 до -79 кг CO2 - экв./м2 . [ 7] Существует корреляция, что увеличение массы связующего вещества, которое увеличивает плотность смеси, увеличит общее предполагаемое поглощение углерода посредством карбонизации. [7]

Необходимо изучить последствия, возникающие из-за косвенных изменений в землепользовании, связанных с выращиванием конопли, работами по техническому обслуживанию и окончанием срока службы, чтобы создать полный профиль воздействия на окружающую среду от колыбели до могилы блоков из костробетона. Чтобы противодействовать негативному воздействию блоков из костробетона на окружающую среду, расстояния транспортировки должны быть максимально сокращены. Поскольку костробетон обычно не является несущим, следует изучить соотношения, чтобы по возможности полностью удалить цемент из смеси. [6]

Краткое содержание

Hempcrete — довольно новый натуральный строительный материал, использование которого возросло в европейских странах в последние годы и набирает обороты в Соединенных Штатах . Hemp Building Foundation подал документы в International Residential Codes (IRC) в феврале 2022 года для сертификации материала в качестве национального строительного материала, что позволило строительной отрасли лучше ознакомиться с материалом . [37]

Костробетон — это строительный материал, в котором используются конопляная костра, заполнитель, вода и тип связующего вещества для использования в качестве ненесущих стен, изоляторов, отделочных штукатурок и блоков. Материал имеет низкие механические свойства и низкую теплопроводность, что делает его идеальным для изоляционного материала. Блоки костробетона имеют низкий углеродный след и являются эффективными поглотителями углерода. Для широкого использования костробетона все еще необходимо разработать общие нормы и спецификации, но он обещает заменить текущие ненесущие строительные материалы, которые негативно влияют на окружающую среду.

Смотрите также

Ссылки

 В данной статье использован текст С. Бурбиа1, Х. Казеуи, Р. Беларби, доступный по лицензии CC BY 4.0.

  1. ^ Аллин, Стив (2005). Building with Hemp (1-е изд.). Seed Press. стр. 146. ISBN 978-0-9551109-0-0.
  2. ^ "NNFCC Renewable Building Materials Factsheet: An Introduction". Национальный центр непродовольственных культур . 21 февраля 2008 г. Получено 16 февраля 2011 г.
  3. ^ ab Priesnitz, Rolf B. (март–апрель 2006 г.). «Конопля для домов». Natural Life Magazine . Архивировано из оригинала 2021-05-14 . Получено 2009-12-07 .
  4. ^ abcdefghijk Niyigena, César; Amziane, Sofiane; Chateauneuf, Alaa; Arnaud, Laurent; Bessette, Laetitia; Collet, Florence; Lanos, Christophe; Escadeillas, Gilles; Lawrence, Mike; Magniont, Camille; Marceau, Sandrine; Pavia, Sara; Peter, Ulrike; Picandet, Vincent; Sonebi, Mohammed (2016-06-01). "Изменчивость механических свойств конопляного бетона". Materials Today Communications . 7 : 122–133. doi :10.1016/j.mtcomm.2016.03.003. ISSN  2352-4928. S2CID  54040137.
  5. ^ ab Jami, Tarun; Karade, SR; Singh, LP (2019). «Обзор свойств конопляного бетона для применения в зеленом строительстве». Журнал чистого производства . 239 : 117852. doi : 10.1016/j.jclepro.2019.117852.
  6. ^ abcdefghijklmnopqrstu vw Арригони, Алессандро (апрель 2017 г.). «Оценка жизненного цикла природных строительных материалов: роль карбонизации, компонентов смеси и транспорта в воздействии блоков из конопли на окружающую среду». Журнал более чистого производства . 149 : 1051–1061. doi : 10.1016/j.jclepro.2017.02.161. hdl : 11311/1023919 .
  7. ^ abcdefghi Арехарт, Джей (29 апреля 2020 г.). «О теоретическом потенциале хранения и секвестрации углерода в костробетоне». Журнал чистого производства . 266 : 121846. doi : 10.1016/j.jclepro.2020.121846. S2CID  219024537.
  8. ^ "6 преимуществ строительства с использованием костробетона". Green Building Canada . 2017-06-29 . Получено 2019-08-10 .
  9. ^ Джереми Ходжес и Кевин Орланд (30.08.2019). «Строители меняют цемент на траву, чтобы уменьшить загрязнение».
  10. ^ Ридвен, Ранил (2018-05-18). «Строительство из конопли и извести». Центр альтернативных технологий .
  11. ^ "Канадский коконобетон: развитие конопляной строительной отрасли". Innovation News Network . 2020-06-12 . Получено 2020-12-17 .
  12. ^ Отмен, Инес; Пуллен, Филипп; Леклу, Али-Нордин (4 июня 2014 г.). Номер этюда техник изоляции: применение в реабилитации старых бати в туфе. 32èmes Rencontres Universitaires de Génie Civil, июнь 2014 г., Орлеан, Франция. (на французском языке).
  13. ^ УОКЕР, РОЗАННА; ПАВИА, САРА (2010). Оценка некоторых физических свойств известково-пенькового бетона (Отчет).
  14. ^ Константин, Жорж. Этюд и оптимизация энергетических характеристик d'une enveloppe en béton de chanvre pour le bâtiment (Диссертация) (на французском языке). Реймс.
  15. ^ abc Bouloc, P. (2013). Конопля: промышленное производство и использование. Книги CAB. CABI. ISBN 978-1-84593-793-5.
  16. ^ "Свойства конопляного бетона". www.minoeco.com .
  17. ^ Флахифф, Дэниел (24 августа 2009 г.). «Hemcrete®: стены из конопли с отрицательным выбросом углерода». Inhabitat .
  18. ^ "Hempcrete". Палитра Carbon Smart Materials, проект Architecture 2030. Получено 10 августа 2019 г.
  19. ^ Эбботт, Том (2014-04-26). "Информационный листок о конопляном бетоне". The Limecrete Company, Ltd.
  20. ^ Мэгвуд, Крис (7 января 2016 г.). «Строительство с использованием конопляного бетона или конопляной извести».
  21. ^ Стэнвикс, Уильям (2014). Книга о конопляном бетоне: проектирование и строительство с использованием конопляной извести . Зеленые книги.
  22. ^ Кентер, Питер (2015). «Защита конопли: Строитель Онтарио продвигает использование конопляного бетона».
  23. ^ abc Dhakal, Ujwal (22 октября 2016 г.). «Гидротермические характеристики костробетона для зданий в Онтарио (Канада)». Журнал чистого производства . 142 : 3655–3664. doi :10.1016/j.jclepro.2016.10.102.
  24. ^ abc Moujalled, Bassam; Aït Ouméziane, Yacine; Moissette, Sophie; Bart, Marjorie; Lanos, Christophe; Samri, Driss (2018). «Экспериментальная и численная оценка гигротермических характеристик здания из бетона с конопляной известью: долгосрочное исследование» (PDF) . Строительство и окружающая среда . 136 : 11–27. Bibcode :2018BuEnv.136...11M. doi :10.1016/j.buildenv.2018.03.025.
  25. ^ Латиф, Э.; Лоуренс, Р.М.Х.; Ши, А.Д.; Уокер, П. (2018). «Экспериментальное исследование сравнительных гигротермических характеристик стеновых панелей, включающих древесное волокно, минеральную вату и конопляную известь». Энергия и здания . 165 : 76–91. Bibcode : 2018EneBu.165...76L. doi : 10.1016/j.enbuild.2018.01.028.
  26. ^ Delhomme, F.; Hajimohammadi, A.; Almeida, A.; Jiang, C.; Moreau, D.; Gan, Y.; Wang, X.; Castel, A. (2020). «Физические свойства австралийской костры, используемой в качестве заполнителя для конопляного бетона». Materials Today Communications . 24 : 100986. doi :10.1016/j.mtcomm.2020.100986.
  27. ^ Нгуен, Тай-Ту; Пиканде, Винсент; Амзиан, Софиан; Бейли, Кристоф (2009). «Влияние плотности и характеристик конопляной костры на механические свойства извести и конопляного бетона». Европейский журнал по охране окружающей среды и гражданскому строительству . 13 (9): 1039–1050. Bibcode : 2009EJECE..13.1039N. doi : 10.1080/19648189.2009.9693171. ISSN  1964-8189.
  28. ^ ab Bennai, F.; Issaadi, N.; Abahri, K.; Belarbi, R.; Tahakourt, A. (2018). «Экспериментальная характеристика тепловых и гигроскопических свойств конопляного бетона с учетом эволюции материала с течением времени». Тепло и массообмен . 54 (4): 1189–1197. Bibcode : 2018HMT....54.1189B. doi : 10.1007/s00231-017-2221-2. ISSN  0947-7411.
  29. ^ Уокер, Р.; Павия, С. (2014). «Перенос влаги и тепловые свойства бетонов на основе конопли и извести». Строительство и строительные материалы . 64 : 270–276. doi :10.1016/j.conbuildmat.2014.04.081.
  30. ^ Коллет, Флоренс (2017). «Гигроскопические и тепловые свойства строительных материалов на основе биозаполнителей». Строительные материалы на основе биозаполнителей . RILEM State-of-the-Art Reports. Том 23. Дордрехт: Springer Netherlands. стр. 125–147. doi :10.1007/978-94-024-1031-0_6. ISBN 978-94-024-1030-3.
  31. ^ Дхакал, Уджвал; Берарди, Умберто; Горголевски, Марк; Ричман, Рассел (2017). «Гидротермические характеристики костробетона для зданий в Онтарио (Канада)». Журнал чистого производства . 142 : 3655–3664. doi :10.1016/j.jclepro.2016.10.102.
  32. ^ Латиф, Эшрар; Лоуренс, Майк; Ши, Энди; Уокер, Пит (2015). «Потенциал буфера влаги экспериментальных стеновых сборок, включающих формулированную коноплю-известь». Строительство и окружающая среда . 93 : 199–209. Bibcode : 2015BuEnv..93..199L. doi : 10.1016/j.buildenv.2015.07.011.
  33. ^ Тран Ле, Ань Д.; Самри, Дрис; Дузан, Омар; Промис, Джеффри; Нгуен, Ань Т.; Лангле, Тьерри (2020). «Влияние температурной зависимости сорбции на гигротермические характеристики оболочки здания из конопляного бетона». Энциклопедия возобновляемых и устойчивых материалов . Elsevier. стр. 68–77. doi :10.1016/b978-0-12-803581-8.10597-1. ISBN 978-0-12-813196-1.
  34. ^ abcde Адам, Лауренциу; ISOPESCU, Дорина-Николина (2022). «Исследование физико-механических свойств конопляного бетона». Журнал прикладных наук о жизни и окружающей среде . 55 (1(189)): 75–84. doi : 10.46909/alse-551047 . ISSN  2784-0360. S2CID  254006073.
  35. ^ Попеску, Адам (2018). «Нет места лучше дома, особенно если он сделан из конопли». The New York Times . Получено 4 мая 2018 г.
  36. ^ Саес-Перес, MP; Брюммер, M.; Дуран-Суарес, JA (2020). «Обзор факторов, влияющих на свойства и эксплуатационные характеристики бетонов с конопляным заполнителем». Журнал строительной инженерии . 31 : 101323. doi : 10.1016/j.jobe.2020.101323.
  37. ^ "Hemp, Inc. сообщает: Hempcrete вскоре может быть сертифицирован как национальный строительный материал США". GlobeNewswire News Room (пресс-релиз). 2022-02-22 . Получено 2023-02-21 .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Конопляный бетон» .