Бетон или гемплайм — это биокомпозитный материал, смесь конопли ( косы ) 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 пенобетоном легче работать, чем с традиционными известковыми смесями, и он действует как изолятор и регулятор влажности. Он лишен хрупкости бетона и, следовательно , не требует компенсационных швов . [3]
Обычно пенобетон обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, но низкими механическими характеристиками, особенно прочностью на сжатие. [4] Механические свойства пенобетона, особенно при его использовании в сборных блоках, действуют как поглотитель углерода на протяжении всего срока службы. [5] [6] В результате получается 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.
Конопляный бетон изготавливается из внутренней древесной сердцевины растения конопли (конопляной костры), смешанной со связующим веществом на основе извести и водой. [6] Связующее на основе извести обычно состоит либо из гашеной извести, либо из натуральной гидравлической извести. [7] Гашеная известь изготавливается из чистого известняка и схватывается за счет поглощения CO 2 в процессе карбонизации. [7] При ограниченности времени гидравлические вяжущие используются в сочетании с обычной гашеной известью, поскольку время схватывания пенобетона будет меньше, чем у обычной извести, примерно от двух недель до месяца, чтобы набрать достаточную прочность. [7]
Например, для ускорения времени схватывания добавляется небольшая фракция цемента и/или пуццоланового связующего. [6] В результате всего процесса получается смесь, которая превращается в твердый, но легкий и долговечный продукт. [6]
Конструкт использовался во Франции с начала 1990-х годов, а в последнее время и в Канаде для строительства ненесущих изолирующих стен-заполнителей, поскольку пенобетон не обладает необходимой прочностью для строительства фундамента и вместо этого поддерживается каркасом. [8] Пломбетон также использовался для ремонта старых зданий из камня или извести. [9] Франция по-прежнему активно использует пенобетон, и его популярность там растет с каждым годом. [10] Канада последовала примеру Франции в секторе органических строительных технологий, а пенобетон стал растущей инновацией в Онтарио и Квебеке . [11]
В настоящее время для изготовления пенобетона используются два основных метода строительства. Первый метод заключается в использовании форм для заливки или напыления пенобетона непосредственно на строительной площадке. [7] Второй метод заключается в укладке сборных блоков, которые доставляются на объект, аналогично каменной конструкции. [7] После внедрения технологии пенобетона между деревянным каркасом для эстетики и повышения долговечности добавляется гипсокартон или штукатурка. [7] Конструкт может использоваться для различных целей в зданиях, включая крышу, стены, плиты и штукатурную изоляцию, каждая из которых имеет свой собственный состав и дозировки различных компонентов [12] [13] [14] [15] ] соответственно.
Обычно пенобетон имеет низкие механические характеристики. Гемпбетон — довольно новый материал, который все еще изучается. Некоторые факторы влияют на механические свойства пенобетона, такие как размер заполнителя, тип связующего, пропорции в смеси, метод производства, метод формования и энергия уплотнения. [4] Все исследования показывают изменчивость свойств пенобетона и определяют, что он чувствителен ко многим факторам. [4]
Было проведено исследование, посвященное изменчивости и статистической значимости свойств пенобетона путем анализа двух размеров столбцов пеньки с пенькой от двух разных дистрибьюторов при нормальном распределении. Коэффициент дисперсии (COV) указывает на дисперсию экспериментальных результатов и важен для понимания изменчивости свойств пенобетона. [4] Важно отметить, что модуль Юнга постоянно имеет высокий COV во многих экспериментах. Модуль Юнга пенобетона составляет 22,5 МПа. [4] Модуль Юнга и прочность на сжатие — это два взаимосвязанных механических свойства. [4]
Прочность на сжатие обычно составляет около 0,3 МПа. [4] Из-за более низкой прочности на сжатие пенобетон нельзя использовать в качестве несущих элементов в строительстве. На плотность влияет кинетика сушки, при большей удельной площади время сушки уменьшается. [4] При определении плотности следует учитывать размер образца и косточков пеньки. [4] В модели плотность пенобетона составляет 415 кг/м 3 со средним коэффициентом дисперсии (COV) 6,4%. [4]
Низкая плотность материала Hempcrete и устойчивость к растрескиванию при движении делают его пригодным для использования в сейсмоопасных районах. [16] Стены из пенобетона необходимо использовать вместе с каркасом из другого материала, который выдерживает вертикальную нагрузку при строительстве зданий, поскольку плотность пенобетона составляет 15% от плотности традиционного бетона. [17] Исследования, проведенные в Великобритании, показывают, что прирост производительности между стенами толщиной 230 мм (9 дюймов) и 300 мм (12 дюймов) незначителен. [ необходимы разъяснения ] Стены из пенобетона пожаробезопасны, пропускают влагу, устойчивы к плесени и имеют отличные акустические характеристики. [18] Limecrete, Ltd. (Великобритания) сообщает, что рейтинг огнестойкости составляет 1 час по стандартам Великобритании и ЕС. [19]
Значение R пенобетона (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 пенобетона находится в диапазоне от 71,1% до 84,3% по объему. [23] Средняя удельная теплоемкость пенобетона колеблется от 1000 до 1700 Дж/(кг⋅К). [23] Сухая теплопроводность пенобетона колеблется от 0,05 до 0,138 Вт/(м⋅К). [23] Низкая температуропроводность (1,48 × 10 -7 м 2 /с ) и эффузивность [286 Дж/(м 2 ⋅К⋅с -1/2 )] пенобетона снижают способность пенобетона активировать тепловую массу.
Конопляный бетон имеет низкую теплопроводность, составляющую от 0,06 до 0,6 Вт·м -1 ·К -1 , [24] [25] [26], общую пористость 68–80 % [27] [28] и плотность 200 кг. /м 3 до 960 кг/м 3 . [29] [30] Конопляный бетон также является пенистым материалом с высокой паропроницаемостью, а его общая пористость очень близка к открытой пористости, что позволяет ему поглощать значительные количества воды. [31] Сопротивление диффузии водяного пара конопляного бетона колеблется от 5 до 25. [32] [33] Кроме того, от 2 до 4,3 г/(м 2 % относительной влажности) он считается отличным регулятором влажности. [34] [35] Он может поглощать относительную влажность при ее избытке в среде обитания и выделять ее при недостатке. [36] [37] [38] Важно отметить, что эти свойства зависят от состава материала, типа связующего, температуры и влажности. Благодаря своим скрытым нагревательным эффектам, которые являются результатом его высокой термической способности и всестороннего контроля влажности, конопляный бетон демонстрирует свойства материала с фазовым изменением. [5]
Из-за большого разнообразия конопли пористость у разных видов разная, поэтому различаются и ее теплоизоляционные способности. [39] Чем ниже плотность, тем ниже коэффициент теплопередачи , характерный для изоляционных материалов. [39] На трех кубических образцах пенобетона после 28 дней высыхания был измерен коэффициент теплопередачи с использованием ISOMET 2114, портативной системы для измерения свойств теплопередачи. [39] Коэффициент теплопередачи пенобетона составляет 0,0652 Вт/(м⋅К) и удельный вес 296 кг/м 3 . [39] Следует обратить внимание на смешивание пенобетона, так как оно влияет на свойства материала. Необходимо провести дальнейшие испытания в зависимости от размера образца, чтобы определить влияние этого размера на свойства пенобетона.
В США для использования конопли в строительстве необходимо разрешение. [40]
Конопля имеет высокое содержание кремнезема , что делает его более устойчивым к биологическому разложению , чем другие растительные продукты. [41]
Бетонные материалы представляют собой продукт типа вяжущего и конопляной костры по размеру и качеству, а пропорции в смеси могут сильно влиять на ее свойства и характеристики. [6] Наиболее заметным ограничивающим фактором при использовании пенобетона являются низкие механические характеристики. [4] Из-за низких механических характеристик материал не следует использовать для несущих конструкций.
Хотя пенобетон не известен своей прочностью, он 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 пенобетонных смесей также влияет на их использование. Бетонные смеси более высокой плотности используются для утепления полов и крыш, а смеси более низкой плотности - для внутренней изоляции и наружных штукатурок. [6]
Стены из пенобетонных блоков можно укладывать без покрытия или покрывать финишной штукатуркой. [6] В последнем используется та же смесь пенобетона, но в других пропорциях. Поскольку пенобетон содержит состав на растительной основе, стены необходимо строить с швом между стеной и землей, чтобы предотвратить капиллярный подъем воды и стоков, блоки необходимо устанавливать над уровнем земли, а наружные стены следует защищать песком и штукатуркой. чтобы избежать гниения косточков. [6]
Как и любая другая культура, конопля поглощает CO 2 из атмосферы во время роста, поэтому конопляный бетон считается материалом , аккумулирующим углерод . [6] Блок из пенобетона постоянно накапливает CO 2 в течение всего своего срока службы, от изготовления до конца срока службы, создавая положительные экологические преимущества. [6] Посредством оценки жизненного цикла (LCA) блоков из пенобетона с использованием исследований и порошковой рентгеновской дифракции (XRPD) было обнаружено, что блоки сохраняют большое количество углерода в результате фотосинтеза во время роста растений и в результате карбонизации на этапе использования. блоков. [6]
LCA блоков пенобетона рассматривает семь единичных процессов: производство конопляной костры, производство связующего, транспортировка сырья в компанию-производитель, процессы производства блоков пенобетона, транспортировка блоков пенобетона на строительную площадку, строительство стен и этап использования. [6] Оценка воздействия каждого процесса была проанализирована с использованием следующих категорий воздействия: абиотическое истощение (ADP), истощение ископаемого топлива (ADP Fossil), глобальное потепление за период времени в 100 лет (GWP), истощение озона (ODP), подкисление (AP), эвтрофикация (EP) и фотохимическое образование озона (POCP). [6]
Производство связующего оказывает наибольшее воздействие на окружающую среду, а этапы транспортировки являются вторыми. [6] При производстве связующего на участках обжига извести и создания клинкера выбросы являются наиболее заметными. [6] Большое количество потребления дизельного топлива на этапах транспортировки и во время производства конопляной костры создает большую часть совокупного спроса на энергию и наряду с обжигом извести, которое происходит в печах, является основным источником выбросов ископаемого топлива. . [6] Абиотическое истощение в основном связано с использованием электроэнергии во время производства связующего, и, хотя оно и минимально, также в процессах производства блоков. [6] Важно обратить внимание на содержание воды в пенобетонной смеси, поскольку слишком большое количество воды может вызвать медленное высыхание и оказать негативное воздействие, предотвращая карбонизацию извести. [39]
Основная причина воздействия пенобетона на окружающую среду связана с производством вяжущего. Согласно отчетам, 18,5–38,4% первоначальных выбросов при производстве связующего могут быть восстановлены посредством процесса карбонизации. [7] Удельное количество карбонатов в блоках фактически увеличивается с возрастом блока. [6] Во время роста конопли растение поглощает CO 2 , связующее начинает поглощать CO 2 после процесса смешивания, а стена поглощает CO 2, противодействуя выбросам парниковых газов, действуя как поглотитель углерода. [6] Блок пенобетона будет продолжать накапливать углерод на протяжении всего своего срока службы, его можно раздробить и снова использовать в качестве наполнителя для изоляции. [6] Объем улавливания CO 2 в течение чистого жизненного цикла пенобетона оценивается в пределах от -1,6 до -79 кг CO 2 экв/м 2 . [7] Существует корреляция, согласно которой увеличение массы связующего, которое увеличивает плотность смеси, приведет к увеличению общего расчетного поглощения углерода посредством карбонизации. [7]
Воздействия, возникающие в результате косвенных изменений в землепользовании при выращивании конопли, работах по техническому обслуживанию и окончании срока службы, необходимо изучить, чтобы создать полный профиль воздействия пенобетонных блоков на окружающую среду от колыбели до могилы. Чтобы противодействовать негативному воздействию пенобетонных блоков на окружающую среду, расстояния транспортировки должны быть максимально сокращены. Поскольку пенобетон обычно не является несущим, следует изучить пропорции, позволяющие полностью удалить цемент из смеси. [6]
Гемпбетон – довольно новый натуральный строительный материал, использование которого в последние годы возросло во всех европейских странах и набирает обороты в Соединенных Штатах . В феврале 2022 года Фонд строительства конопли подал документы в Международные жилищные кодексы (IRC) для сертификации этого материала в качестве национального строительного материала, что позволило строительной отрасли лучше ознакомиться с этим материалом . [42]
Конопляный бетон — это строительный строительный материал, в котором используются конопляная щепа, заполнитель, вода и связующее вещество в качестве ненесущих стен, изоляторов, отделочной штукатурки и блоков. Материал обладает низкими механическими свойствами и низкой теплопроводностью, что делает его идеальным изоляционным материалом. Блоки из пенобетона имеют низкий углеродный след и являются эффективными поглотителями углерода. Для широкого использования конопляного бетона все еще необходимо разработать широко распространенные нормы и спецификации, но он обещает заменить существующие ненесущие строительные материалы, которые негативно влияют на окружающую среду.
В эту статью включен текст С. Бурбиа1 · Х. Казеуи · Р. Беларби, доступный по лицензии CC BY 4.0.
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite press release}}
: |last=
имеет общее имя ( справка )