Природный камень: пример устойчивого материала

 

Estefanía Fernández Prieto
Инженер-химик технологического центра PINACALINSER, Валладолид (Испания) laboratorio@pinacal.es
 
Окружающая среда обладает двоякой функцией – это и источник ресурсов, и место утилизации отходов. Горнодобывающая и камнеобрабатывающая отрасли промышленности в прямой форме взаимодействуют с окружающей средой. Ниже приведён анализ устойчивости процессов извлечения, переработки и транспортировки природного камня, который демонстрирует и качественно, и количественно, что природный камень является превосходным примером устойчивого материала.
Устойчивое развитие и устойчивость
Понятие Устойчивого развития родилось в 80-е, как определение развития, «которое удовлетворяет текущие потребности общества, не ставя под угрозу возможность будущих поколений удовлетворить их собственные потребности в будущем. Устойчивое развитие не является исключительно экологическим понятием. Оно может быть смоделировано как равносторонний треугольник, вершины которого представляют собой равнозначные социальным, экономическим и экологическим компонентам, а центральная область уравновешивает их.
 
Поэтому в рамках устойчивого развития устойчивость является понятием, которое подразумевается как качество, «которое позволяет самосохраняться», то есть пребывать в равновесии с окружающей средой. Общие критерии устойчивости основаны на том, что «невозможно поддерживать природные ресурсы в неповреждённом состоянии, эффективно их использовать на благо общества без осуществления затрат на их восстановление и поддержание».
 
Устойчивая архитектура и устойчивые материалы
В Европейском Союзе строительство зданий потребляет приблизительно 40% материалов, производит 40% отходов и потребляет 40% основной энергии*, поэтому важно развивать устойчивую архитектуру и устойчивые материалы.
В области архитектуры стандарт ISO/TC 59/SC3 N 459 определяет устойчивую архитектуру как здания, «которые поддерживают уровень и качество жизни в гармоничном равновесии с климатическими условиями, местными культурными традициями, всемерным сохранением энергии и ресурсов, переработкой отходов и сокращением вредных выбросов в окружающую среду в локальных и глобальных масштабах в период всего жизненного цикла здания».
Перед архитектурой, с её экологической приверженностью к более устойчивому миру, стоит задача оптимизации соотношения между потреблением ресурсов и производством отходов. Целью архитекторов должно быть устойчивое строительство, которое подразумевает сохранение окружающей среды, сокращение и оптимизацию потребления ресурсов, материалов и энергии, увеличение доли использования возобновляемой энергии, уменьшение отходов, сокращение вредных выбросов (применительно к камню, выбросы CO2 в атмосферу минимальны), улучшение качества жизни.
Строительство станет более экологичным благодаря применению новых архитектурных решений и использованию переработанных материалов. Чтобы достичь этой цели, выбор строительного материала должен быть основан на реализации оценки следующих индикаторов:
• использование имеющихся в регионе строительства местных ресурсов и материалов, что сокращает транспортные издержки и эффективно использует местный потенциал,
• использование материалов с большим сроком эксплуатации, что сокращает расходы на обслуживание и потери,
• использование материалов, эксплуатация которых оказывает незначительное воздействие на окружающую среду,
• использование материалов, производство которых не требует слишком большого количества энергии,
• большее использование переработанных материалов, что уменьшает проблему твёрдых отходов,
• отказ от использования загрязняющих материалов.
И здесь природный камень приобретает исключительную важность, поскольку выигрывает в споре на устойчивость с другими материалами и таким образом играет ведущую роль в устойчивой архитектуре.
 
Устойчивые материалы. Качественный анализ. Условия
Под устойчивым материалом понимается ресурс, срок эксплуатации которого меньше предела возобновления. Это характеризуется выполнением следующих условий:
• Эти материалы должны соответствовать правилу “3 R, применяемому к материалам из природного камня, а именно:
- Сокращение. Сокращение использования материала. Ярким примером может быть акведук Сеговии, простоявший около 2000 лет с минимальными ремонтами,
- Многократное использование. Восстановление полезной части материала посредством извлечения и переработки так, чтобы энергетические ресурсы, используемые для преобразования материала, были меньше тех, которые необходимы для получения первоначального материала.
Многократное использование продукции из камня видно повсюду. Это и булыжники, многократно устанавливаемые и переустанавливаемые в мостовых, и тёсанные камни, использованные в кладке старых зданий, которые первоначально использовались как новые при строительстве ещё более древних зданий, и камни, которые сохранились от разрушенных зданий и сооружений, но не выброшенные, а использованные в более позднем строительстве для восстановления памятников и элементов зданий. При таком использовании рекомендуется проводить испытания для оценки потери свойств материала.
Другим примером является искусственный камень, сделанный на 93% из кварца с добавлением битого стекла, зеркал и полиэфирных смол. Эта «смесь» прессуется при высоком давлении и постоянной температуре для получения нового продукта. Это краткосрочное решение проблемы повторного использования материала путём его переработки. Такой материал однажды завершит срок своего полезного использования, поскольку процесс его переработки будет очень тяжёлым и потребует дорогих смол.
- Переработка. Процесс добычи и переработки природного камня связан с возникновением отходов, таких как грязь, состоящая из воды, охлаждающей процесс пиления, и кристаллов камня. Состав отходов совпадает с составом камня, поэтому в них нет никаких токсичных элементов. Отходы классифицируются как грязь, появившаяся в результате пиления и полировки камня. Поскольку кодификация и классификация отходов определена, то вполне можно определить, что с ними делать дальше.
Оценка возможности повторного применения отходов обеспечивает, кроме некоторых экологических преимуществ, более полное использование ресурсов, увеличение производственных мощностей и улучшение качества продукта. Этот процесс оценки зависит в большой степени от свойств отходов, так как технические характеристики промышленного использования очень важны. Самые большие проблемы при использовании отходов возникают из-за их химического и физического состава и влажности. Отходы характеризуются определёнными размерами частиц, что требует их дополнительного размалывания для достижения необходимого размера.
Поскольку материалы, произведенные из отходов камня в основном сформированы камнем, то их использование в дальнейшем предопределено. Широкое промышленное использование их главным образом определено высоким содержанием карбоната кальция. Кроме того, сухие отходы камня применяются для производства кальцита, цемента, красок, бумаги, пластмасс, резиновых напольных покрытий, фармацевтических и косметологических изделий и т.д.
• Использование легко возобновляемых материалов, которые можно вырастить или очистить естественным способом в течение человеческой жизни. Ресурс возобновления может быть исчерпан, но при соответствующей организации процесса восстановления может продлиться неопределенно долго. Уровень потребления камня по сравнению с другими природными ресурсами очень низкий. Поэтому при повышении уровня его использования возможно и увеличение ресурса повторного использования на неопределенно долгий период.
• Увеличение срока полезного использования. Камень устойчив к различным внешним воздействиям, имеет длительный срок службы и красив. Поэтому природный камень – это строительный материал с наиболее длительным сроком полезного использования.
Уменьшение использования токсичных компонентов. В отличие от синтетических материалов, металлов, стекла, и т.д. камень не требует применения химических средств для продления срока службы. Камень имеет высокую устойчивость к различным атмосферным воздействиям.
• Использование возобновляемых компонентов и возобновляемых источников энергии. В процессе добычи и обработки используется вода. Использование замкнутого обращения воды через систему фильтров и ёмкостей позволяет существенно снизить потребление воды из водопроводной системы.
• Минимизация видимого воздействия на окружающую среду. Среди произведенного воздействия на окружающую среду очевидным, хотя и временного характера, является исчезновение растений и деревьев. Поэтому восстановление нарушенного ландшафта является одним из приоритетов при осуществлении проектов повторного использования материалов.
** Энергетические затраты, соответствующие фазе извлечения, составляют приблизительно 0.175 МДж/кг, т.е. 70% расходуемой полной энергии. Энергетические затраты, соответствующие фазе извлечения, составляют приблизительно 0.075 кДж/кг, т.е. 30% расходуемой полной энергии. Затраты полной энергии, связанные с обработкой, ниже, чем в производстве других строительных материалов и находятся между 0.2 и 0.3 МДж/кг. Нужно принять во внимание, что это потребление полной энергии минимально, если соотнести его с полезным жизненным циклом природного камня (год МДж/кг полезного жизненного цикла), который может достигнуть почти 0 вследствие длительного срока службы материала.
Ниже приведены сравнительные графики основной энергии, расходуемой согласно типу строительства в фазах изготовления/преобразования этих материалов.
 
С точки зрения архитектуры это - материал, который сохраняет энергию , уменьшая теплопотери здания, благодаря своим свойствам теплопроводности, коэффициента теплопередачи и тепловой инерции.
• Атмосферное загрязнение. Вредные выделения, способствующие возникновению кислот и смога, у камня отсутствуют. Нет вреда здоровью человека, вследствие выделения опасных элементов, при производстве не используются CFC и т.д.
Заключения
Ниже приведена таблица, показывающая воздействие на окружающую среду жизненного цикла природного камня в сравнении с другими строительными материалами.
 
На основании этой сравнительной таблицы можно сделать заключение, что природный камень – это превосходный устойчивый строительный материал: долговечный, нетоксичный, огнеустойчивый, пригодный для повторного применения, не требующий существенного обслуживания, жизненный цикл которого обеспечивает низкие энергетические затраты, претерпевающий только визуальные изменения в фазе добычи, но корректируемые в соответствии с применяемыми в отрасли нормами.
*(камень и нормы устойчивости. ÁngelG.VillanuevaHernandez, Техническое заседание, ADEINVERSIONESYSERVICIOS).
**(Источник: Курс“Биоконструкциии и устойчивые материалы, eco-union.org).