В развитие данной концепции главами многих государств мира несколько позже был одобрен так называемый Киотский протокол, предусматривающий значительное сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу, а на уровне отдельных государств разрабатываются меры и принимаются соответствующие решения на региональном уровне, в том числе Экологическая доктрина Российской Федерации, одобренная Правительством от 31.08.2002 № 1225 “Обеспечение благоприятного состояния окружающей среды как необходимого условия качества жизни и здоровья населения”.
Совершенно очевидно, что состояние окружающей среды во многом зависит от разумного использования природных ресурсов, создания природоохранных сооружений, использования техногенных отходов различных отраслей народного хозяйства и, естественно, от строительной деятельности человека. Расходы на строительство 55 крупнейших стран мира в текущем году возрастут на 2,8% и составят 3,98 триллиона долларов США. Среди лидеров по объемам капвложений: США — $903 млрд, Япония — $663 млрд, Китай — $441 млрд, Германия — $284 млрд, Италия — $153 млрд. Индия и Китай имеют наивысший рост капвложений за последние 10 лет: 9,2 и 7,9% соответственно.
Подтверждением сказанному является, например, разработка и широкое применение в мире стандарта ISO 14000 Управление окружающей средой (Environmental Management), в соответствии с которым вновь создаваемые и существующие предприятия берут на себя добровольно обязательства выполнять все изложенные в стандарте требования по защите окружающей среды, включая организацию соответствующего мониторинга, меры предупредительного, коррегирующего и восстановительного характера.
Бетон превратился в настоящее время в наиболее используемый в мире материал, его достижения стали почти легендарными, и его использование оказало огромное влияние на формирование современной цивилизации и на все формы современной инфраструктуры.
Бетон применяется везде: на поверхности земли и под землей, в воде и под водой. Он может принимать самые необыкновенные формы и удовлетворять самые прихотливые желания людей; экономически и экологически он доказал свою пригодность для устойчивого развития человеческого общества. Из последних достижений в строительстве с применением бетона можно отметить начало работ по возведению самого длинного в мире моста (35,6 км) над заливом Ханчжу и начало эксплуатации гидроэнергокомплекса “Три ущелья” в Китае, высотой плотины 185 м и мощностью 26 700 МВт.
В текущем году должно начаться строительство сверхвысокого здания в Дубаи, ОАЕ, которое должно превзойти все известные “высотки” (Сирс Тауэрс — 442 м, Петронас — 452 м и планируемое здание финансового Центра в Шанхае — 492 м). Однако общество еще не в полной мере осознало роль и значение этого универсального материала.
Оксфордский центр по устойчивому развитию совместно с Советом по железобетону Великобритании подготовили материал о достоинствах бетона — как материала архитектурно привлекательного и экологически благоприятного (биопозитивного), отвечающего всем требованиям устойчивого строительства. Используя новый термин — аккумулятор энергии — авторы рассматривают здания из бетона как наиболее энергоэффективные, позволяющие в течение всего срока эксплуатации сооружения экономить энергию на отопление, вентиляцию, освещение и кондиционирование помещений и уменьшать таким образом выбросы CO2 в окружающую среду.
Бетонные конструкции здания в сочетании с естественной вентиляцией помещений являются наиболее подходящим материалом и для создания благоприятного климата внутри помещений. Во многих офисных зданиях из современных материалов, по данным специалистов, возникают проблемы со здоровьем у работающего там персонала, получившие название “синдром нездоровых зданий”, приносящий ежегодно убытки в 600 млн стерлингов вследствие потерь рабочего времени. Применительно к стоимости офисных зданий в Англии пользуются следующим правилом: 1:5:200, где 1 — это стоимость строительства, 5 — стоимость эксплуатации и 200 — это зарплата персонала типичного офисного здания за период планового срока службы здания. Благоприятный климат внутри помещений позволяет повысить производительность труда персонала на 6 — 16 процентов.
Говоря о других достоинствах бетона по отношению к окружающей среде, нужно отметить, что его компоненты наименее дефицитны и места их добычи достаточно легко могут быть рекультивированы. Являясь почти инертным, бетон является идеальной средой для использования многочисленных отходов и вторичных продуктов переработки, которые в ином случае заполняли бы отвалы и свалки (золы, шлаки, рециклированные бетонные конструкции, полистирольный лом и т.д.). Изготовление бетона и доставка его к месту его укладки также весьма энергоэкономичны по сравнению с другими стройматериалами.
В США, например, около 60 процентов бетона производится в пределах 180 км от места применения (металл и дерево перевозятся за несколько сот и даже тысяч километров). Единственно энергоемкий компонент бетонной смеси — цемент — занимает всего от 10 до 15 процентов его обьема и при этом за рубежом от 20 до 70 процентов энергии для его производства получают от альтернативных источников (сжигания автопокрышек, деревянных поддонов, одноразовой посуды и других горючих отходов).
Недавно проведенные в США, Канаде и Германии исследования выявили и другие достоинства бетона, в частности, при дорожном строительстве. При движении по дорогам с бетонным покрытием грузовой автотранспорт расходует на 11 процентов меньше топлива, чем по дорогам с асфальтовым покрытием. Светоотражательная способность бетона достигает 27 процентов, что требует значительно меньше энергии на освещение дорог и повышает безопасность движения по ним. Немецкая компания Heidelberg Cement разработала и в опытном порядке применила пористый дренирующий бетон, который снижает уровень шума от движущегося транспорта на 3 — 5 децибел и повышает безопасность движения на трассах за счет исключения эффекта аквапланирования.
Из последних значимых достижений в области технологии бетона специалисты выделяют так называемый самоуплотняющийся бетон — СБ, который за счет применения нового класса суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилата и специального подбора гранулометрического состава смеси позволяет получать одновременно технический, экологический и социальный эффекты.
Отказ от вибрации с соответствующим уменьшением пылеобразования существенно повышает привлекательность труда, снижает негативное воздействие на людей и окружающую среду, способствует сохранности оборудования и значительно повышает технологические возможности изготовления тонкостенных конструкций с выразительной высококачественной поверхностью.
С учетом особенностей нерасслаивающихся самоуплотняющихся смесей разработаны и находят применение опалубки с контролируемым водопоглощением, т.н. СPF (Controlled Permeability Formwork), которые представляют собой вкладыши с ворсовой поверхностью нескольких типов, забирают излишки воды и отдают ее в процессе твердения бетона, устраняя поверхностные микротрещины и воздушные пузырьки, улучшают качество поверхности, повышают долговечность конструкций.
Вкладыши многократного применения, гибкие, могут принимать криволинейные очертания. Имеется 7 — 8-летний опыт применения такой опалубки при сооружении резервуаров, водоводов, очистных и морских сооружений и других конструкций, работающих в агрессивных условиях. За счет улучшения качества поверхности достигается от 40 до 80 процентов уменьшение проницания хлоридов, специалисты утверждают, что применение CPF равносильно увеличению толщины защитного слоя бетона на 15 — 20 мм.
В рамках концепции по устойчивому развитию весьма интересен опыт использования нержавеющей стальной арматуры в Великобритании и некоторых других странах Европы для армирования конструкций реставрируемых исторических зданий и сооружений, а также при строительстве новых, особо ценных зданий из белого или цветных бетонов. На эти стали в Европе утверждены стандарты, в частности BS EN 1.4301, BS EN 1.4436, BS EN 1.4429 и BS EN 1.4462; диаметры арматуры изменяются в пределах 30 — 40 мм, срок их службы предполагается от 200 до 1000 лет.
В этом же аспекте значительный интерес представляют разработки новых химических добавок — репеллентов, придающих бетонным поверхностям пыле- и грязеотталкивающие свойства. Так, например, немецкая фирма REMEI GmbH предлагает импрегнирующую добавку REBAtex B1 Super, которая предохраняет изделия от загрязнения даже в процессе их изготовления. Японские исследователи на основе проведенных ими экспериментов предлагают использовать лазер для удаления с бетонных поверхностей рисунков-граффити, зачастую уродующих стены городских зданий и сооружений.
Совершенно нетрадиционный подход к вопросам создания бетонных конструкций с долговечной защитой фасадных поверхностей на основе нано-технологии предлагают специалисты из фирмы NANO-X GmbH из Саарбрюкена. Пользуясь достижениями этой новой технологической области, уже получены защитные материалы с совершенно удивительными свойствами. Химический процесс sol-gel позволяет осуществлять направленный синтез нано-композитов и придавать бетонным поверхностям индивидуальные специфические эффекты. Такие многофункциональные защитные материалы уже появились на рынке стройматериалов. Диапазон их действия распространяется от защитных функций (самоочищение поверхностей с помощью эффекта Lotus и эффекта бионики) за счет легкого удаления пыли, грязи и рисунков граффити до предотвращения появления высолов на бетонных поверхностях.
Касаясь вопросов усиления, ремонта или реставрации конструкций из бетона, нельзя не упомянуть и о новейших химических добавках, предназначенных для ремонтных составов с редуцированной усадкой. Такие добавки, изготовляемые на основе эфиров гликоля, дают до 50 процентов и более снижение деформаций усадки. Очень эффективно воздействие на бетон комбинации этих добавок с добавками на основе эфиров поликарбоксилата как для изготовления ремонтных композиций, так и для изготовления высококачественных полов промышленных зданий, стенок и днищ бассейнов, резервуаров и других водосборных и водоохранных сооружений.
Устойчивое развитие немыслимо без решения глобальных проблем водоснабжения населения мира. На прошедшем в Киото в 2003 г. Всемирном форуме по рациональному использованию воды были представлены цифры мировых водных ресурсов: пресная вода составляет лишь 0,25 процента от общемировых запасов воды; 1,4 млрд человек не имеют доступа к чистой питьевой воде; 2,3 млрд человек лишены нормальных санитарных норм водопотребления; 7 млн человек ежегодно умирают от болезней, связанных с использованием непригодной воды. Вода является источником межгосударственных конфликтов: около 260 речных бассейнов в мире распределяются между соседними странами, отношения между которыми юридически не урегулированы.
К 2015 г. около 60 процентов населения Земли будет жить в городах, поэтому проблема снабжения городов питьевой и технической водой становится все острее. Многие специалисты на Форуме высказывали мысль, что население платит за воду очень мало, а все что мало стоит — мало ценится. Из технических предложений на Форуме наибольшее внимание привлекли вопросы использования дождевой воды и, естественно, конструкции из бетона для ее сбора, хранения и транспортировки к потребителям. Наибольший опыт в этой области накоплен в Южной Корее.
Не менее важными для устойчивого развития планеты являются и вопросы энергоснабжения населения. И здесь без бетона человечеству не обойтись. Добыча нефти и газа на шельфе привела к созданию поистине исполинских нефтедобывающих платформ из бетона, спрятанных от человеческих глаз в глубинах морей. Но человечество обратило свой взор на использование неиссякаемых источников энергии: солнца, ветра, волн. Исследования и разработки в области использования ветровой энергии в США и Европе выходят на промышленный уровень. Обнадеживающим является тот факт, что стоимость электроэнергии от ветровых турбин приближается к стоимости энергии от традиционных источников энергии. Стоимость капвложений составляет 1,0 млн долл./МВт энергии. Оптимальными на сегодняшний день считаются установки мощностью 660 кВт, имеющие вес 30 т, турбину и ротор диаметром 45 м и высоту опоры 80 — 120 м. Турбина управляется компьютерной установкой, которая вращает ее в зависимости от изменения скорости и направления ветра и заставляет работать установку от 95 до 98 процентов времени. Лопасти турбины выполняются из композитных материалов, обладают высокой прочностью и долговечностью. Немаловажным является также создание специальных мобильных кранов для монтажа турбин на столь высоких опорах. Наиболее крупные установки имеют мощность 1,65 МВт, но имеются и более крупные — до 3,5 МВт.
Последние исследования в данной области выявили целесообразность сооружения ветровых установок на искусственных островах в шельфовых зонах с постоянными ветрами и увеличения высоты опор. Предполагается изготавливать железобетонные опоры на морском берегу и транспортировать их к месту установки на искусственных островах буксировкой по воде. Рынок ветроэнергетических установок в мире в прошлом году составил 7 млрд долл. США.
Повсеместно доступный, технологичный и недорогой материал — бетон — составляет в наши дни большую часть городской застройки. И в наступившем столетии, по всей видимости, бетону уготована та же роль в окружающих нас зданиях и сооружениях, причем не только на Земле, но и в космическом пространстве. По данным ученых, на Луне имеются все основные компоненты бетонной смеси — песок и вода. Те же компоненты являются целью поиска новых европейских и американских экспедиций на Марс. Комитет по лунному бетону уже давно создан в рамках Американского института бетона.
Удовлетворяет ли бетон сегодняшним требованиям? С технической стороны — да. Его прочность и долговечность подтверждены постройками древнего Рима и нынешними башнями и мостами рекордных показателей. А с точки зрения эстетики? Уже прочно закрепился в мировой практике термин “архитектурный бетон”. Выразительные формы, высочайшее качество поверхностей, гармоничное сочетание палитры красок — вот формула его успеха. Цвет — одно из основных условий придания бетону нового биопозитивного имиджа.
Окрашивание бетона получило поистине огромный размах и в настоящее время мировое ежегодное потребление основного красителя — природного и синтетического железо-окисного пигмента — составляет 800 тыс. т. К 2010 г. его потребление превысит 1 млн т, причем в Западной Европе его потребление составит более 30 процентов от этой цифры, в Северной Америке —чуть менее 30 процентов, еще чуть меньше — в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Существуют различные отпускные формы красителей (порошок, суспензии, гранулы), методы и технологии их применения.
В Европе вступил в силу новый гармонизированный стандарт на пигменты для окрашивания строительных материалов на основе цементных и известковых связующих EN 12878, где содержатся правила проведения испытаний пигментов для установления их соответствия требованиям стандарта с привлечением независимой испытательной лаборатории. Не забываются и более известные, проверенные временем способы получения цветных поверхностей: обнажение цветных природных и искусственных заполнителей для бетона, применение цветных цементов и, наконец, самый простой способ, окрашивание бетонных конструкций фасадными красками.
Бетон — материал, подсказанный человеку природой и служащий ее защите в течение веков. Его разумное применение прокладывает путь к экологически безопасному будущему последующих поколений на Земле.
