Пекобетон или гемплим — это биокомпозитный материал, представляющий собой смесь конопляной кожуры (косы) и извести, песка или пуццоланов, который используется в качестве материала для строительства и изоляции. Он продается под такими названиями, как Hempcrete, Canobiote, Canosmose, Isochanvre и IsoHemp. С конопляным бетоном 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.
Обычно пенобетон обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, но низкими механическими характеристиками, особенно прочностью на сжатие. Механические свойства пенобетона, особенно при его использовании в сборных блоках, действуют как поглотитель углерода на протяжении всего срока службы. 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.
Смесь материалов
Конопляный бетон изготавливается из внутренней древесной сердцевины растения конопли (конопляной костры), смешанной со связующим веществом на основе извести и водой. Связующее на основе извести обычно состоит либо из гашеной извести, либо из натуральной гидравлической извести. Гашеная известь производится из чистого известняка и схватывается за счет поглощения CO2 в процессе карбонизации. 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.
Например, для ускорения времени схватывания добавляется небольшая фракция цемента и/или пуццоланового связующего. В результате всего процесса получается смесь, которая превращается в твердый, но легкий и долговечный продукт.
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. Костробетон также использовался для реконструкции старых зданий из камня или извести. Франция продолжает активно использовать костробетон, и его популярность там растет с каждым годом. Канада последовала примеру Франции в секторе органических строительных технологий, и костробетон стал растущей инновацией в Онтарио и Квебеке.
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. Второй метод заключается в укладке сборных блоков, которые доставляются на объект, аналогично каменной конструкции. После внедрения технологии пенобетона между деревянным каркасом для эстетики и повышения долговечности добавляется гипсокартон или штукатурка. Конструкт может использоваться для различных целей в зданиях, включая крышу, стены, плиты и изоляцию штукатурки, каждая из которых имеет свой собственный состав и дозировки различных компонентов соответственно.
Характеристики
Механические свойства
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. Все исследования показывают изменчивость свойств пенобетона и определяют, что он чувствителен ко многим факторам.
Было проведено исследование, направленное на вариативность и статистическую значимость свойств пенобетона путем анализа двух размеров столбцов пенобетона с пенькой от двух разных дистрибьюторов при нормальном распределении. Коэффициент дисперсии (COV) указывает на дисперсию экспериментальных результатов и важен для понимания изменчивости свойств пенобетона. Модуль Юнга постоянно имеет высокий COV во многих экспериментах. Модуль Юнга пенобетона составляет 22,5 МПа. Модуль Юнга и прочность на сжатие — это два взаимосвязанных механических свойства.
Прочность на сжатие обычно составляет около 0,3 МПа. 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. При определении плотности следует учитывать размер образца и кострища конопли. В модели плотность костробетона составляет 415 кг/м3 со средним коэффициентом дисперсии (COV) 6,4%.
Низкая плотность материала Hempcrete и устойчивость к растрескиванию при движении делают его пригодным для использования в сейсмоопасных районах. 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. 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 огнестойки, пропускают влагу, устойчивы к плесени и имеют отличные акустические характеристики. Limecrete, Ltd. (Великобритания) сообщает о огнестойкости в течение 1 часа по стандартам Великобритании/ЕС.
Тепловые свойства
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). ). Пористость пенобетона находится в пределах от 71,1% до 84,3% по объему. Средняя удельная теплоемкость пенобетона колеблется от 1000 до 1700 Дж/(кг⋅К). Сухая теплопроводность пенобетона колеблется от 0,05 до 0,138 Вт/(м⋅К). Низкая температуропроводность (1,48×10-7 м2/с) и эффузивность [286 Дж/(м2⋅К⋅с-1/2)] пенобетона снижают способность пенобетона активировать тепловую массу.
Конопляный бетон имеет низкую теплопроводность — от 0,06 до 0,6 Вт·м-1·К-1, общую пористость 68–80 % и плотность от 200 кг/м3 до 960 кг/м3. Конопляный бетон также является пористым материалом с высокой паропроницаемостью, а его общая пористость очень близка к открытой пористости, что позволяет ему поглощать значительные количества воды. Сопротивление диффузии водяного пара конопляного бетона колеблется от 5 до 25. Кроме того, от 2 до 4,3 г/(м2% относительной влажности) он считается отличным регулятором влажности. Он может поглощать относительную влажность при ее избытке в среде обитания и выделять ее при недостатке. 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.
Из-за большого разнообразия конопли пористость у разных видов разная, поэтому различаются и ее теплоизоляционные способности. Чем меньше плотность, тем ниже коэффициент теплопередачи, характерный для изоляционных материалов. На трех кубических образцах пенобетона после 28 суток высыхания измеряли коэффициент теплопередачи с помощью портативной системы измерения теплопередачи свойств ISOMET 2114. Бетон имеет коэффициент теплопередачи 0,0652 Вт/(м⋅К) и удельный вес 296 кг/м3. 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.
Другой
В США для использования конопли в строительстве необходимо разрешение.
Костробетон имеет высокое содержание кремния, что делает его более устойчивым к биологическому разложению, чем другие растительные продукты.
Преимущества и ограничения
Материалы из пенобетона представляют собой продукт типа вяжущего и конопляной костры по размеру и качеству, а пропорции в смеси могут сильно влиять на ее свойства и характеристики. Наиболее заметным ограничивающим фактором при использовании пенобетона являются низкие механические характеристики. 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. Его также можно использовать в качестве наполнителя в каркасных конструкциях и использовать для изготовления сборных панелей. 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 наружной штукатурки.
Стены из блоков костробетона можно укладывать без покрытия или покрывать финишной штукатуркой. 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.
Анализ жизненного цикла
Как и любая культура, конопля поглощает CO2 из атмосферы во время роста, поэтому костробетон считается материалом, накапливающим углерод. Блок костробетона непрерывно накапливает CO2 в течение всего срока службы, от изготовления до окончания срока службы, создавая положительные экологические преимущества. С помощью оценки 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.
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. 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 озонового слоя (ODP), подкисление (AP). ), эвтрофикация (EP) и фотохимическое образование озона (POCP).
Производство связующего оказывает наибольшее воздействие на окружающую среду, а этапы транспортировки являются вторыми. При производстве связующего на участках обжига извести и производства клинкера выбросы являются наиболее заметными. Большое потребление дизельного топлива на этапах транспортировки и производства конопляной костры создает значительную часть совокупного спроса на энергию и наряду с обжигом извести, происходящим в печах, является основным источником выбросов ископаемого топлива. Абиотическое истощение в основном связано с использованием электроэнергии при производстве связующего, и, хотя оно и минимально, также в процессах производства блоков. 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.
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. Удельное количество карбонатов в блоках фактически увеличивается с возрастом блока. Во время роста конопли растение поглощает CO2, связующее начинает поглощать CO2 после процесса смешивания, и стена поглощает CO2 противодействует выбросам парниковых газов, выступая в качестве поглотителя углерода. Блок пенобетона будет продолжать накапливать углерод на протяжении всего своего срока службы, его можно раздробить и снова использовать в качестве наполнителя для изоляции. Объем улавливания CO2 в течение жизненного цикла CO2 выбросы пенобетона оцениваются в пределах от -1,6 до -79 кг CO2 э/м2. Существует корреляция, заключающаяся в том, что увеличение массы связующего, которое увеличивает плотность смеси, приведет к увеличению общего расчетного поглощения углерода посредством карбонизации.
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.
Краткое содержание
Hempcrete — довольно новый натуральный строительный материал, использование которого возросло в европейских странах в последние годы и набирает популярность 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.
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 пенобетона все еще необходимо разработать широко распространенные нормы и спецификации, но он обещает заменить нынешние 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.