trajnostni razvoj in razvoj trajnostnih betonov · univerza v mariboru fakulteta za gradbeniŠtvo,...
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO, PROMETNO INŢENIRSTVO IN ARHITEKTURO
Anica Kosmač
TRAJNOSTNI RAZVOJ IN RAZVOJ
TRAJNOSTNIH BETONOV
Diplomsko delo
Maribor, september 2016
Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija
Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa
TRAJNOSTNI RAZVOJ IN RAZVOJ TRAJNOSTNIH BETONOV
Študentka: Anica Kosmač
Študijski program: univerzitetni, interdisciplinarni, Gospodarsko inţenirstvo
Smer: Gradbeništvo
Mentor FG:
Mentor EPF:
doc. dr. Milan Kuhta
red.prof. Gregor Radonjič
Somentor: mag. Andrej Sopotnik
Lektorica: Bernarda Pintar, prof. angl. in slov.
Maribor, september 2016
I
II
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Milanu Kuhti za
pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Prav tako se zahvaljujem mentorju iz Ekonomsko
poslovne fakultete prof. dr. Gregorju Radonjiču. Hvala
tudi somentorju mag. Andreju Sopotniku, ki je
prispeval svoje znanje in izkušnje kot predstavnik
podjetja Lafarge Cement, d. o. o., Trbovlje.
Posebna zahvala velja ţivljenjskemu sopotniku
Marcinu in staršem, ki so mi omogočili študij.
III
TRAJNOSTNI RAZVOJ IN RAZVOJ TRAJNOSTNIH BETONOV
Ključne besede: trajnostni razvoj, trajnostna gradnja, beton, cement, izpusti CO2,
ţivljenjski cikel, trajnostna mesta
UDK: 691.32+502.131.1(043.2)
Povzetek
Trajnostni razvoj si prizadeva k organiziranemu načelu ohranjanja končnih virov, ki so
potrebni za zagotavljanje pogojev življenja na Zemlji prihodnjim generacijam.
Iz tega razloga smo se poglobili v trajnostne vidike industrije betona in betonskih konstrukcij
ter ugotovili, da beton lahko prispeva k trajnosti z vidika vseh treh stebrov trajnostnega
razvoja. Z okoljskega vidika na ravneh, kjer se prizadeva k energetski in tehnološki
učinkovitosti ter učinkovitosti pri upravljanju z viri skozi njihov celotni življenjski cikel itd. S
socialnega vidika na ravneh, kjer lahko nudi kvaliteto, varnost, zaščito in udobje, uporabnost
in estetiko, kjer se lahko učinkovito upravlja z zemljo in s spomeniškim varstvom, kjer
omogoča širok spekter zaposlovanja itd. In z ekonomskega vidika lahko z ustrezno rabo
betona in betonskih konstrukcij nižamo stroške življenjskega cikla, podpiramo lokalna
gospodarstva itd.
IV
SUSTAINABLE DEVELOPMENT AND THE DEVELOPMENT OF SUSTAINABLE
CONCRETES
Key words: sustainable development, sustainable building, concrete, cement, CO2
emissions, life cycle, sustainable cities
UDK: 691.32+502.131.1(043.2)
Abstract
Sustainable development strives towards the organized principle for conservation finite
resources which are necessary for providing living conditions for future generations on
Earth.
For this reason we delved into sustainable aspects of the concrete industry and concrete
structures and found out that concrete can contribute to sustainability from the perspective of
all the three pillars of sustainable development – from the environmental perspective at levels
where it strives to energy, resource and technological efficiency throughout their entire life
cycle etc. From the social perspective at levels where it can offer quality, security, safety and
comfort, usability and aesthetics, where it can be effectively managed with the earth and
monument protection, provides a wide range of employing etc. And from the economic point
of view, the appropriate use of concrete and concrete structures reduce life-cycle costs,
support local economies etc.
V
VSEBINA
1 UVOD .................................................................................................................................. 1
NAMEN IN CILJI DIPLOMSKEGA DELA ........................................................................................ 4 1.1
PREDPOSTAVKE, OMEJITVE IN METODE RAZISKOVANJA ................................................................ 6 1.2
STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA ............................................................................................ 7 1.3
2 TRAJNOSTNI RAZVOJ ........................................................................................................ 8
OKOLJSKA TRAJNOST .......................................................................................................... 10 2.1
SOCIALNA TRAJNOST .......................................................................................................... 11 2.2
EKONOMSKA TRAJNOST ...................................................................................................... 12 2.3
OKOLJSKE, SOCIALNE IN EKONOMSKE GROŢNJE ........................................................................ 13 2.4
ZMANJŠANJE IZPUSTOV CO2 ................................................................................................. 21 2.5
3 SPLOŠNO O BETONIH ...................................................................................................... 23
BETONI ............................................................................................................................ 23 3.1
RAZVOJ BETONA ................................................................................................................ 26 3.2
Rimski beton ............................................................................................................. 26 3.2.1
Razvoj cementa ......................................................................................................... 27 3.2.2
Armirani beton ......................................................................................................... 28 3.2.3
Prednapeti beton ....................................................................................................... 29 3.2.4
Montažni betonski elementi ......................................................................................... 30 3.2.5
Običajni betoni ......................................................................................................... 31 3.2.6
Betoni visoke trdnosti ................................................................................................. 32 3.2.7
Betoni ultra visoke trdnosti ......................................................................................... 33 3.2.8
Klasifikacija betonov ................................................................................................. 34 3.2.9
4 TRAJNOSTNA GRADNJA .................................................................................................. 36
ZGODOVINA TRAJNOSTNE GRADNJE ....................................................................................... 36 4.1
KRITERIJI TRAJNOSTNE GRADNJE IN BETONI ............................................................................. 42 4.2
STANDARDIZACIJA ............................................................................................................. 46 4.3
KROŢNO GOPODARSTVO ...................................................................................................... 48 4.4
5 TRAJNOSTNI VIDIKI BETONOV IN BETONSKIH KONSTRUKCIJ .................................... 51
TRAJNOSTNI BETONI IN BETONSKE KONSTRUKCIJE .................................................................... 51 5.1
VI
OKOLJSKI VIDIKI TRAJNOSTNEGA RAZVOJA BETONOV IN BETONSKIH KONSTRUKCIJ .......................... 53 5.2
Metoda LCA ............................................................................................................. 53 5.2.1
Okoljski vplivi betonov in betonskih konstrukcij .............................................................. 56 5.2.2
SOCIALNI VIDIKI TRAJNOSTNEGA RAZVOJA BETONOV IN BETONSKIH KONSTRUKCIJ .......................... 59 5.3
EKONOMSKI VIDIKI TRAJNOSTNEGA RAZVOJA BETONOV IN BETONSKIH KONSTRUKCIJ ....................... 60 5.4
PROJEKTIRANJE IN PRESOJA TRAJNOSTI BETONOV IN BETONSKIH KONSTRUKCIJ ............................... 61 5.5
TRAJNOST BETONOV IN BETONSKIH KONSTRUKCIJ PRED IN PO DOBI UPORABE ................................. 64 5.6
Trajnost proizvodnje betona ........................................................................................ 64 5.6.1
Pomen energetske učinkovitosti industrije betona ............................................................ 77 5.6.2
Pomen recikliranja in rabe odpadkov med procesom proizvodnje ....................................... 86 5.6.3
Pomen recikliranja betona oz. betonskih ruševin po dobi uporabe ...................................... 90 5.6.4
Obnova, rekonstrukcija in prenova betonskih konstrukcij .................................................. 91 5.6.5
TRAJNOST BETONA IN BETONSKIH KONSTRUKCIJ MED DOBO UPORABE ........................................... 94 5.7
Energetska učinkovitost v uporabni dobi ........................................................................ 94 5.7.1
Doba uporabe in stroški ............................................................................................. 96 5.7.2
Kvaliteta notranjega zraka .......................................................................................... 98 5.7.3
Prah ter toksična in radioaktivna kontaminacija.............................................................. 98 5.7.4
Požarna varnost ........................................................................................................ 99 5.7.5
Odpornost na zunanje skrajne vplive okolja .................................................................... 99 5.7.6
Zvočna izolativnost in odpornost proti vibracijam ......................................................... 100 5.7.7
Prednosti toplotne kapacitete betona ........................................................................... 101 5.7.8
6 SODOBNE KONSTRUKCIJSKE REŠITVE PRI UPORABI BETONOV ................................ 103
OPTIMIZACIJA OBLIKE IN BETONSKE MEŠANICE ...................................................................... 103 6.1
ODVAJANJE VODE IN UPORABA PREPUSTNEGA BETONA ............................................................ 105 6.2
TOPLOTNI OTOKI ............................................................................................................. 108 6.3
MONTAŢNE BETONSKE KONSTRUKCIJE Z INTEGRIRANIMI FUNKCIJAMI ......................................... 109 6.4
KONSTRUKCIJE IZ LESENO-BETONSKIH KOMPOZITOV ............................................................... 111 6.5
UPORABA TEKSTILNEGA ARMIRANEGA BETONA...................................................................... 114 6.6
UPORABA GEOPOLIMERNEGA BETONA .................................................................................. 116 6.7
UČINEK POVEČANEGA SAMOSUŠENJA BETONA ....................................................................... 117 6.8
SAMOČISTILNI BETON – FOTOKATALITSKI BETON .................................................................... 119 6.9
SAMOZGOŠČEVALNI BETON ............................................................................................ 120 6.10
VII
VALJAN BETON ........................................................................................................... 121 6.11
KONSTRUKCIJE ZA PRIDOBIVANJE ENERGIJE NA VETER ......................................................... 123 6.12
RABA BIOMASE ........................................................................................................... 124 6.13
BETONSKA VOZIŠČA ..................................................................................................... 127 6.14
BETONSKE KONSTRUKCIJE IN TRAJNOSTNI RAZVOJ V MESTIH ................................................. 132 6.15
Trajnostna mesta ................................................................................................. 132 6.15.1
Projektiranje in gradnja v trajnostnih mestih ............................................................ 136 6.15.2
Trajnostne betonske konstrukcije za trajnostna mesta ................................................. 142 6.15.3
7 SKLEP ............................................................................................................................. 150
8 LITERATURA IN VIRI ..................................................................................................... 153
VIII
SEZNAM SLIK:
Slika 1.1: Deleži proizvodnje cementa v svetu v letu 2014 (%) [6] ............................................................. 2
Slika 2.1: Trije stebri trajnostnega razvoja; poslovenjeno po [13] .......................................................... 10
Slika 2.2: Krožni prikaz elementov trajnostnega razvoja za mesto Melbourne (2011); oslovenjeno po [19] ..... 12
Slika 2.3: Trendi in populacija v državah v razvoju in v razvitih državah med leti 17502050 [23] ............... 14
Slika 2.4: Mesto Chongqing, Kitajska [24] ......................................................................................... 14
Slika 2.5: Projekt megapolisa okrog Biserne reke, Kitajska [25]............................................................. 15
Slika 2.6: Slum v Rio de Janeiru (Favela) [28] .................................................................................... 16
Slika 2.7: Slum v Hongkongu [29] .................................................................................................... 16
Slika 2.8: Deleži svetovne porabe energije v letu 2014 (podatki British Petroleum) [30] ............................. 17
Slika 2.9: Svetovno pomanjkanje vode (marec 2012) [31] ..................................................................... 18
Slika 2.10: Hierarhija ravnanja z odpadki [37] ................................................................................... 20
Slika 3.1: Panteon, Rim (vir: Milan Kuhta) ........................................................................................ 26
Slika 3.2: E. Freyssinet, Orly Hangar (1916) [46] ............................................................................... 29
Slika 3.3: Tokyo City Hall (1964) [47] .............................................................................................. 30
Slika 3.4: The West 7th
Street Bridge v Fort Worth v Texasu (2014, ZDA) [48] .......................................... 31
Slika 3.5: Mikroarmirani betoni ultra visokih trdnosti .......................................................................... 33
Slika 3.6: Burj Khalifa, Dubai(2009) [53] .......................................................................................... 34
Slika 4.1: Inuitski iglu [57] ............................................................................................................. 37
Slika 4.2: Indijanski tipiji [59] ......................................................................................................... 37
Slika 4.3: Palača pod klifi [61] ........................................................................................................ 38
Slika 4.4: Krožno gospodarstvo [71] ................................................................................................. 48
Slika 5.1: Izpusti CO2 mostnega stebra iz vidika dobe uporabe 100 let z različnimi tipi ojačitev [80] ............. 58
Slika 5.2: Temeljna načela trajnostnega projektiranja betona ali betonskih konstrukcij; poslovenjeno po [70] 62
Slika 5.3: Tridimenzionalni kompleksni model projektiranja življenjskega cikla betonskih konstrukcij;
poslovenjeno po [70] ..................................................................................................................... 63
Slika 5.4: Potencialna področja, ki so povezana z izbiro primernega materiala; poslovenjeno po [85] ........... 64
Slika 5.5: Obseg analize LCA za betone od ''zibelke do vrat'', poslovenjeno po [86] ................................... 65
Slika 5.6: Proces proizvodnje cementa [91] ........................................................................................ 70
Slika 5.7: Iz GFRC je zgrajen Masdar institute of science and technology v Abu Dhabiju. ........................... 76
Slika 5.8: Izpusti CO2 glede na transport, vključno s praznimi sredstvi pri vračanju [73] ............................ 86
Slika 5.9: Ponovna raba obstoječe AB konstrukcije – Gemini Residences v Kopenhagnu (Danska, 2005), (vir:
Milan Kuhta) ................................................................................................................................ 94
IX
Slika 5.10: Mehanizem toplotne kapacitete potencial dnevnega shranjevanja toplote [73] ...................... 101
Slika 6.1: Rekonstrukcija stropne plošče v proizvodni hali Škode, (2003/2004) [99] ................................. 104
Slika 6.2: Primerjava okoljskih parametrov AB alternativ stropnih plošč. Referenčna raven je 100 % in je
prikazana za polno AB stropno ploščo (alternativa A); poslovenjeno po [99] .......................................... 105
Slika 6.3: Primer sistema tlakovanja s prepustnim betonom [100] ........................................................ 106
Slika 6.4: Sistem prepustnega tlakovanja z betonskimi tlakovci v drenažno cev [78] .............................. 107
Slika 6.5: Zbiranje deževnice s pomočjo sistema prepustnega tlakovanja z betonskimi tlakovci [78] ............ 107
Slika 6.6: Mestni toplotni otoki [101] .............................................................................................. 108
Slika 6.7: Bosco Verticale, Milano, Italija (vir: Milan Kuhta) .............................................................. 109
Slika 6.8: Montažni stenski elementi (levo); Votle montažne plošče (desno), Četrt Oresund, Kobenhaven (Julij,
2016, vir: Milan Kuhta) ................................................................................................................ 110
Slika 6.9: Montažna gradnja stanovanjske zgradbe v bodoči soseski "Kærholm" v Kobenhavnu na Danskem
(Julij, 2016, vir: Milan Kuhta) ....................................................................................................... 111
Slika 6.10: Leseno-betonski kompozitni most, zgrajen po sistemu HBV, v Areni Chiemgau v Ruhpodlingu v
Nemčiji (2010) [105] ................................................................................................................... 113
Slika 6.11: Shematski prerezi štirih različnih talnih plošč [106] ........................................................... 114
Slika 6.12: Sestavine TRC: preja, tkanina in kompozit tekstilne tkanine z drobnozrnatim betonom [107] ...... 115
Slika 6.13: Viseča fasadna konstrukcija na Inštitutu za konstrukcijski beton univerze RWTH Aachen v Nemčiji
[107] ........................................................................................................................................ 116
Slika 6.14: Letališče Brisbane West Wellcamp v Avstraliji, zgrajeno iz geopolimernega betona (BWWA) [110]
................................................................................................................................................ 117
Slika 6.15: Cerkev “Dives in Misericordia”, Rim (2000) ..................................................................... 120
Slika 6.16: Primerjava rabe RCC z asfaltiranjem prometnih površin [115] ............................................. 122
Slika 6.17: Vodni jez Elkwater med gradnjo, Randolph County, Zahodna Virginija, ZDA (dokončana leta 2008)
[116] ........................................................................................................................................ 122
Slika 6.18: 164 m visoka 3,3 MW vetrna turbina z betonskim stebrom podjetja Nordex v Nemčiji (2016) [117]
................................................................................................................................................ 124
Slika 6.19: Podjetje SDC Builders Ltd iz Anglije je leta 2011 zgradilo 60 stanovanjskih objektov iz konopljinega
betona [121] .............................................................................................................................. 127
Slika 6.20: Porazdelitev tlačne napetosti pri betonskem vozišču in asfaltnem vozišču [122] ....................... 128
Slika 6.21: Krožišče v Speizu pri avtocesti A8, v Švici [123] ................................................................ 131
Slika 6.22: Betonsko vozišče na na pasu za počasna vozila na avtocesti pred tunelom Dekani (Slovenija, vir:
Milan Kuhta) .............................................................................................................................. 131
Slika 6.23: Cilji za doseganje trajnosti mest [125] ............................................................................. 136
X
Slika 6.24: Dejavniki, ki vplivajo na trajnost mest [127] ..................................................................... 138
Slika 6.25: Zahtevani vidiki za nič-energijske zgradbe (ZEB); poslovenjeno po [128] ............................... 140
Slika 6.26: Mesto Frankfurt [136] .................................................................................................. 142
Slika 6.27: Trajnostna poslovna zgradba ''The Edge'' v Amsterdamu (2015) [138] ................................... 147
Slika 6.28: Podzemni sistem za odvodnjavanje v Tokiu, Japonska [139] ................................................. 147
Slika 6.29: Ultralahka zelena železniška postaja (ang. Ultralight Garden-Filled TGV station), Francija (2017)
................................................................................................................................................ 148
Slika 6.30: Nebotičnik 432 Park avenue, New York, ZDA (426 m, 2015, vir: Milan Kuhta) ........................ 149
XI
SEZNAM TABEL:
Tabela 2.1: Poraba v primerjavi s trajnostjo; poslovenjeno po [14] ........................................................ 10
Tabela 3.1: Primerjava običajnega cement-betona, visokozmogljivega in ultra visokozmogljivega betona;
poslovenjeno po [51] ..................................................................................................................... 35
Tabela 4.1: Nekatera orodja in metode za okoljsko in trajnostno vrednotenje zgradb; poslovenjeno po [70] ... 44
Tabela 4.2: Zbirka ISO standardov za oceno trajnosti; poslovenjeno po [70] ............................................ 46
Tabela 4.3: Sklop standardov CEN/TC 350, ki so povezani z oceno trajnosti; poslovenjeno po [70] .............. 47
Tabela 5.1: Faze življenjskega cikla betonske konstrukcije, poslovenjeno po [78] ...................................... 56
Tabela 5.2: Seznam najbolj pomembnih vprašanj, povezanih s trajnostjo zgradb; poslovenjeno po [73] ......... 57
Tabela 5.3: Vrednotenje okoljskih vplivov betonov iz treh različnih cementov; poslovenjeno po [82] ............. 59
Tabela 5.4: Razvrščanje cementov po SIST EN 197-1 [89] .................................................................... 69
Tabela 5.5: Možnosti za zmanjševanje izpustov, poslovovenjeno po [92] .................................................. 72
Tabela 5.6: Poraba električne energije pri proizvodnji cementa, poslovenjeno po [93] ............................... 82
Tabela 5.7: Utelešen ogljik v sestavinah betona [96] ............................................................................ 84
Tabela 5.8: Zmanjšanje vsebnosti cementa pri uporabi dodatkov za zmanjševanje vsebnosti zamesne vode [96]
.................................................................................................................................................. 85
Tabela 6.1: Nekatere prednosti montažne gradnje [102] ..................................................................... 110
Tabela 6.2: Zbrani podatki za štiri različne vrste plošč o primarni porabi energije [106] .......................... 114
Tabela 6.3: Klasifikacija SCC v odvisnosti od vsebnosti veziva, poslovenjeno po [81] .............................. 120
Tabela 6.4: Nekatere značilnosti gradbenih materialov [120] .............................................................. 127
Tabela 6.5: Vplivi globalne urbanizacije in možne ublažitvene strategije, poslovenjeno po [128] ................ 139
Tabela 6.6: Sestava po glavnih konstrukcijskih materialih 17. Nebotičnikov višjih od 150 m, v mestu Frankfurt
[135] ........................................................................................................................................ 142
Tabela 6.7: 200 m visoke zgradbe ali višje, ki so bile dokončane leta 2015 (sestava po materialih) [137] ..... 143
Tabela 6.8: Spremembe deležev gradbenih materialov v sto najvišjih zgradbah v obdobju od 1930 do 2015 [137]
................................................................................................................................................ 144
1 UVOD
Zaradi problema tehnološke in ekonomske globalizacije, prenaseljenosti in izčrpavanja
naravnih virov je pogled v prihodnost Zemlje v 21. stoletju vse bolj zaskrbljujoč.
Razlogi za to so vse močnejše globalno segrevanje in podnebne spremembe. Rezultat je
vroč, potraten in nagneten svet, ki z vedno večjo hitrostjo ţene civilizacijo v propad,
kakor pravi ameriški novinar Tomas Friedman. Odgovor vidi v t. i. zeleni revoluciji –
prenovi človeškega odnosa do okoljske problematike, prestrukturiranju gospodarstva in
obratu k zeleni energiji – torej tudi k zelenemu gradbeništvu. [1] Kljub vsem tem
groţnjam pa se v svetu ţe pojavlja rahel preobrat, ki nagovarja k večji okoljski
ozaveščenosti in okoljski trajnosti. Prihodnost našega planeta je odvisna od naše
pripravljenosti, da nadaljujemo s trajnostnimi ukrepi in novimi razvojnimi modeli.
V razvitih drţavah se vlade in splošna javnost zavezujejo načelom trajnostnega razvoja
na način, da se izboljša kakovost sodobnega ţivljenja brez ogroţanja prihodnjih
generacij. Zavezujejo se trajnostnemu razvoju v smislu znanj, konceptov in praks, ki pa
jih je potrebno razširiti na vse drţave, neodvisno od njihovih gospodarskih razmer.
Trenutno se razvoj v gradbeni industriji po vsem svetu ukvarja z ustvarjanjem
trajnostnih rešitev z večjo druţbeno, ekonomsko in okoljsko učinkovitostjo, katerih del
je tudi razvoj trajnostnih materialov v gradbeništvu.
Gradbeništvo predstavlja 40 % svetovne porabe energije, 25 % globalne porabe vode,
40 % globalne porabe surovin in pribliţno 33 % izpustov toplogrednih plinov. [2]
Gradbena industrija je eden izmed največjih in najbolj dejavnih sektorjev v Evropi, ki v
industriji predstavlja 28,1% in v evropskem gospodarstvu 7,5 % deleţ delovnih mest.
Na leto se v gradbeništvu porabi oz. investira 750 milijonov evrov, kar predstavlja 25 %
deleţ celotne evropske industrijske proizvodnje. Gradbeni sektor je v Evropi tudi
največji izvoznik z 52 % trţnim deleţem. Globalna gradbena industrija porabi več
surovin (okoli 3000 MT/leto) kot katera koli druga ekonomska dejavnost, zaradi česar je
jasno, da gradbena industrija ni trajnostna. [3] V svetu sta gradbeništvo in gradbena
industrija v neprestani rasti. Beton kot temeljni material za gradnjo konstrukcij v
gradbeni industriji je najbolj uporabljana umetna snov v svetu. [4] Sedanja ocena
svetovne cementne proizvodnje je 1,7 milijarde ton na leto. To je dovolj za proizvodnjo
preko šestih milijard kubičnih metrov betona letno ali najmanj en kubični meter na
osebo. [5] Portlandski cement, temeljna sestavina betona, vodi k izpustom velikih
količin CO2 in drugih toplogrednih plinov. Deleţi proizvodnje cementa v svetu leta
2014 so prikazani na spodnji sliki (Slika 1.1):
Slika 1.1: Deleži proizvodnje cementa v svetu v letu 2014 (%) [6]
Proizvodnja ene tone portlandskega cementa proizvede pribliţno eno tono izpustov
CO2. Ko kalcijeve karbonate, kot je apnenec, segrevamo v peči, pri reakciji nastaja CO2,
kar predstavlja pribliţno polovico od tone izpustov. Druga polovica je posledica
zgorevanja fosilnega goriva, potrebnega za proizvodnjo. [7] Okoljska vprašanja,
povezana s CO2, nujno kličejo k trajnostnemu razvoju betona in gradbene industrije. [8]
V gradbenem sektorju obstaja velik potencial za zmanjšanje izpustov toplogrednih
plinov v razvitih in razvijajočih se deţelah, in sicer ob minimalnih stroških. Poraba
energije v zgradbah se z uporabo preizkušene in cenovno dostopne tehnologije lahko
zmanjša za od 30 do 80 %. [2]
Večji pritisk za globalno zmanjšanje izpustov CO2 se vrši s strani vlad in korporacij, ki
razumejo, da trenutna stopnja izpustov toplogrednih plinov v atmosfero resno ogroţa
ţivljenje in blaginjo na planetu v prihodnosti.
Oblasti v različnih drţavah so uvedle zakonodajo in vzpodbude (zvišanje davkov, kot so
davki na izpuste CO2, davki na kamnolome in ekstrakcijo itd.) z namenom reguliranja in
zmanjšanja aktivnosti v industrijskem sektorju, ki je najbolj odgovoren za izpuste
toplogrednih plinov. Vendar pa se stopnja naraščanja izpustov kot rezultat naraščanja
populacije, industrializacije in ekonomskih dejavnosti v drţavah v razvoju še vedno
nadaljuje v nezmanjšanem obsegu. Lahko omenimo Latinsko Ameriko, Afriko, drţave
srednjega vzhoda, Indijo ter razvijajoče se drţave Azije, kjer je napovedano od tri- do
štirikratno povečanje povpraševanja po cementu do leta 2050. [9] To ni najboljša
napoved in je vredna razmisleka o novih rešitvah.
Glede na potrebe v svetu rešitev ni samo v obdavčevanju. V okviru okoljske trajnosti je
na primer nujen obrat k okolju prijaznim načinom proizvodnje, k rabi obnovljivih virov
in k proizvajanju takšnih proizvodov, ki svojo funkcijo opravljajo čim manj potratno in
imajo čim daljšo ţivljenjsko dobo. Z ozirom na ekonomsko trajnost je med drugim
potreben obrat od proizvodnih k storitvenim dejavnostim ne da se troši vedno nove
izdelke, ampak da se jih s pomočjo storitveno naravnanih podjetij ohranja, nadgrajuje
ali reciklira. V zvezi s socialno trajnostjo je potrebno učinkovito prepoznavanje in
upravljanje pozitivnih in negativnih vplivov poslovanja na ljudi. Kritična sta kvaliteta
odnosov v podjetjih in sodelovanje z deleţniki. Potrebno je proaktivno upravljanje s
posrednimi in neposrednimi vplivi podjetij oz. industrije na zaposlene, na delavce (v
verigi dodane vrednosti), na stranke in lokalne skupnosti.
V gradbeništvu mora biti vsaka surovina, ki jo uporabimo, pridobljena na enem ali več
mestih, transportirana v različne predelovalne obrate in prepeljana na mesto vgradnje
oz. uporabe. Trajnostni materiali imajo v gradbeni industriji vsekakor potencial za
rešitev nekaterih okoljskih problemov (npr. raba odpadkov iz drugih industrijskih
panog).
Nekatere izmed trajnostnih prednosti betona so, da je trpeţen in obstojen, da je odporen
na ogenj in tajanje, da so surovine za beton in tudi sam beton proizvedeni lokalno, da se
lahko reciklira in skozi celotno ţivljenjsko dobo ohranja svojo obliko. Menjavati je
potrebno le elemente, kot so okna, izolacija in vodovodne inštalacije. S primernim
pristopom k proizvodnji in funkcionalnosti je ogljični odtis betona lahko manjši ali
nevtralen. Beton je lahko energetsko učinkovit, še posebno v klimatskih razmerah, za
katere so značilna dnevna nihanja temperature. Čeprav ima majhno izolativnost, lahko
ustvarja toplotno kapaciteto, ki lahko ohranja toploto in hlad, in s tem zmanjšuje
notranja nihanja temperature. Vse to pa še ne pomeni, da ustreza standardom
trajnostnega razvoja.
Nekateri tehnološko zahtevni objekti v svetu s svojo specifiko zahtevajo vgradnjo
visokotehnoloških betonov in materialov, pri katerih za zdaj ni pomembna trajnostna
naravnanost, ampak trajnost v smislu trpeţnosti. Zato je še toliko bolj pomembno, da se
najdejo trajnostne rešitve tudi za takšne betone in objekte.
Čeprav nove tehnologije dosegajo proizvajanje z manjšim ali nevtralnim ogljičnim
odtisom, bi bili trajnostni cementi (tisti, ki zahtevajo kompleksne objekte za izničevanje
izpustov) predragi ali nedosegljivi zlasti v delih sveta, ki so še v razvoju in porabljajo
beton v največji meri. Bistveno zmanjšanje izpustov CO2 v razvijajočih se revnih
drţavah ne bo mogoče brez močnega subvencioniranja, zakonskih regulativ in
ozaveščanja vseh vpletenih.
Kombinacija novih tehnologij, prizadevanj za zmanjševanje porabljene energije, za
zmanjševanje izpustov v proizvodnji in za zmanjševanje drugih negativnih vplivov na
okolje, druţbo in na gospodarstvo je potrebna zato, da bo jutrišnji beton še bolj
trajnosten, še bolj zelen in da naše okolje ne bo čutilo škodljivih posledic človeških
dejavnosti.
Namen in cilji diplomskega dela 1.1
Namen diplomske naloge je pojasniti pomen pojma trajnostnega razvoja v povezavi s
trajnostno gradnjo, trajnostnimi betoni in betonskimi konstrukcijami. Namen je tudi
prikazati zgodovino trajnostne gradnje in trajnostnih betonov, moţnosti trajnostnega
razvoja betonov in betonskih konstrukcij, okoljske, socialne in ekonomske vidike
trajnostnega razvoja le-teh, vlogo njihove energetske učinkovitosti, poţarne odpornosti,
zvočne izolativnosti, toplotne kapacitete itd. in raziskati moţnosti izboljšav pri ravnanju
z viri, energijo, z izpusti toplogrednih plinov, z odpadki, z biodiverziteto in z vodo v
vseh fazah ţivljenjskega cikla betonov ali betonskih konstrukcij. Namen je tudi raziskati
moţnosti ohranjanja trajnostnih značilnosti različnih vrst betonov z upoštevanjem
trajnostnih načel, ter to prikazati na nekaterih primerih sodobnih konstrukcijskih rešitev
pri uporabi betonov.
Najpomembneje pa je prikazati trajnostno rešitev kot edino moţno pot v prihodnost, ki
je sprejemljiva za ravnanje z naravo, z viri in s proizvodi – trajnostnimi betoni. Potrebna
je trajnostna revolucija, da se trajnostni pristop preseli na vse ravni druţbe in tako
postane samoumeven.
Beton je osnovni gradbeni material, po katerem se bo povpraševalo še daleč v
prihodnosti. Današnji svet potrošništva si je brez betona in njegove glavne sestavine,
navadnega portlandskega cementa, teţko predstavljati. Zaradi trpeţnosti, vsestranskosti
in trajnosti betona se je njegova uporaba razširila v vse sektorje gradbeništva in
industrije.
Če bosta industrija cementa in betona postali trajnostni in bosta učinkovito prispevali k
zmanjšanju izpustov, potem so potrebne še dodatne izboljšave v učinkovitosti
proizvodnje intehnologije grajenja. Te izboljšave se lahko doseţe z uporabo mešanic iz
običajnega portlandskega cementa, ki vključujejo odpadne materiale (jeklarska ţlindra,
elektrofiltrski pepel itd.) in razvijanje nadomestkov za klinker (nekateri nizkoogljični
materiali z lastnostmi cementov). Druge izboljšave so še nizkoogljične cementne
mešanice ali mešanice z lastnostmi zniţevanja CO2. Potreben je tudi premik k
obnovljivim virom energije in nizkoogljičnim proizvodnim procesom. Tehnologija, ki
obeta moţnost zmanjševanja škodljivih učinkov izpustov CO2, je zajemanje ali
sekvestacija CO2 v ogljikove karbonate. Poleg tega je potrebno upoštevati še problem
pridobivanja surovin, posledic pridobivanja na okolje, lokalno skupnost in ekosistem.
Cilji diplomskega dela so:
razloţiti, kaj so trajnost, trajnostni razvoj, trajnostna gradnja;
razloţiti, kakšen izziv nam predstavljajo podnebne spremembe, varstvo okolja,
rasti populacije, problem gospodarske rasti in druţbenega napredka;
opisati razvoj betonov od začetkov rabe običajnih betonov do današnjih
sodobnih vrst betonov ultra visoke trdnosti;
pojasniti kriterije za grajenje trajnostnih zgradb, konceptualno zasnovanje
zgradb in infrastrukture po trajnostnih merilih, tudi z vidika betonov;
predstaviti tudi pomen standardizacije in kroţnega gospodarstva, ki ima
pomembno vlogo pri procesu razvoja trajnostnih kriterijev v gradbeništvu;
opisati trajnostne betone in betonske konstrukcije ter njihove trajnostne
okoljske, socialne in ekonomske vidike;
prikazati cikel ţivljenjske dobe betonov in betonskih zgradb ter drugih
konstrukcij iz betonov ter pomen ponovne uporabe, obnove ali recikliranja;
prikazati pomen projektiranja in presoje trajnosti betonov in betonskih
konstrukcij;
predstaviti trajnostne vidike betonov skozi njihov celotni ţivljenjski cikel,
predvsem pomembnost energetske učinkovitosti, upravljanja z izpusti
toplogrednih plinov, upravljanja z vodo, pomen toplotne kapacitete, problem
toplotnih otokov, pomembnost trpeţnosti, poţarne odpornosti, zvočne
izolativnosti itd.;
predstaviti trajnostne perspektive in rešitve za razvoj betona, da bi v
prihodnosti predstavljal čim manj obremenjujoč dejavnik za okolje, druţbo in
gospodarstvo skozi njegov celotni ţivljenjski cikel;
raziskati in opisati probleme minimiziranja nastajanja odpadkov za recikliranje
betona in drugega odpadnega materiala ter pomen rekonstrukcij, obnov in
prenov;
prikazati nekatere primere sodobnih konstrukcijskih rešitev trajnostne gradnje
pri uporabi betonov in
pokazati pomen betonov in betonskih konstrukcij pri razvoju trajnostnih mest.
Predpostavke, omejitve in metode raziskovanja 1.2
Diplomsko delo smo gradili na predpostavki, da so lahko beton in betonske konstrukcije
trajnostne in okolju prijazne, če jih projektiramo v skladu z načeli trajnostnega razvoja
in kriteriji trajnostne gradnje. Gradili smo tudi na predpostavki, da obstaja vrsta
moţnosti in priloţnosti za nadaljnji razvoj z vidika njihovega celotnega ţivljenjskega
cikla v zvezi s pridobivanjem virov, transportom, proizvodnjo, vgrajevanjem, uporabo,
vzdrţevanjem in z njihovim ravnanjem po koncu uporabne ţivljenjske dobe.
Pri izdelavi diplomske naloge smo se posluţevali metode kompilacije in deskripcije.
Oprli smo se na številno domačo in tujo literaturo ter znanstvene članke. Pri tem smo se
omejili na trajnostni razvoj, trajnostno gradnjo ter v okviru trajnostne gradnje na razvoj
trajnostnih betonov in betonskih konstrukcij. Preučevali smo le eno vrsto gradbenega
materiala, in sicer beton ter njegovo vlogo za raznolike namene z vidikov vseh treh
stebrov trajnostnega razvoja.
Podatke, ki smo jih pridobili, smo predstavili opisno, grafično in analitično. Raziskava
temelji na pridobljenih informacijah, primerjavah in analizah s pomočjo uporabe
literature, svetovnega spleta in informacij, ki smo jih pridobili neposredno iz podjetij
gradbene industrije in različnih drţavnih in zasebnih ustanov, ki se posredno ali
neposredno ukvarjajo z gradbeništvom oz. industrijo betonov. Za identifikacijo ključnih
lastnosti materialov in procesov smo uporabili informacije iz knjig in znanstvenih
člankov. Podatki s svetovnega spleta nudijo najnovejše informacije ter najbolj aktualne
trende gradbene industrije in trajnosti. Ti viri informacij so nam bili v veliko pomoč, saj
smo tako dobili vtis in osnovno znanje, ki smo ga lahko nadgrajevali in prišli do
določenih zaključkov in rešitev.
Struktura diplomskega dela 1.3
V uvodu smo opisali namen in cilje diplomskega dela ter predpostavke, omejitve in
metode raziskovanja. V drugem poglavju smo podali splošna dejstva in iztočnice o
trajnostnem razvoju. V tretjem poglavju smo najprej raziskali in opisali razvoj betona
do današnje dobe betonov visokih trdnosti in različnih specialnih betonov ter pričetka
nove dobe trajnostnih betonov kot posledice zavedanja okoljske, druţbene in socialne
problematike škodljivosti današnje industrije betona. V četrtem poglavju smo se
osredotočili na zgodovino trajnostne gradnje, vzroke za razvoj trajnostne gradnje in
razvoj kriterijev ter standardov trajnostne gradnje in betonov ter pomen kroţnega
gopodarstva. V petem poglavju smo najprej opisali definicijo trajnostnih betonov in
betonskih konstrukcij, nato smo nadaljevali z opisovanjem vidikov trajnostnega razvoja
betonov in betonskih konstrukcij na osnovi vseh treh stebrov trajnosti. Opisali smo tudi
pomen projektiranja in presoje trajnosti betonov in betonskih konstrukcij ter pojasnili
trajnostne vidike betonov in betonskih konstrukcij skozi njihov celotni ţivljenjski cikel.
V šestem poglavju smo preučili nekatere rešitve in smernice rešitev za trajnostne betone
in betonske konstrukcije ter vlogo betona in betonskih konstrukcij v trajnostnih mestih.
V zadnjem, šestem poglavju povzeli vse ugotovitve in sklepe do katerih smo prišli.
2 TRAJNOSTNI RAZVOJ
Trajnostni razvoj je druţbeni proces, ki ga opišemo kot sledenje skupnemu idealu. [10]
Za temeljni opis trajnostnega razvoja velja koncept, ki ga je ponudila Brundtlandova
komisija1 leta 1987. Objavila je poročilo ''Naša skupna prihodnost'' (ang. Our Common
Future), kjer razlaga sledeče: ''trajnostni razvoj zadovoljuje potrebe sedanjega
človeškega rodu, ne da bi ogrozili moţnosti prihodnjih rodov, da zadovoljijo svoje
potrebe.'' [11]
Trajnostni razvoj je zamisel o razvoju človeške druţbe, da bi se izognili nevarnostim, ki
jih povzročajo klimatske spremembe, naravne katastrofe in onesnaţeno okolje, ki so
samo posledica demografske rasti, čezmerne porabe virov, čezmerne proizvodnje
odpadkov in naraščajočih potreb po energiji. Po desetletjih masovne in neomejene
potrošnje je nesporno, da človeške aktivnosti vplivajo tako na okolje kot tudi na ljudi
same.
Trajnostni razvoj povezuje skrb za nosilnost naravnih sistemov s socialnimi izzivi, s
katerimi se sooča človeštvo. Ţe leta 1970 so "trajnost" uporabili za opis gospodarstva "v
ravnovesju z osnovnim ekološkim sistemom podpore." Okoljevarstveniki so opozorili
na omejitev gospodarske rasti in s tem predstavili alternativo "stabilnemu stanju
gospodarstva", da bi našli odgovor na okoljska vprašanja. Ponuja se veliko definicij
trajnosti glede na posebne poudarke avtorjev.
Razlikovati je potrebno med trajnostnim razvojem (ang. sustainable development, tudi
ang. sustainability), ki je proces ali pot, in trajnostjo (ang. sustainability), ki je namen
ali cilj. Trajnostni razvoj je torej del trajnosti.2 [12]
1Gro Harlem Brundtland je Norveška političarka in nekdanja Norveška premierka, ki je delovala tudi kot generalna
direktorica Svetovne zdravstvene organizacije – WHO v letih od 1998 do 2003.
2V Tehniškem metalurškem slovarju termin ''trajnostni razvoj'' (ang. sustainable development) označuje ''razvoj, ki
zadovoljuje osnovne potrebe vseh ljudi na Zemlji in ohranja, varuje ter obnavlja zdravje ter celovitost ekosistemov, in
Strategija trajnostnega razvoja obsega po vrhu Zdruţenih narodov 2005 tri stebre, kot
prikazuje spodnja slika (Slika 2.1):
ekonomskega,
socialnega ali druţbeno-političnega in
okoljskega.
je v mejah, ki jih narava še lahko prenese''. Slovar kot sopomenki navaja ''sonaravni razvoj'' in ''sonaravni trajnostni
razvoj'' (nem. nachhaltige Entwicklung). Prav tako sta v leksikonu Geografija (Kladnik 2002: 560) termina ''trajnostni
razvoj'' in ''sonaravni razvoj'' opredeljena kot sopomenki, na drugi strani pa v Geografskem terminološkem slovarju
med terminoma ni sopomenskega razmerja. ''Trajnostni razvoj'' je definiran kot ''razvojna usmeritev človeške druţbe,
usklajena, uravnoteţena z naravnimi razmerami, ki ohranja okolje, naravne vire za prihodnost'', ''sonaravni razvoj'' pa
kot ''razvoj človeške druţbe, zlasti gospodarski, skladen z naravo, pokrajino, njuno zmogljivostjo''. Iz definicij ne
moremo razbrati razlik med pojmoma, ki ju označujeta oba termina.
V Tehniškem metalurškem slovarju je tudi iztočnica ''trajnost'' (ang. durability). Po SSKJ je ''trajnost'' značilnost česa
glede na to, koliko časa lahko obstaja, je uporabno (npr. rok trajanja mleka, betonske konstrukcije itd.). V nekaterih
virih je med ''trajnostjo'' in ''trajnostnostjo'' vzpostavljena sopomenskost, gl. npr. učbenik Trajnostni razvoj z
izbranimi poglavji iz biologije (M. Smole ĐorĎević 2010).
Sekcija za terminološke slovarje iz Inštituta za slovenski jezik Frana Ramovša (ZRC SAZU) svetuje, naj se npr. za
angleški termin ''sustainable structure'' uporablja slovenski termin ''trajnostna konstrukcija'' (tudi ''trajnostna
zgradba''). Izpostavljeno je, da glede na podatke iz terminološke baze EU IATE angleškemu pridevniku ''sustainable''
v slovenskih terminih pogosto ustreza pridevnik ''trajnostni'' (npr. ''sustainable development – trajnostni razvoj'',
''sustainable mobility – trajnostna mobilnost'', ''sustainable energy – trajnostna energija''). Svetujejo prednostno
uporabo terminov s pridevnikom ''trajnostni'', npr. ''trajnostna stavba'', ''trajnostna prenova'', in ne terminov s
pridevnikom ''trajnostnostni'', npr. ''trajnostnostna stavba'', ''trajnostnostna prenova''. V rabi za poimenovanje pojmov
s tega področja se je uveljavil pridevnik ''trajnostni'' (namesto trajnostnostni), iz katerega je bil pravzaprav izpeljan
samostalnik ''trajnostnost'' (kot lastnost nečesa, da je trajnostno), zato smo v tem dipomskem delu za takšne primere
uporabljali pridevnik ''trajnostni''.
V nekaterih virih se ''trajnostnost'' in ''trajnost'' (ang. sustainability) rabita sopomensko, kar je pri sporazumevanju
lahko moteče. Predlaga se, da se uporablja zveza s samostalnikom ''trajnostnost'', npr. ''trajnostnost stavbe'' (prim. npr.
Smernico za trajnostno gradnjo), ki pa ne označuje istega pojma kot ''trajnostna stavba'', ampak poimenuje ''lastnost
stavbe, da je trajnostna'', kar je pri natančnem sporočanju dobro upoštevati. V našem diplomskem delu smo za takšne
primere uporabljali samostalnik ''trajnost''.
Slika 2.1: Trije stebri trajnostnega razvoja; poslovenjeno po [13]
Okoljska trajnost 2.1
Okoljska trajnost je proces, s katerim zagotavljamo, da sedanje interakcije z okoljem
potekajo skladno z načelom ohranjanja okolja v največji naravno mogoči meri, pri tem
pa stalno teţimo k idealnim razmeram.
Do ''nevzdrţnih razmer'' pride, ko se naravni kapital (vsota vseh naravnih virov)
porablja hitreje, kot pa se ti viri obnavljajo. Trajnostni razvoj pa zahteva, da človekove
dejavnosti porabljajo naravne vire z manjšo ali kvečjemu enako hitrostjo, kot se ti
obnavljajo. Zamisel trajnostnega razvoja je po svoji naravi prepletena s strukturo
nosilnostne kapacitete okolja. Skladno s teorijo o okoljski trajnosti dolgoročna
degradacija okolja vodi v razmere, ki ne omogočajo več človeškega ţivljenja, globalno
pa bi lahko pomenile izumrtje človeštva. Porabo obnovljivih virov v primerjavi s
trajnostjo prikazuje spodnja tabela (Tabela 2.1).
Tabela 2.1: Poraba v primerjavi s trajnostjo; poslovenjeno po [14]
OKOLJSKI Poraba naravnih virov
Okoljski menedžment Preprečevanje onesnaževanja
EKONOMSKI Varčevanje, Prihranki
Gospodarska rast
Raziskave in razvoj
SOCIALNI Izobraževanje, Skupnost
Življenjski standard
Enakopravnost
TRAJ- NOST
Okoljsko-ekonomski Energetska učinkovitost Subvencije/spodbude za
uporabo naravnih virov
Socialno-ekonomski Pravična trgovina Delavske pravice
Poslovna etika
Socialno-okoljski Okoljske pravice
Lokalni in globalni naravni viri
Skrbništvo
Poraba obnovljivih virov Stanje okolja Trajnost
Več kot lahko narava
proizvedeDegradacija okolja Ni trajnosti
Enako kot lahko narava
proizvedeOkolje v ravnoteţju Mirovanje okolja
Manj kot lahko narava
proizvedeObnova okolja Trajnost okolja
Socialna trajnost 2.2
Po navedbah Western Australia Council of Social Services (WACOSS): ''Socialna
trajnost se zgodi, ko formalni in neformalni procesi, sistemi, strukture in odnosi aktivno
vzpodbujajo zmoţnosti sedanjih in prihodnjih generacij za ustvarjanje zdrave in prijetne
skupnosti. Socialno trajnostne skupnosti so pravične, raznolike, povezane in
demokratične ter zagotavljajo dobro kakovost ţivljenja.'' [15]
Druga definicija, ki so jo razvili v Social Life, britanskem podjetju, ki se ukvarja z
inovacijami, pravi, da je socialna trajnost ''proces ustvarjanja trajnosti, uspešno
ustvarjanje blaginje oz. dobrobiti z razumevanjem človeških potreb v njihovem
ţivljenjskem okolju in na delovnih mestih. Socialna trajnost zdruţuje oblikovanje na
fizični ravni z zasnovo druţbenega sveta. To je z infrastrukturo, vzpodbujanjem
druţbenega in kulturnega ţivljenja, s socialnimi dobrinami, s sistemi za angaţiranje
prebivalcev in okolja, da se lahko razvijajo.'' [16]
Tretja definicija pa razlaga, da so vse domene trajnosti socialne. Domene vključujejo
štiri področja socialne trajnosti, in sicer ekološko, ekonomsko, politično in kulturno
trajnost. Te domene so odvisne od povezav med druţbenim in naravnim z ''ekološko''
domeno, ki opredeljuje človekovo vpetost v okolje. V tem smislu socialna trajnost
zdruţuje vse človeške aktivnosti oz. poddomene, ki niso osredotočene le na medsebojno
povezanost ekonomije, okolja in druţbe. [17] Kako so lahko mnoţice človeških
aktivnosti vpete v štiri domene socialne trajnosti, ponazarja tudi metoda trajnostnih
krogov z uporabo Vennovega diagrama (poznan tudi kot logični diagram, ki prikazuje
vse moţne logične povezave med mnoţicami, [18]) Metoda trajnostnih krogov je
metoda za razumevanje in vrednotenje trajnosti ter za vodenje projektov, usmerjenih k
pokazateljem (rezultatom) socialne trajnosti. Na sliki spodaj so s to metodo prikazani
trajnostni krogi za mesto Melbourne (Slika 2.2), kjer lahko vidimo, katere poddomene
(ekološke) so trajnostno šibkejše.
Slika 2.2: Krožni prikaz elementov trajnostnega razvoja za mesto Melbourne (2011);
oslovenjeno po [19]
Ekonomska trajnost 2.3
Ekonomska trajnost implicira sistem proizvodnje, ki zadovoljuje sedanje potrošne
potrebe brez ogroţanja prihodnjih potreb. Ekonomsko trajnost je prvič omenil britanski
ekonomist John Richard Hicks leta 1939 v delu ''Value and capital''. Opisuje raven, pri
kateri naj bi oseba, gospodinjstvo ali celotni ekonomski sistem lahko trošili, obenem pa
ohranili zaloge produktivnega kapitala nedotaknjene, tako da bi lahko nadaljevali s
trošenjem na isti ravni. Model gospodarskega razvoja tradicionalno zahteva vsaj zmerno
rast bruto domačega proizvoda – BDP. Ta model stalne in neomejene rasti je, kot kaţe,
preţivet, ker škoduje druţbi in okolju. [20] Trajnostni razvoj bi moral zajemati
izboljšave v kvaliteti ţivljenja ob tem, da bi bilo potrebno tudi zmanjšanje porabe virov.
[21]
Novejša razlaga ekonomske trajnosti se uporablja za razlago strategij, ki vzpodbujajo
izkoriščanje najboljših prednosti druţbeno-ekonomskih virov. Model trajnostne
ekonomije predlaga pravično porazdelitev in učinkovito razporejanje dobrin. Ideja je
vzpodbujati rabo teh dobrin na učinkovit in odgovoren način, ki zagotavlja dolgoročne
koristi in vzpostavlja dobičkonosnost. Ekonomska trajnost se pojavi, kadar ima politična
enota, kot je na primer narod, ţeljeni odstotek svoje populacije pod ţeljenim
minimumom standarda ţivljenjske ravni. [21]
Povzeto po navedbah okoljskega ekonomista Malta Fabra, je ekološka (trajnostna)
ekonomija definirana z ozirom na naravo, pravičnost in čas. Pojavljajo se vprašanja o
medgeneracijski pravičnosti, nepreklicnosti podnebnih sprememb, negotovosti
dolgoročnih izidov in o trajnostnem vodenju pri razvoju okoljskih ekonomskih analiz in
vrednotenj. [22]
Uporaba načel trajnostnega razvoja pri človekovih dejavnostih mora omogočati nadzor
vseh sektorjev gospodarstva za presojanje sprememb, ki se zahtevajo za zagotavljanje
kvalitetnega ţivljenja prihodnjih generacij. Potreben je celostni pristop k vsakemu od
stebrov trajnosti. Vsi skupaj zajemajo vse, kar moramo upoštevati za ţivljenje v
blagostanju, ki je zdravo in uspešno.
Okoljske, socialne in ekonomske grožnje 2.4
Kot smo ţe opisali, so okoljske, socialne in ekonomske groţnje ter izpusti CO2 tisti, ki
so sproţili premislek o našem odnosu do okolja, druţbe in gospodarstva, o drugačnem
načinu gospodarjenja ter o ravnanju z viri. Vzroki, zaradi katerih smo se znašli na
kriţišču poti, kjer ena vodi v propad, druga pa kaţe svetlejšo prihodnost v skladu z
načeli trajnostnega razvoja in posledice katerih so neprimerne druţbene in gospodarske
razmere v svetu, globalno segrevanje ter uničevanje okolja, so:
1. Rast populacije in urbanizacija
Rast populacije in urbanizacija v prvi vrsti spadata med socialne in ekonomske groţnje
trajnostnega razvoja v svetu. Naraščujoča rast svetovnega prebivalstva v največji meri
povzroča vedno večje potrebe po osnovnih človeških potrebah kot so prehrana,
stanovanja (urbanizacija) in, v skladu z današnjimi druţbenimi ureditvami,
zaposlovanje. Kot posledice rasti naraščajo tudi okoljske obremenitve, npr. zaradi
kmetijskih dejavnosti, izčrpavanja virov in onesnaţevanja okolja. Trenutna populacija
na zemlji znaša 7,4 milijarde ljudi, letni prirastek pa je 1,14 %. Vsako leto naraste
število ljudi v manj razvitih drţavah za 80 milijonov, v bolj razvitih drţavah pa za 1,6
milijona. Populacija raste hitreje v revnejših drţavah (Slika 2.3).
Slika 2.3: Trendi in populacija v državah v razvoju in v razvitih državah med leti 17502050
[23]
Zato se svet v 20. stoletju srečuje z zelo hitro urbanizacijo svetovne populacije.
Svetovni deleţ urbane populacije se je dramatično povišal od 29 % (736 milijonov) v
letu 1950 na 53 % (3,8 milijarde) v letu 2013. Isto poročilo napoveduje 60-odstotni
pričakovani deleţ ljudi (4,96 milijarde), ki bo ţivel v mestih do leta 2030. Število
megamest je naraslo od 5 v letu 1975 na 28 v letu 2014. Do leta 2030 naj bi število
naraslo na 41. Takšno mesto je Chongqing z 10 milijoni prebivalcev (Slika 2.4).
Slika 2.4: Mesto Chongqing, Kitajska [24]
Največji kitajski megaprojekt pa je graditev megamesta, ki bo zdruţevalo več okoliških
mest okoli delte Biserne reke. Projekt novega megamesta pokriva večji del osrčja
kitajske industrije, ki se razteza od Guangzhoua do Shenzhena ter vključuje Foshan,
Dongguan, Zhongshan, Zhuhai, Jiangmen, Huizhou in Zhaoqing (Slika 2.5). [25] Skupaj
bo predstavljalo skoraj desetino kitajskega gospodarstva. Velik projekt pa je tudi
graditev megamesta Jing-Jin-Ji, ki bo povezovalo mesta Beijing, Tianjin in provinco
Hebei s skupno 109 milijoni prebivalstva. [26]
Slika 2.5: Projekt megapolisa okrog Biserne reke, Kitajska [25]
V velikih mestih se zato soočajo s teţavami, kot so:
višja temperatura okolja,
zmanjšana kvaliteta zraka,
povečano odvajanje (odtekanje) površinskih voda,
zmanjšana kvaliteta odtočne vode,
spremenjeni vremenski vzorci,
izguba estetske lepote ali značaja skupnosti,
krčenje kmetijskih zemljišč in posledično pomanjkanje hrane in
krčenje gozdov.
Urbanizacija prav tako povzroča migracije ruralne populacije v mesta, zato narašča
razvoj slumov, revnih četrti velikih mest, čemur sledijo povečano onesnaţevanje in
odpadki, potreba po razvoju infrastrukture, izobraţevalnih ustanov, cestnih in
avtocestnih povezav, varovanja zdravja, javnega potrošnega materiala itd. [27] Na
slikah spodaj vidimo dva povsem različna tipa slumov z dveh različnih kontinentov,
Brazilije in Hongkonga (Slika 2.6, Slika 2.7). Hongkong je s populacijo 7 milijonov
prebivalstva, naseljenega na površini 1104 km2, eno izmed najgosteje poseljenih
območij na svetu.
Slika 2.6: Slum v Rio de Janeiru (Favela) [28]
Slika 2.7: Slum v Hongkongu [29]
2. Raba energije in globalno segrevanje
Raba energije in globalno segrevanje sta vzrok in posledica za okoljske groţnje svetu,
saj zaradi rabe energije v največji meri prihaja do izpustov toplogrednih plinov, ki
povzročajo globalno segrevanje. Posledice globalnega segrevanja so tudi druţbene in
ekonomske, npr. zaradi vse večjega števila skrajnih vremenskih pojavov, ki uničujejo
človeške naselbine in infrastrukturo.
V letu 2014 je povprečna celotna poraba energije človeštva znašala 18,3 TW let
(teravatno leto je milijon milijonov vatov elektrike, ki je proizvedena in porabljena v
enem letu) s 86,5-odstotnim deleţem fosilnih goriv (nafta, premog in naravni plin) (Slika
2.8).
Slika 2.8: Deleži svetovne porabe energije v letu 2014 (podatki British Petroleum) [30]
Atmosferske koncentracije nekaterih plinov, ki povzročajo toplogredne učinke, se
povečujejo zaradi človeških dejavnosti, ki povzročajo globalno segrevanje. Več kot
tretjina teh plinov je posledica izgorevanja fosilnih goriv, ki so potrebna pri generiranju
električne energije. Vsa fosilna goriva so sestavljena iz ogljikovodikov. Pri njihovem
izgorevanju nastaja ogljikov dioksid – CO2. Glavni toplogredni plini, ki vstopajo v
atmosfero zaradi človeških dejavnosti, so: ogljikov dioksid (CO2), ki nastane pri
izgorevanju; metan (CH4), ki lahko nastaja na deponijah odpadkov zaradi anaerobne
razgradnje, pri kmetijstvu. Velike količine metana bi se lahko sprostile tudi zaradi
odtaljevanja permafrosta v nekaterih delih Zemlje zaradi segrevanja ozračja; dušikov
oksid (N2O), ki se sprošča med kmetijskimi in industrijskimi dejavnostmi ter med
izgorevanjem fosilnih goriv in trdnih odpadkov; klorofluorirani ogljikovodiki,
perfluorirani ogljiki in ţveplov heksafluorid (SF6) so sintetični plini in obenem močni
toplogredni plini, ki se sproščajo med različnimi industrijskimi procesi ali pa iz naprav,
v katerih se nahajajo. [27]
3. Pomanjkanje vode
Pomanjkanje vode pomeni okoljske, socialne in ekonomske groţnje, ki so posledica
podnebnih sprememb, izkoriščanja in onesnaţevanja vodnih virov zaradi človeških
dejavnosti itd. Vprašanje čiste in pitne vode je vse bolj tudi predmet geostrateških
vprašanj politike in ekonomije z vidika trenutne druţbeno-politične ureditve. Okoli 97,5
% vode na zemlji je morske, kar pomeni, da je samo 2,5 % sladke vode, od katere je dve
tretjini zamrznjene v ledenikih in na zemljinih polih. Pomanjkanje vode pomeni
pomanjkanje zadostnih in dostopnih virov vode za potrebe po vodi znotraj regij. To
vpliva na vsak svetovni kontinent in na okoli 2,8 milijarde ljudi po svetu vsaj en mesec
na leto. Več kot 1,2 milijarde ljudi nima dostopa do čiste pitne vode (Slika 2.9). [27]
Slika 2.9: Svetovno pomanjkanje vode (marec 2012) [31]
Pomanjkanje vode vključuje:
vodni stres: kvantitativno poslabšanje stanja sveţih vodnih virov (prekomerno
izkoriščanje vodonosnikov, suhe rečne struge itd.) in kvalitativno (evtrofikacija,
onesnaţevanje organskih snovi, vdor slane vode itd.), [32]
pomanjkanje vode ali vodni primanjkljaj: običajno so vzrok klimatske
spremembe (zaradi spremenjenih vremenskih vzorcev kot so suše in poplave,
povečano onesnaţenje in povečane človeške potrebe po vodi ter prekomerna
raba vode), [33]
vodno krizo: situacija, kjer je dostopne pitne in neonesnaţene vode znotraj regije
manj od regionalnih potreb po njej. [34]
Znanstvene ustanove in organizacije predvidevajo, da se bo večina drţav še vedno
soočala s ''pomanjkanjem fizične vode do leta 2025'' in da bodo njihove vodne potrebe
presegale moţnosti z oskrbo ne glede na načine meritev. Druge se bodo soočale z
''gospodarskim pomanjkanjem vode'' trpele bodo pomanjkanje zahtevanih finančnih in
institucionalnih kapacitet, ki bi povečale njihovo oskrbo z vodo za 25 %. [27] Rast
populacije in urbanizacije predstavljata pomemben izziv za upravljanje z vodnimi viri
po celotnem svetu. Urbanizacija povečuje odtekanje površinskih voda (odtekanje
padavinske vode med padavinami) zaradi različnih neprepustnih površin, kot so
pločniki, ceste in zgradbe. Tovrstne površine ne prepuščajo vode, da bi odtekala v
podtalnico in vodonosnike, zato pride do niţjih vodostajev in poplavljanja ob močnem
deţevju. Izziv trajnostne gradnje v prihodnosti predstavlja predvsem preprečitev
odtekanja vode, manjše onesnaţevanje in manjša poraba vode. [27]
4. Upravljanje z odpadki
Preden sploh pride do nastanka odpadkov, se je potrebno vprašati, kakšna je naša izraba
virov. Učinkovita raba virov kaţe razumevanje, da današnja svetovna gospodarska rast
in razvoj ne moreta biti trajnostna pri obstoječih vzorcih proizvodnje in potrošnje, saj v
svetovnem merilu porabljamo več virov za proizvodnjo blaga, kot jih planet lahko
obnovi. Učinkovita raba virov je zmanjšanje vplivov na okolje (posledica) iz
proizvodnje in porabe teh proizvodov (druţbene in ekonomske potrebe), od
pridobivanja surovin do zadnje uporabe in odstranjevanja. Ta proces učinkovitosti virov
lahko izboljšuje trajnost.
Upravljanje z odpadki so vse tiste aktivnosti in dejanja, ki so zahtevana za upravljanje z
odpadki od začetka njihovega nastanka do končnega odlaganja. [35] To vključuje
zbiranje, transport, obdelavo in odlaganje odpadkov skupaj s spremljanjem in
upravljanjem. Zajema tudi pravne in regulativne okvire, ki se nanašajo na smernice za
upravljanje z odpadki, kot je recikliranje itd. [27] Upravljanje z odpadki se običajno
navezuje na vse vrste odpadkov, ki se ustvarijo med pridobivanjem surovin, med
predelavo surovin v polproizvode in končne proizvode ali zaradi drugih človeških
aktivnosti, [35] vključno skupnostnih/občinskih (stanovanjskih, institucionalnih,
komercialnih), kmetijskih in posebnih (iz zdravstvene nege, nevarni gospodinjski
odpadki, blato iz čistilnih naprav). Upravljanje z odpadki je namenjeno zmanjševanju
škodljivih učinkov odpadkov na zdravje, okolje in estetski izgled.
Prakse upravljanja se razlikujejo po drţavah (razviti in nerazviti narodi), po regijah
(ruralne in urbane površine) in po sektorjih (stanovanjski in industrijski). [36]
Upravljanje z odpadki prav tako skrbi za zmanjšanje učinka materialov na okolje in za
obnovitev virov materialov. Vključuje trdne (npr. ostanki betona), tekoče (npr.
onesnaţena voda, razne kemikalije) in plinaste snovi (npr. izpusti zaradi izgorevanja
fosilnih goriv) z različnimi metodami in s strokovnimi znanji z različnih področij.
Metode za upravljanje so različne in vključujejo odlaganje (odlagališča), seţiganje
(seţigalnice), recikliranje (fizikalni in biološki postopki), energetsko predelavo in
preprečevanje ter zmanjševanje (Slika 2.10).
Slika 2.10: Hierarhija ravnanja z odpadki [37]
5. Posledice okoljskih groženj
Kaj vse okoljske groţnje predstavljajo za Zemljo, so predvideli v Petem poročilu
medvladnega foruma o podnebnih spremembah (IPCC-AR5-2014), kjer so Zdruţeni
narodi predvideli, da bodo na osnovi različnih scenarijev klimatske spremembe do
konca 21. stoletja (glede na izpuste toplogrednih plinov) povzročile naslednje:
Segrevanje se bo nadaljevalo, če se bodo nadaljevali izpusti toplogrednih plinov.
Zvišanje temperature globalne površine do konca 21. stoletja bo verjetno
preseglo 1,5 °C. Relativno glede na obdobje med 1850 in 1900 največ scenarijev
predvideva preseganje za 2,0 °C.
Globalni vodni krog se bo spremenil z naraščanjem razlik med deţevnimi in
sušnimi območji z nekaj regionalnimi izjemami.
Najbolj zaželjena možnost
Najmanj zaželjena možnost
Preprečevanje
Zmanjševanje
Ponovna uporaba
Recikliranje
Pridobivanje energije
Odstranjevanje
Povprečna globalna gladina morja bo še naprej naraščala do ravni, ki bo presegla
obseg naraščanja v preteklih štirih desetletjih.
Oceani se bodo še naprej segrevali, segrevanje se bo širilo v globino oceanov,
kar bo vplivalo na vzorce kroţenja vode.
Zmanjšala se bo debelina ledu na Arktiki, debelina spomladanskega snega na
severni hemisferi ter prostornina svetovnih ledenikov.
Spremembe v klimi bodo povzročile višjo raven nastajanja CO2. Višek, ki ga
bodo prevzeli oceani, bo povečal njihovo zakisljevanje.
Temperature na površini v prihodnosti bo močno določevalo kumuliranje CO2,
kar pomeni, da se bodo klimatske spremembe nadaljevale, četudi bodo izpusti
CO2 ustavljeni. [38]
Zmanjšanje izpustov CO2 2.5
CO2 je naravno prisoten v ozračju, ko:
anaerobne bakterije razgrajujejo druge organske materije,
ţivali in ljudje izdihujejo CO2 med dihanjem,
so vulkani občasno aktivni.
Ogljikov dioksid se običajno porablja med procesom fotosinteze pri rastlinah, voda v
oceanih pa deluje kot korito ali ponor za raztapljanje CO2. Izgorevanje fosilnih goriv za
proizvodnjo energije, ki je potrebna za elektriko in transport, proizvaja dodatne količine
CO2 kot stranski proizvod, ki ga narava sama ne more odstraniti. Zato je danes količina
CO2 v ozračju za 35 % višja, kot je bila pred 150 leti. Omenili smo ţe, da so drţave
podpisale Pariški sporazum, kjer so se dogovorile za zmanjšanje izpustov do leta 2030,
da bi omejile segretje ozračja za manj kot 2 ⁰C. Evropa prav zdaj sprejema korake za
zmanjšanje izpustov za najmanj 40 % do leta 2030.
Eno izmed rešitev predstavlja zajemanje in shranjevanje CO2 ali sekvestacijo ogljika.
To je ena izmed tehnologij, ki zmanjšuje izpuste CO2 v ozračje. Pomeni pa premestitev
atmosferskega CO2 s pomočjo industrijske tehnologije v tla, kjer je vezan v organski
snovi tal, globokih oceanskih masah ali pa se formira v mineralne karbonate.
Izpusti ogljika od proizvodnje do transporta konstrukcijskih materialov so pomemben
del gradbene industrije. Proizvodnja materialov in transport ustvarita skupaj 44 % vseh
izpustov, povezanih z gradnjo (avtomobili povzročajo eno tretjino vseh izpustov). To se
lahko zmanjša z izboljšanimi postopki pridobivanja surovin, proizvodnjo in ravnanjem z
viri, recikliranjem in lokalnimi viri. [27]
3 SPLOŠNO O BETONIH
Betoni 3.1
Leta 1977 je v delu Mesta, zgradbe in konstrukcije (Towns, Buildings and Construction)
arhitekt Christopher Alexander opisal beton tako:
''Običajni beton je preveč gost, je teţak in z njim je teţko delati. Po strditvi se vanj ne
more zarezati ali zabijati. Njegova površina je grda, hladna in trda, če le ni prekrita s
sredstvi, ki niso vključena v konstrukcijo. Kljub temu pa je beton v nekem pogledu
fascinanten material. Je tekoč, trden in relativno poceni. Je dostopen skoraj na vsakem
delu Zemlje.'' [39]
Po definiciji je beton eden izmed osnovnih gradbenih materialov, ki ga sestavljajo:
cement (portlandski ali drugi hidravlični cementi),
agregat (pesek, gramoz ali druge vrste agregatov),
voda in
dodatki.
Beton se po mešanju komponent in vgrajevanju strdi zaradi kemičnega procesa, ki se
imenuje hidratacija. Izraz ''beton'' na splošno pomeni širok nabor umetnih gradbenih
materialov, t.i. kompozitov, ki se pridobivajo z mešanjem zelo različnih tipov agregatov
z določenimi vrstami veziv.
V betonih je najbolj običajna uporaba portlandskega cementa, ki je izdelan iz finega
prahu aluminijevih in ţelezovih oksidov, apna, magnezija ter silicijevega dioksida. Ti
po ţganju v (običajno rotacijski) peči tvorijo cementni klinker, ki se nato zmelje v prah
portlandski cement. Z dodatkom peska (finega agregata, ki meri v prerezu do nekaj
milimetrov) in vode tvori malto. Če dodamo še grobi agregat (ki v prerezu meri do
nekaj centimetrov), pa tvori mešanico, ki se tako kot malta po seriji kompleksnih
notranjih reakcij strdi v beton. Takšen beton bi se formalno imenoval cement-beton,
vendar je bolj običajno, da se materiali tega tipa imenujejo le beton. Beton se lahko
izdela brez cementa ter vsebuje druge razpoloţljive vezivne materiale. Na primer glina
je bila eden izmed prvih materialov, ki jih je uporabljal človek za izdelavo betona
umetnega kamna. Po glini pa je začel uporabljati tudi druga veziva, kot sta npr. mavec
in apno. [40]
Glede na potrebe gradbeništva obstaja veliko vrst betonov. Betone lahko delimo na
različne načine. Glede na gostoto, ki je odvisna od uporabljenega agregata, betone
delimo na:
lahke betone (ρ < 2000 kg/m3),
normalno teţke betone (2000 kg/m3
< ρ ≤ 2600 kg/m3),
teţke betone (ρ > 2600 kg/m3).
Glavna in najpomembnejša delitev betonov je delitev v trdnostne razrede (npr. C 30/37
za normalno teţki beton, LC 30/33 za lahke betone) glede na tlačno trdnost, ki je
najpomembnejša lastnost betona. Na osnovi tlačne trdnosti beton označujemo in delimo
v trdnostne razrede tako za uporabo kot tudi za proizvodnjo. Oznako za tlačno trdnost
betona po standardu SIST EN 206 ter SIST 1026 sestavljajo črka C in dve številki:
C fck/ fck,cube oz. C 30/37,
kjer je:
C beton (ang. Concrete),
30, fck karakteristična tlačna trdnost betona v MPa, izmerjeno na 28 dni starem
betonskem valju premera 150 mm in višine 300 mm,
37, fck,cube karakteristična tlačna trdnost betona v MPa, izmerjeno na 28 dni stari
betonski kocki s stranico 150 mm. [41]
Za vsako vrsto betona so predpisane posamezne karakteristike kakovosti, ki jih moramo
ob pripravi betona upoštevati. Te so:
marka betona,
modul elastičnosti,
odpornost proti mrazu,
odpornost proti atmosferskim vplivom in
odpornost proti obrabi.
Pri betonih so pomembne tudi lastnosti strjenega betona, ki določajo njegovo kvaliteto
(tlak, nateg, strig, razpoke, deformacije in trpeţnost). Dobre lastnosti strjenega betona
so zelo pomembne za zagotavljanje dolge ţivljenjske dobe konstrukcij, če upoštevamo,
da je konstrukcija zgrajena pri normalnih klimatskih pogojih, da je obremenjena in v
uporabi v skladu z določbami projekta ter je redno vzdrţevana v skladu s projektom
vzdrţevanja. Doseţene končne lastnosti strjenega betona pa so odvisne od kakovosti
betonske mešanice, nege in sušenja betona.
Poleg tega betone ločimo tudi glede na njihovo uporabnost, na npr. hidrobetone, betone
za gradnjo cest, specialne betone itd. Specialni betoni poleg osnovnih sestavin betona
vsebujejo dodatke, ki vplivajo na njihove lastnosti:
gostota: teţki betoni (teţek agregat z gosto struktruro, katerega suha gostota zrn,
določena po EN 1097-6, je večja od 3000 kg/m3), lahki betoni (lahek agregat
mineralnega izvora s porozno strukturo, katerega suha gostota zrn, določena po
EN 1097-6, je manjša od 2000 kg/m3 ali katerega nasipna gostota, določena po
EN 1097-3, je manjša od 1200 kg/m3; penila itd.);
tlačna trdnost: betoni visoke trdnosti (nizek vodocementni faktor, mineralni
dodatki itd.);
natezna trdnost in ţilavost: vlaknasti betoni (jeklena vlakna), ferocementni
betoni (ţične mreţe), polimerni betoni (lateks, akril, vinil-acetat itd.);
trajnost oz. trpeţnost: impregnirani betoni (siloksan, silan itd.), polimerni betoni,
poţarno odporni betoni (poţarno odporni agregat, aluminatni cement);
krčenje in lezenje: prepakt betoni (zbit grobi agregat, injektiranje), ekspanzivni
betoni (ekspanzivni cement, ekspanzivni mineralni dodatki);
hidratacijska toplota: valjani betoni (manjša vsebnost vode, manjša vsebnost
cementa, bolj groba struktura betona), betoni s pucolanskimi dodatki
(elektrofiltrski pepel);
izgled: dekorativni betoni (struktura betona, osnovni materiali itd.). [42]
Betone ločimo tudi glede na vrsto ojačitve, in sicer na nearmirani beton in armirani
beton (z vzdolţno in prečno armaturo armirani beton, prednapeti beton, vlaknasti beton,
z vzdolţno armaturo, armirani beton z vlakni). Tovrstne delitve so posledica razvoja
betona skozi stoletja iz enostavnih do kompleksnejših vrst.
Razvoj betona 3.2
Rimski beton 3.2.1
Cement oz. naravni pucolani so bili naravno prisotni več kot 12 milijonov let in so se
uporabljali v nepopolnih oblikah ţe okoli 3000 let pred našim štetjem, ko so jih
uporabljali Egipčani, Kitajci in Grki. Ţe Asirci in Babilonci so uporabljali glino kot
vezivo za betone. Egipčani so za vezivo uporabljali apno in mavec. Beton so prvi razvili
Rimljani. Nekje v 3. stoletju pred našim štetjem so odkrili, da mešanje vulkanskega
pepela z apneno malto, peskom in gramozom ustvari trdno snov, podobno današnjemu
betonu. Kasneje so Rimljani in Egipčani ugotovili, da se lahko dodajanje vulkanskega
pepela betonski mešanici vrši v vodi. Rimljani so betonom dodajali tudi svinjsko mast,
kri, mleko in ţimo. Vedeli so, da dodajanje konjske ţime betonu pospešuje strjevanje ali
pa, da dodajanje krvi napravi beton bolj odporen na zmrzovanje. Z betoni tistega časa so
zgradili Apijsko cesto, Rimski Kolosej in Panteon (Slika 3.1), kakor tudi Pont du Gard v
juţni Franciji.
Slika 3.1: Panteon, Rim (vir: Milan Kuhta)
Po padcu Rimskega imperija je kvaliteta in uporaba cementnih materialov padla, ker so
bili ljudje bolj zainteresirani za gradnjo s kamnom. Tehnika proizvajanja pucolanskega
cementa je bila izgubljena in se ni pojavila do sredine srednjega veka. V letu 1414 so
bili odkriti rokopisi Rimljana Pollia Vitruviusa z informacijami o pucolanskih cementih,
zato se je zanimanje za beton obnovilo. Leta 1499 je Fra Giocondo uporabil pucolanski
cement za izgradnjo mostu Pont de Notre Dame v Parizu, ki pomeni prvo moderno rabo
betona. [43]
Razvoj cementa 3.2.2
Tehnologija betona je naredila velik preskok v 18. stoletju, ko je britanski inţenir John
Smeaton iskal gradbeni material, ki bi bil odporen na vodo. Leta 1774 je odkril, da ţivo
apno deluje kot vezivo. Leta 1793 pa je ugotovil, da ţganje apnenca, ki vsebuje glino,
ustvarja hidravlično apno, ki se strjuje ob prisotnosti vode. Ta material je uporabil za
zgodovinsko obnovo svetilnika Eddystone v Cornwallu v Angliji. Smeatonovo delo je
vodilo k vse pogostejši rabi betona in k drugim izboljšavam v tehnologiji betona. Leta
1796 je James Parker patentiral naraven hidravlični cement, ki je bil izdelan iz ţganih
delcev čistega apnenca, ki so vsebovali glino. William Jessop je to tehnologijo uporabil
za gradnjo doke West India (ang. West India Dock) v Veliki Britaniji, ene izmed prvih
zgradb, kjer se je uporabljal beton v večjih količinah. Od tu naprej je popularnost betona
vse bolj rasla in se razširila v Francijo, kjer je Louis Vicat leta 1812 razvil umetno
hidravlično apno, izdelano iz sintetičnega apnenca in gline. Ta tehnologija je bila
uporabljena leta 1816 za izgradnjo prvega nearmiranega betonskega mostu v Souillacu
v Franciji.
Za 19. stoletje je značilen hiter razvoj tehnologije betonov po vsem svetu.
Najpomembnejši napredek je bil narejen leta 1824, ko je britanski zidar po imenu
Joseph Aspdin odkril, da ţganje fine krede s prečiščeno glino v apneni peči ustvarja
cement. Ta vrsta cementa se imenuje portlandski cement in se še vedno uporablja v
današnji industriji betona. Njegovo ime prihaja iz njegove podobnosti portlandski
kamenini tipu kamenine, ki so jo pridobivali na otoku Portlandin Dorset v Angliji.
Štiri leta kasneje se je portlandski cement uporabil za prvo inţenirsko gradnjo tunela
pod reko Temzo.
Portlandski cement je od svojega odkritja postal osrednji element tehnologije betona.
Eden izmed prvih patentov za njegovo proizvodnjo je bil leta 1843 izdan podjetju J. M.
Mauder, Son & Co. Leta 1845 naj bi Isaac Johnson spekel njegove surovine pri
temperaturah za ustvarjanje klinkerja. Američan David O. Saylor pa je leta 1871 prvi
prikazal pomembnost pravega pečenja za pridobivanje klinkerja in zato prejel prvi
ameriški patent za portlandski cement. J. Grant iz Anglije je povzel Saylorjeve ideje in s
kemičnim analiziranjem določil ključne sestavine portlandskega cementa ter prikazal
pomembnost rabe najtrdnejših in najgostejših deleţev klinkerja. Takrat so bile peči za
izdelavo cementa še navpične in stacionarne. Po vsaki uporabi pa so jih ohlajali, pri
čemer so trošili ogromno energije. Potrebno je bilo razviti učinkovitejše peči. Leta 1885
je razvil peč, ki je bila rahlo nagnjena, horizontalna in se je lahko vrtela. To je bila prva
rotacijska peč, s pomočjo katere so lahko dosegali boljšo kontrolo temperature ter bolj
učinkovito mešanje materialov. Posledično so pridobivali bolj konsistentne cemente ter
zato višje kvalitete betonov. Leta 1890 je bila ţe večina peči, ki so se uporabljale za
proizvajanje cementa, rotacijskih. [43]
Armirani beton 3.2.3
V poznem 19. in v začetku 20. stoletja je prišlo do velikega napredka v zgodovini
betona. Začelo se je leta 1849, ko je francoski vrtnar Joseph Monier začel s
preizkušanjem betonskih mešanic za izdelavo bolj trpeţnih vrtnarskih korit. Korita in
cevi je jačal/armiral z ţeleznimi mreţami in tako je bila rojena ideja armiranega betona.
Monier je svoj izum leta 1867 predstavil na Pariški razstavi (ang. Paris Exposition,
1867) in zanj prejel patent. S tem se je začela prava revolucija betonov. Tako je ojačan,
armirani beton postal dobrodošla novost v tistih segmentih gradnje, katerih tedanji
graditelji še niso izkusili (mostovi, nebotičniki itd.). Ker armirani beton zdruţuje
natezno trdnost jekla s tlačno trdnostjo betona, je zmoţen prenašati velike obremenitve
in se ga pogosto uporablja v gradnji. Armirani beton se je razvil v izredno pomemben
konstrukcijski material.
Eden izmed najuspešnejših francoskih inţenirjev, ki je razvil sistem za armiranje
betona, je bil Francois Hennebique. Hennebique je začel z armiranjem plošč leta 1879
ter to tehniko razvil v celovito gradbeno metodo, ki jo je patentiral leta 1892. Vključil je
betonske nosilce, ki so bili armirani s stremeni in vzdolţnimi palicami ter so prevzemali
natezne sile, ki jih običajni beton ni dobro prenašal. V naslednjih letih je sistem za
armiranje stebrov, nosilcev in plošč izpopolnil in ga prikazal pri gradnji nekega
stanovanjskega objekta v Parizu. Hennebiqov sistem je bil hitro sprejet v Veliki
Britaniji in ZDA ter pravzaprav predstavlja temeljni način armiranja, ki je v uporabi še
danes. [44]
Zanimanje za armirane betonske konstrukcije v gradbeništvu je raslo še naprej in začela
se je gradnja velikega števila objektov različnih oblik in namenov, predvsem v mestih.
Na letališču Orly v Parizu je bil leta 1916 zgrajen hangar z razponom 75 metrov, ki ga
je projketiral Eugene Freyssinet (Slika 3.2). [45]
Slika 3.2: E. Freyssinet, Orly Hangar (1916) [46]
Tako je beton postal uporaben v mnogih pogledih, tudi kot material, ki lahko povzroči
gibanja novih druţbenih in političnih idej časa. Da je lahko beton tudi medij
arhitekturnega izraţanja, je dokazal ameriški arhitekt Frank Lloyd Wright, ko je beton
razumel kot material, ki ponuja neštete moţnosti oblikovanja. Primeri takšnega
pojmovanja materiala so druţinska hiša ''Nad slapovi'' iz leta 1935 in številne poslovne
zgradbe po vsej Ameriki. Z eksperimentiranjem z betonom kot materialom je v Franciji
nadaljeval Le Corbusier in leta 1954 zgradil cerkev Notre Dame du Haut v Ronchampu.
[45]
Prednapeti beton 3.2.4
Eugene Freyssinet je leta 1917 odkril še pomen mehanskega vibriranja za zgoščevanje
betona. Do takrat so beton zgoščevali ročno z lesenimi ali ţeleznimi palicami.
Freyssinet je sicer še bolj znan kot začetnik uporabe prednapetega betona.
Prednapenjanje vključuje ustvarjanje predhodnih tlačnih napetosti v betonu, katerega
glavni namen je preprečevanje razpok med obremenitvijo. Prednapenjanje se uporablja
z raztegovanjem jeklenih kablov, palic ali ţic v prednapeto stanje, zato takšne elemente
imenujemo prednapete. Freyssinetova raziskava je pokazala, da je uspešnost izvedbe
prednapetega betona odvisna od kvalitete betona in visoke razteznosti jekla. Leta 1934
je z uporabo tehnike prednapenjanja ustavil pogrezanje pristaniške postaje Le Havre, ki
se je počasi pogrezala v blato, in tako dokazal učinkovitost te metode. Med 2. svetovno
vojno so metodo prednapenjanja uporabljali Nemci za utrjevanje utrdb in za pokrivanje
marin za podmornice. Od leta 1949 se je z grajenjem mostu Walnut Lane Bridge v
Filadelfiji v ZDA začel hiter razvoj prednapenjanja konstrukcij. Prednapenjanje
omogoča projektiranje in gradnjo vitkih in obenem nosilnih betonskih konstrukcij s
prihrankom časa in materiala. [44]
Po drugi svetovni vojni so vedno bolj cenili lastnosti betona kot gradbenega materiala,
zlasti pri gradnji javnih objektov, kot so velike športne dvorane (Palazzetto dello Sport,
Rim, Pier Luigi Nervi 1957), stolpnice (City Hall v Tokiu, Kenzo Tange, 1964, Slika
3.3), letališča (JFK, New York Eero Saarinen, 1962), opera (Sydney, Jorn Utzon, 1973)
in nepredstavljivo veliko število drugih objektov, zgrajenih iz betona.
Slika 3.3: Tokyo City Hall (1964) [47]
Montaţni betonski elementi 3.2.5
Stari Rimljani so bili prvi, ki so beton vlivali v module za izdelavo betonskih blokov, s
katerimi so gradili kompleksna omreţja akvaduktov, prepustov in tunelov. Moderna
raba montaţne tehnologije vključuje raznolike arhitekturne in konstrukcijske montaţne
elemente. Industrija montaţnih betonskih konstrukcij se osredotoča na prednapete
betonske elemente, ki se uporabljajo pri nadzemnih konstrukcijah, kot so različni
elementi za nizkogradnjo, zgradbe, parkirišča in mostovi.
V moderni dobi so z uporabo montaţnih elementov pri gradnji začeli leta 1905 v
Liverpoolu v Angliji. Začetnik postopkov izdelave montaţnih elementov je bil
inţenir John Alexander Brodie. V Liverpoolu so leta 1906 s to tehniko zgradili
tramvajske postaje. Ideja moţnosti prefabriciranja betonskih elementov, ki se lahko kot
končni proizvodi dostavljajo na gradbišča, kjer se lahko vgrajujejo kot montaţni
betonski elementi ter tako olajšujejo delo, se je kasneje razširila po svetu, še posebej po
Vzhodni Evropi in Skandinaviji.
V ZDA je podjetje Palmer&Baker leta 1954 skonstruiralo premostitev jezera
Pontchartrain blizu New Orleansa iz montaţnih elementov. Prva mostna montaţna
konstrukcija z 2200 identičnimi segmenti, dolgimi 17 metrov in v skupni dolţini 38,4
kilometra, je bila dokončana leta 1956. Paralelni in krajši most je bil zgrajen 13 let
pozneje. Sestavlja ga 1500 identičnih segmentov. Montaţne elemente so proizvajali ob
obalnem delu, nakar so jih transportirali na mesto vgrajevanja, kjer so jih vgrajevali s
pomočjo velikih ţerjavov. Za tiste čase je bil most zgrajen rekordno hitro, in sicer v 14
mesecih, kar je zelo pocenilo stroške gradnje. V Münchnu so leta 1967 iz montaţnih
elementov zgradili tunelsko konstrukcijo za podzemno ţeleznico, ki pokriva 20.000
kvadratnih metrov površine. [45] Obstaja ţe veliko izjemnih primerov montaţne
gradnje, kot so Sydnejska opera v Avstraliji, Drţavni muzej in športna dvorana slavnih
v Natchitochesu, v Lousiani v ZDA (ang. Louisiana State Museum & Sports Hall of
Fame, Natchitoches, USA, 2013), Kulturni center Heydar Alijev v Bakuju v
Azerbajdţanu (ang. Heydar Aliyev Cultural Centre, Azerbaijan, 2012) itd. Na primer
prvi ločni montaţni most na svetu (ang. The West 7th
Street Bridge, Texas, USA) v Fort
Worth v Texasu, ZDA, je bil zgrajen leta 2014 (Slika 3.4). [48]
Slika 3.4: The West 7th Street Bridge v Fort Worth v Texasu (2014, ZDA) [48]
Običajni betoni 3.2.6
Dolgo so beton izdelovali kot preprosto mešanico cementa, vode in kamenega agregata.
Njegovo obdelovalnost so kontrolirali s količino zamesne vode. Kmalu so ugotovili, da
taka preprosta mešanica ni dovolj trpeţna, zlasti če je v njej velika količina vode in je
površina betona izpostavljena različnim agresivnim in uničujočim vplivom okolja.
Izvajalci so bili prepričani, da je beton pri visokih zgradbah uporaben le za temelje in
ustroje pritličij ali za varovanje jeklenih konstrukcijskih elementov pred poţari.
Razvoj betona visoke trdnosti se je v 60-ih letih prejšnjega stoletja začel najprej v
Chicagu, kjer so inovativni projektanti in proizvajalci betona začeli uporabljati tovrsten
beton za gradnjo velikih konstrukcij. V tem času je običajni beton dosegal tlačne
trdnosti samo od 15 do 30 MPa, zato je bil predlog podvojitve te trdnosti pravi izziv.
Cementi in dodatki, ki so jih takrat uporabljali, še niso omogočali proizvodnje betona
visoke trdnosti. Večji del cementov je bil bolj grobozrnat. Dodatki za zniţevanje
količine vode pa so bili takrat izdelani predvsem na osnovi lignosulfatov, stranskih
proizvodov iz proizvodnje celuloze in papirja. Če so se uporabljali v večjih količinah, so
povzročali veliko zračnih mehurčkov. [49]
Betoni visoke trdnosti 3.2.7
Ko so betonom začeli dodajati dodatke, kot je primerno obdelan elektrofiltrski pepel, se
je izkazalo, da se trdnost betona lahko izboljša do trdnosti 60 MPa in se s tem poleg
moţnosti gradnje zahtevnejših konstrukcij prihranijo tudi količine porabljenega betona.
Višje trdnosti še ni bilo mogoče doseči, ker še ni bilo na voljo primernih fluidifikatorjev
ter še niso znali izbrati primernih cementov (v mehanskih kot reoloških lastnostih), s
katerimi bi še dodatno zmanjšali vodocementni faktor na stopnjo od 0,35 do 0,40. Sledil
je hiter tehnološki razvoj dodatkov za zmanjševanje količine zamesne vode, ki so
zmoţni enakomerno porazdeliti cement (plastifikatorji, superplastifikatorji in
hiperplastifikatorji). V poznih 60-ih letih 20. stoletja so bili superplastifikatorji prvič
uporabljeni v betonu na Japonskem in v Nemčiji. Z uporabo superplastifikatorjev je bilo
moţno zniţati vodocementni faktor na 0,30. [49]
S pojavom učinkovitejših kemijskih dodatkov (polikarboksilatni hiperplastifikatorji) je
postalo tudi doseganje bistveno višjih trdnosti zelo enostavno. Danes tovrstni betoni
dosegajo trdnosti do okoli 100 MPa. Betoni visokih trdnosti imajo drugačno strukturo
kot običajni betoni. Vgradljivost teh betonov je dobra, ker je vodocementni faktor nizek
(med 0,20 in 0,40), medtem ko betoni s faktorjem nad 0,40 običajno ne dosegajo
visokih trdnosti. Imajo majhno poroznost zaradi pazljivo izbrane zrnavostne sestave
agregata visoke kvalitete in nizkega vodocementnega razmerja. Zato so manj prepustni
ter bolj kemijsko in mehansko odporni. [50] Ta vrsta betonov ohranja vsestranskost
konvencionalnega betona ter dosega trpeţnost in trdnost naravnega kamna. Mogoče jih
je enostavno oblikovati, obremeniti s prednapetimi kabli in mešati z različnimi vrstami
vlaken (mikroarmirani beton). [51]
Z uporabo mikrosilike, ki je zelo droben cementni nadomestek, je H.H. Bache v
laboratoriju na Danskem dosegel celo tlačno trdnost betona 280 MPa in pokazal, da je
končna tlačna trdnost betona odvisna ne samo od kvalitete, kvantitete in učinkovitosti
uporabljenih cementnih materialov, ampak tudi od stopnje zgoščenosti betona in
poroznosti trdnega cementnega kamna. Mikrosilika je stranski produkt izdelovanja
silicija ali ferosilicija. V proizvodnji betona so jo začeli uporabljati kot dodatek
cementnemu materialu šele v poznih 70-ih letih 20. stoletja v Skandinaviji. [49]
Betoni ultra visoke trdnosti 3.2.8
Poleg trdnosti bi moral imeti beton tudi boljše trpeţnostne značilnosti. To pomeni, da bi
moral biti visoko trdnosten in visoko zmogljiv (ang. high performance). Eden izmed
materialov, ki je bil razvit v zadnjih letih, je beton ultra visoke trdnosti (ang. ultra-high
strength concrete UHSC, poznan tudi kot reactive powder concrete RPC). Ta
material dosega trdnosti, višje od 150 MPa. Koncept RPC sta najprej razvila P. Richard
in M. Cheyrezy v ZDA leta 1994. Prvič je bil proizveden v zgodnjih devetdesetih letih v
francoskem podjetju Bouygues. Ta razmeroma nov material se običajno proizvaja iz
cementa, finega kremenčevega peska, mikrosilike, jeklenih vlaken (zagotavljajo
duktilnost mikroarmirani beton visokih trdnosti, Slika 3.5) in velike količine dodatkov
za zniţevanje količine zamesne vode (ang. high range water reducing admixture
HRWRA).
Slika 3.5: Mikroarmirani betoni ultra visokih trdnosti
Pri tem betonu se uporabljajo zelo nizki vodocementni faktorji. [52] Z njim se dosega
tlačne trdnosti od 125 do 195 MPa, ki so lahko celo višje od 200 MPa. Je zelo odporen
na prodiranje kloridnih ionov, ima visoko odpornost na zmrzovanje in druge škodljive
vplive okolja in je zato primeren za gradnjo zelo zahtevnih konstrukcij, kot so na primer
konstrukcije za hranjenje nuklearnih odpadkov, zelo visoki objekti (npr. Burj Khalifa
828 m v Dubaju, Slika 3.6), mostovi dolgih razponov itd.
Slika 3.6: Burj Khalifa, Dubai(2009) [53]
Uporabljajo se tudi kot konstrukcijska ali arhitekrurna prekrivna plast in na
kompleksnih fasadah (Slika 3.5). [49] Ta material se razlikuje od običajnih betonov ne
samo z vidika trdnosti, ampak tudi trpeţnosti zaradi nizkega vodocementnega faktorja
in zelo nizke poroznosti. Poleg visoke tlačne trdnosti, obstojnosti in odpornosti proti
obrabi so zanje značilne tudi velika duktilnost, absorbcija energije in odpornost na
kemikalije, vodo in temperature. Odpornejši so tudi na eksplozije, balistične sunke in
potrese.
Klasifikacija betonov 3.2.9
Z razvojem betona se je pojavila tudi potreba po klasifikaciji betonov. V današnjih časih
se zato pri projektiranju konstrukcij določi tudi marko betona, s katero določimo
potrebno tlačno trdnost betona. Glede na tlačno trdnost, doseţeno v otrdelem stanju,
ločimo:
običajne betone (med C12/15 in C50/60),
betone visoke trdnosti (med C55/67 in C90/105),
betone ultra visoke trdnosti (trdnosti, višje od 100 MPa).
Standard SIST EN 1992-1-1 (Evrokod 2) razlikuje poleg betonov običajnih trdnosti tudi
betone visoke trdnosti (ali visokotrdnostne betone). [41] Betoni ultravisokih trdnosti (ali
ultra visokotrdnostni betoni) ne spadajo v klasifikacijo betonov po tem standardu.
Pri betonih visoke in ultra visoke trdnosti se pojavljajo še drugačna poimenovanja, kot
so visokozmogljivi betoni (ang. High Performance concrete) in ultra visokozmogljivi
betoni (ang. Ultra-High Performance concrete). Medtem ko je beton visokih
trdnosti določen na osnovi tlačne trdnosti, avtor K. Mehta definira visokozmogljive
betone kot betonske mešanice, ki jih določajo obdelovalnost, visoka trpeţnost in visoka
končna trdnost. [54] Razvrščanje trdnosti tovrstnih betonov se malo razlikuje od
klasifikacije po trdnosti betonov visoke in ultravisoke trdnosti (Tabela 3.1).
Tabela 3.1: Primerjava običajnega cement-betona, visokozmogljivega in ultra
visokozmogljivega betona; poslovenjeno po [51]
Z razvojem betonov visokih zmogljivosti, betonov, ki se hitro strjujejo (ang. rapid-
setting concrete), novih dodatkov, ojačitev iz jekla, plastike, tekstila in steklenih vlaken
ter z razvijanjem cele vrste materialov, zaradi katerih je lahko beton laţji in trdnejši,
imajo gradbeni inţenirji današnjega časa dostop do enega izmed najmočnejših in
vsestranskih gradbenih materialov. Skupaj z najnovejšo tehnologijo za oblikovanje,
ravnanje, transportiranje in vgrajevanje zagotavlja nadaljnjo evolucijo in prihodnost
betona. Jasno je, da proizvodnja in raba vseh teh vrst betonov, predvsem
visokotehnoloških z različnimi vrstami cementov in kemijskih dodatkov, povzroča
velike obremenitve za okolje, ekonomijo in druţbo, ki kličejo k prenovitvi proizvodnje
in rabe betonov v smeri trajnostnega razvoja.
Parameter Cement-beton (običajen) Visokozmogljivi beton Ultra visokozmogljivi beton
Tlačna trdnost (Mpa) ˂ 50 ≈ 100 ˃ 200
Vodocementni faktor ˃ 0,5 ≈ 0,3 ˂ 0,2
Kemični dodatki ni potrebno potreben superplastifikator potreben superplastifikator
Mineralni dodatki ni potrebno elektrofiltrski pepel ali mikrosilikamikrosilika ali ultrafin
elektrofiltrski pepel, bistveno
Vlakna koristno koristno bistveno
Aeranti potrebno potrebno ni potrebno
Obdelava konvencionalna konvencionalna toplotna obdelava s pritiskom
Koeficient difuzije klorida
(stabilno stanje x10-
12m2/s)
1 0,6 0,02
4 TRAJNOSTNA GRADNJA
Trajnostna ali zelena gradnja je izid projektantske filozofije, ki se osredotoča na
povečanje učinkovite rabe virov (energija, voda, surovine), medtem ko zmanjšuje
negativne vplive gradnje na človekovo zdravje in okolje skozi celotni ţivljenjski cikel
zgradbe od zasnove projektiranja, gradnje, delovanja, vzdrţevanja (popravljanje),
obnove (zamenjava elementov) do rušitve in odlaganja ali recikliranja. Trajnostna
gradnja zmanjšuje negativne vplive na zdravje človeka, na okolje in gospodarstvo. Ta
pristop se širi in dopolnjuje klasične naloge projektiranja gradnje. Te se nanašajo na
gospodarnost, uporabnost, trpeţnost (ang. durability), varnost in udobje. [55]
Zgodovina trajnostne gradnje 4.1
Zgodovino trajnostne gradnje lahko delimo na tri obdobja:
obdobje od prvih trajnostnih bivališč, ki sega tisočletja nazaj, do industrijske
revolucije obdobje enostavne gradnje;
obdobje od industrijske revolucije do 70-ih let prejšnjega stoletja, za katero so
značilne kompleksne jeklene in betonske konstrukcije (visokogradnja –
nebotičniki in nizkogradnja predori, mostovi, kanali, ţeleznice itd.) ter velika
energetska potratnost;
obdobje od 70-ih let prejšnjega stoletja, ko je narasla cena nafte, zato so
raziskovalci pričeli iskati energetsko bolj učinkovite rešitve, začela pa so se tudi
prva okoljevarstvena gibanja.
Obdobje do industrijske revolucije
Trajnostna gradnja v praksi je v mnogo pogledih starodavna. Ljudje so gradili zavetišča
ţe tisoče let. Pri tem pa so vedno uporabljali lokalne materiale. Čeravno bivališča niso
bila zgrajena iz umetnih ali sintetičnih snovi, niso bila nujno zdrava za ţivljenje, saj so
bila nedvomno nagnjena k prašenju, plesnobi in dimljenju. Posledice tovrstnega
onesnaţevanja so bile v splošnem omejene, ker so bila zavetišča običajno zelo prepišna.
Največkrat so zavetišča bila prilagojena lokalnim klimatskim razmeram.
Ţe pred našim štetjem pa so se pojavili prvi primeri trajnostne gradnje. Sokratovi zapisi
pričajo o starodavnih načelih trajnostne gradnje ţe leta 400 pred našim štetjem. Sokrat
je začetnik ene prvih sodobnih tehnik ''zelene'' gradnje (pasivnega sončnega ogrevanja).
Zapisal je, da v hišah, ki so obrnjene proti jugu, sonce prodira v zgradbo pozimi,
medtem ko je poleti pot sonca natanko nad našimi glavami in nad streho, zato je senca
le tik ob stenah. [56]
Če pogledamo gradnjo nekaterih staroselskih kultur, lahko opazimo, da so se pri
izbiranju lokacij in krajev za gradnjo prilagodile na podnebje in kraj. Na primer,
grenlandski igluji v pokrajini Thule in igluji, ki so jih gradili ljudje iz Centralne Arktike,
so bili izdelani iz lokalnih materialov, iz snega, tako da so ustvarjali toplotno kapaciteto
in odpornost na veter (Slika 4.1).
Slika 4.1: Inuitski iglu [57]
Naslednji primer so tipiji severnoameriških Indijancev, izdelani iz rastlinskih in
ţivalskih materialov, ki jih je bilo moč najti na območju gradnje (Slika 4.2). [58]
Slika 4.2: Indijanski tipiji [59]
Podobne gradnje najdemo še v današnjih časih pri različnih nomadskih skupnostih v
Centralni Aziji, Rusiji itd. Takšni šotori so lahki in enostavni za transport. Izkoriščajo
prednosti naravnih konvekcijskih tokov. Prav tako so primerni za ponovno uporabo
skozi generacije.
Okrog leta 1200 našega štetja so Indijanci Anasazi uporabljali tehnike zelene gradnje za
izgradnjo svoje palače pod klifi ''Cliff Palace'' v narodnem parku Mesa Verde, v ZDA
(Slika 4.3). Pleme iz juţnega Kolorada je vpeljalo sodobne tehnike ''zelene gradnje'' v
svoje konstrukcije na juţni strani vasi Mesa Verde. Palačo pod klifi prepoznamo kot
starodavni primer zelene gradnje. [60] Dovolj dobro so razumeli pomen sonca in
naravnih skalnih formacij, da so vzpostavili pasivne solarne tehnike za hlajenje,
ogrevanje in osvetljevanje.
Slika 4.3: Palača pod klifi [61]
Pred 20. stoletjem so gradbeniki in arhitekti gradili z razumevanjem gradnje in
ţivljenjskega cikla konstrukcije. Vključevali so trajne pasivne zasnove in preproste
mehanizme za ogrevanje, hlajenje in osvetljevanje prostorov. Ti mehanizmi so bili tako
preprosti in za današnja merila poceni, da se lahko še sedaj učimo njihovih osnov
klimatskega projektiranja.
Obdobje po industrijski revoluciji
V 30-ih letih prejšnjega stoletja se je začelo preoblikovanje urbane pokrajine z novimi
tehnološkimi prijemi. Pojav klimatskih naprav, nizkovatnih fluorescenčnih svetil,
konstrukcijskega jekla in odsevnega stekla je omogočil gradnjo zaprtih stekleno-
jeklenih konstrukcij, ki so jih lahko segrevali in hladili z velikimi sistemi HVAC (velike
klimatske naprave), zahvaljujoč poceni fosilnim gorivom. Te tehnologije so na ţalost
pomenile začetek nazadnjaštva v gradbeništvu in arhitekturi. Projektanti so pričeli
ignorirati posledice takšnega ravnanja na klimatske razmere ter njihov vpliv na zgradbe
in stanovalce. Naraščanje kompleksnosti industrije je prav tako prineslo specializacijo
in izvedence, kar je vodilo k izgubi tako kadra s splošnim znanjem kot tudi gradbenikov
in arhitektov. Specializacija je povzročila vse slabšo komunikacijo med izvedenci,
posledica česar je bilo pomanjkljivo razmišljanje celotnega sistema pri projektiranju
različnih konstrukcijskih elementov. Ta problem je spodbudill projektante 21. stoletja k
integriranemu procesu projektiranja, ki bi vključeval vse udeleţene v projektiranje,
investiranje in gradnjo konstrukcij.
Obdobje od 70-ih let prejšnjega stoletja
V 70-ih letih se je majhna, napredno razmišljujoča skupina arhitektov, gradbenikov,
okoljevarstvenikov in ekologov navdušila nad deli Victorja Olgyaya (ang. nasl. Design
with Climate), Ralpha Knowlesa (ang. nasl. Form and Stability) in Rachel Carson (ang.
nasl. Silent Spring) ter zasnovala vprašanje smotrnosti gradnje na ta način. Kot odziv na
energetsko krizo je leta 1973 Ameriški arhitekturni inštitut (ang. American Institute of
Architects AIA) zasnoval delovno skupino za energetiko, kasneje so imenu dodali še
naziv ''Odbor za energetiko'' (ang. AIA Committee on Energy). Prav tako je bil leta 1977
v Zdruţenih drţavah Amerike ustanovljen Oddelek za obravnavo porabe in ohranjanja
energije (ang. Department of Energy). V Koloradu pa so v istem letu ustanovili Inštitut
za solarno energijo (ang. Solar Energy Research Institute).
V Kanadi so zgradili ohranitveno hišo Saskatchewan (ang. The Saskatchewan
Conservation House) kot praktični primer konstrukcije s super izolacijskim ovojem.
Omogočala je ogrevanje prostora preko ventilacije in minimalno izmenjavo toplote po
sistemu zrakzrak.
Leta 1979 je Edward Mazria izdal knjigo o pasivni sončni energiji (ang. The Passive
Solar Energy Book). V letu 1980 je Zdruţenje gradbenega sektorja Svet za industrijo
pasivne sončne energije ustanovilo Svet za trajnostno gradbeno industrijo (ang. The
Sustainable Buildings Industry Council SBIC).
V letu 1982 je bil zgrajen prvi prototip sončnega stolpa manjšega obsega v Manzanari v
Španiji. V osemdesetih so Nemec Thomas Herzog, Malezijec Kenneth Yeang in
Angleţa Norman Foster ter Richard Rogers eksperimentirali s prefabriciranimi
energetsko učinkovitimi stenskimi sistemi, sistemi za odvajanje vode in modularnimi
enotami, ki so zmanjševale gradbene odpadke. Skandinavske vlade pa so določile
minimume za dostop dnevne svetlobe in krmiljena okna v delovnih prostorih.
Leta 1987 je Svetovna komisija za okolje in razvoj pod vodstvom norveške premierke
Gro Harlem Bruntland predvidela prvo definicijo pojma ''trajnostni razvoj'', ki pravi, da
zadovoljevanje potreb v sedanjosti ne sme ogroţati prihodnjih generacij pri
zadovoljevanju njihovih potreb.
Bo Adamson in Wolfgang Feist sta leta 1988 pričela razvijati standarde evropske
''pasivne hiše''. Dve leti kasneje so zgradili prvo evropsko pasivno hišo v Kranichsteinu
v Nemčiji. Ta hiša je celotne potrebe po energiji zmanjšala za 6070 % (primerljivo z
osnovnimi gradbenimi standardi tistega časa).
Ob istem času je bil v Evropi ustanovljen BREEAM (ang. Building Research
Establishment Environmental Assessment Methodology), sistem za ocenjevanje
energetske učinkovitosti v gradbeništvu. Danes ima ta program v svojem portfoliu
registriranih preko 250000 objektov. Najbolj ambiciozno mednarodno prizadevanje tega
časa je bilo t. i. Green Building Challenge (oktober 1998, Kanada) s predstavniki iz 14-
ih drţav. Namenili so se ustvariti mednarodno orodje za ocenjevanje, ki upošteva
okoljska, ekonomska in druţbena razmerja pravičnosti na regionalnih in nacionalnih
ravneh.
Leta 2002 je David Gottfried, ustanovitelj USGBC, ustanovil še Svetovno zdruţenje za
zeleno gradnjo WGBC (ang. The World Green Building Council WGBC). V Sloveniji
deluje zdruţenje za zeleno gradnjo od leta 2010 in se imenuje Slovensko zdruţenje za
trajnostno gradnjo.
Leta 1992 so v ZDA pripravili vodič za okoljske vire (ang. AIA Environmental
Resource Guide), ki je prva ocena gradbenih proizvodov, temelječa na analizi
ţivljenjskega cikla. Potrjen je bil z velikim številom gradbenih proizvajalcev, ki so
proizvedli izdelke z večjo mero ekološke občutljivosti. Istega leta se je zgodil eden
izmed pomembnejših premikov – ko je zasedala konferenca Zdruţenih narodov za
okolje in razvoj, v Riu de Janeiru – ''Vrh o zemlji'' (ang. ''Earth Summit''). Izdali so
Agendo 21, osrednji načrt za doseganje globalne trajnosti, deklaracijo Rio za okolje in
razvoj ter izjave o načelih ravnanja z gozdovi, o klimatskih spremembah in o
biodiverziteti.
Leta 1994 je bil napisan Vodnik za energetsko in okoljsko projektiranje LEED (ang.
Leadership in Energy and Environmental Design). Od leta 1994 do 2016 se je LEED
razvil v celovit sistem medsebojno povezanih standardov, ki pokrivajo področja od
projektiranja in gradnje do vzdrţevanja in obratovanja zgradb. Trenutno je eden
vodilnih programov certificiranja zelene gradnje v svetu. V letu 1996 je bil v
Darmstadtu v Nemčiji ustanovljen Inštitut za pasivne hiše (nem. Passivhaus-Institut) in
je bil tiste čase edini mednarodno poznan po standardih energetske učinkovitosti v
gradbeništvu.
V sodelovanju z Edwardom Mazrio je bila leta 2002 ustanovljena neprofitna
raziskovalna organizacija Architecture 2030 z namenom, da se pospeši trende v
gradbeni industriji za doseganje ogljične nevtralnosti do leta 2030 (to pomeni brez
uporabe fosilnih goriv za obratovalno energijo zaradi izpustov toplogrednih plinov).
[62]
Evropska komisija je leta 2005 uvedla Program za trajnostno gradnjo GBP (ang. Green
Building Programme). To je prostovoljni program, ki zajema izboljšave energetske
učinkovitosti nestanovanjskih zgradb v Evropi na prostovoljnih predlogih. Program
nagovarja lastnike nestanovanjskih zgradb, da se zavedo stroškovno učinkovitih
meritev, ki bi izboljšale energetsko učinkovitost njihovih objektov z enim ali več
tehničnimi posegi. Program zajema nove in obstoječe zgradbe. [63] [64]
V letu 2010 so bili izdani mednarodni konstrukcijski standardi za zeleno gradnjo (ang.
The International Green Construction Code IGCC), ki regulira gradnjo novih in
obstoječih poslovnih zgradb. Namen teh standardov je pomoč pri gradnji trajnostnih
zgradb v poslovnem in stanovanjskem sektorju. [65]
Zelena oz. trajnostna gradnja je v Evropi in Ameriki vedno bolj razširjena, njen trţni
deleţ pa raste letno več kot 40 %. V letu 2013 je Evropska komisija odprla javno
razpravo o vplivu ţivljenjskega cikla na zgradbe, ki bi pomagala osnovati nove
energetske standarde in certifikate za zgradbe prihodnosti. V Evropi so zgradbe
odgovorne za 40 % porabe energije. Manj potraten pristop k porabi energije pa je eden
izmed glavnih ciljev EU, ki vodi k zmanjšanju izpustov CO2. [66]
Najbolj odmevna pa je bila zadnja podnebna konferenca v Parizu novembra 2015, kjer
so sprejeli Agendo za trajnostni razvoj do leta 2030 (ang. Transforming our World: the
2030 Agenda for Sustainable Development). Ta agenda je načrt ukrepanja za ljudi,
planet, blaginjo, mir in sodelovanje. Zadali so si 17 ciljev, ki se posredno in neposredno
navezujejo tudi na trajnostno gradnjo in nagovarjajo drţave k nemudnemu ukrepanju za
zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov ter pozivajo k prizadevanjem, da se povprečna
temperatura zemlje ne bi zvišala za več kot 1,5 ⁰C. Pariški sporazum ţeli uvesti ''novi
svet'', ki predstavlja konec dobe fosilnih goriv, neto ničelne izpuste toplogrednih plinov
in pritrjuje močan mehanizem za reševanje klimatskih sprememb. [67]
Aktualne konference in srečanja, ki so se odvijali v preteklem letu na področju
trajnostne gradnje, so še npr.: Greenbuild (2015), Mednarodna konferenca in expo v Los
Angelesu, ZDA; SBE 16 – Mednarodna konferenca o trajnostno grajenem okolju (ang.
International Conference on Sustainable Built Environment), ki se je odvijala v
Hamburgu v Nemčiji. V septembru 2016 se bo odvijala Mednarodna konferenca o
zeleni gradnji v Singapurju (ang. International Green Building Conference 2016). V
marcu 2017 bo v Parizu organizirana ţe 19. Mednaroda konferenca o zeleni gradnji
(ang. The ICGB 2017 19th International Conference on Green Building). V juniju
2017 bo v Hongkongu potekala Svetovna konferenca o trajnostno zgrajenem okolju
(ang. The World Sustainable Built Environment Conference 2017 Hong Kong
WSBE17 Hong Kong). Pogostost takšnih srečanj v zadnjih letih kaţe na velik napredek
in pomembnost na področju trajnostne gradnje.
Kriteriji trajnostne gradnje in betoni 4.2
Za trajnostno gradnjo velja, da v času projektiranja, gradnje, ţivljenjske dobe, rušenja in
odlaganja (recikliranja) ostankov zgradb sledi načelu skrbnega ravnanja z okoljem in
ohranjanja naravnih virov ter da je njihova gradnja in uporaba ekonomična. Trajnostne
zgradbe morajo biti prijazne do uporabnika in njegovega zdravja, izpolnjevati morajo
pričakovanja glede funkcionalnosti in prispevati k ohranjanju druţbenih in kulturnih
vrednot.
Ključni problem predstavlja razvoj kriterijev za trajnostno gradnjo, s katerimi se lahko
dokazuje okoljsko prijaznost, ekonomsko učinkovitost in druţbeno sprejemljivost
zasnovane zgradbe. Metode za okoljske in trajnostne ocene imajo pomembno vlogo, saj
nam prinašajo znanja in ozaveščajo o našem ravnanju z okoljem. V gradbeništvu in
arhitekturi te metode oz. orodja pomagajo razvijati gradnjo tako, da ima manjše
ekonomske, okoljske in socialne vplive. V svetu poznamo preko 250 metod, s katerimi
ocenjujemo, kako trajnostna, če upoštevamo vse tri vidike trajnosti, ali kako zelena oz.
okolju prijazna je gradnja. Teţava teh metod je, da zaradi kriterijev, vezanih na kraj
nastanka, niso neposredno prenosljive v drugo okolje. Kljub temu, da ţelimo z metodo
trajnostnega vrednotenja zgradbe oceniti vse tri vidike trajnostne gradnje, so dandanes
uporabnikom dosegljiva predvsem merila za okoljsko komponento presoje. Konkretna
merila za presojo preostalih dveh področij trajnostnega vidika gradnje zgradb
(ekonomskega in druţbenega vidika) se v evropskem prostoru intenzivno razvijajo. [68]
Gradbeni sektor se spopada s štirimi glavnimi vplivi na okolje:
izpusti toplogrednih plinov,
poraba energije,
izkoriščanje (raba, izraba) naravnih virov in
nastajanje trdnih odpadkov.
Trajnostna gradnja v prvi vrsti pomeni pravilno izbiro materialov in izvedbo. Pri tem sta
najpomembnejša dva vidika:
celotni ţivljenjski cikel objekta, na katerega najbolj vplivajo izbira materialov,
izvedba in vzdrţevanje. Trajnostni vidik uvaja v gradbeništvo materiale, ki
zgornjim kriterijem čim bolj ustrezajo;
prilagodljivost, ki se kaţe v zmoţnosti zadovoljiti različne potrebe uporabnikov.
Socialna in ekonomska perspektiva trajnostne gradnje v ospredje postavlja naslednje
vidike:
obvladljivost direktnih stroškov bivanja,
obvladljivost indirektnih stroškov bivanja,
dostopnost stanovanj rizičnim skupinam (starejši, socialno ogroţeni itd.),
psihološka in socialna funkcija stanovanj,
kriteriji širitve območij, primernih za bivanje.
Z ozirom na energetsko ter ekološko učinkovitost, v ţelji po izboljšanju kakovosti
ţivljenja ter po učinkoviti rabi naravnih virov tudi na področju gradnje objektov
potrebujemo:
energetsko sanacijo obstoječih zgradb,
trajnostne kriterije za novogradnje,
racionalno rabo naravnih, neobnovljivih virov,
uvajanje in rabo obnovljivih virov energije,
učinkovito rabo zemljišč,
učinkovito rabo energije,
izbiro gradbenih materialov po kriterijih ''vgrajene energije'' (energije, porabljene
za njihov nastanek in uporabo), obnovljivosti ter stroškov uničenja ali reciklaţe,
mejne ravni porabe vode kot tudi nadzor nad njeno kakovostjo,
doseganje večjega udobja bivanja z manj vlaganji, zlasti po poti tehnoloških
inovacij in inovacij v storitvenih dejavnostih. [69]
Od 90-ih let prejšnjega stoletja dalje je bilo razvitih kar nekaj metod za kompleksno
oceno okoljske kvalitete zgradb v različnih regijah in drţavah. Te metode se uporabljajo
za certificiranje kompleksne kvalitete zgradb v določenih fazah ţivljenja, faze pred
gradnjo, faze gradnje in faze uporabe. Tabela (Tabela 4.1) kaţe kratek pregled nekaterih
dostopnih orodij oz. metod, ki se v največji meri ukvarjajo z okoljskimi vplivi in ne
toliko z ocenjevanjem trajnosti infrastrukture in transporta. Orodij za ocenjevanje
trajnosti infrastrukture in transporta ni veliko. Trenutno se v nekaterih drţavah za
ocenjevanje transporta uporabljajo orodja GreenLITES (ZDA), Greenroad (ZDA),
STARS (ZDA) in INVEST (ZDA), za ocenjevanje infrastrukture pa SEEQUAL (Velika
Britanija), ENVISION (ZDA) in IS (Avstralija). [70]
Tabela 4.1: Nekatera orodja in metode za okoljsko in trajnostno vrednotenje zgradb;
poslovenjeno po [70]
V Sloveniji na Gradbenem inštitutu ZRMK skupaj s Slovenskim gradbenim grozdom in
drugimi tujimi partnerji projekta FP7 OPEN HOUSE (20102013 www.openhouse-
ORODJE Država Komentarji
SBTool MednarodnoiiSBE- metodologija za razvoj regionalnih
orodij
BREEAM Velika BritanijaOrodje za vrednotenje, merjenje in
delitev znanj o zgrajenem okolju
LEED ZDAVodnik za Energetsko in okoljsko
načrtovanje
DGNB Nemčija Nemška druţba za trajnostno gradnjo
BNB Nemčija Sistem certificiranja za zvezne zgradbe
CASBEE Japonska Celovit sistem za ocenjevanje zgradb
HQE FrancijaVisoko kakovostno okolje(Haute qualite
environmentale)
Protocollo Itaca ItalijaTemelji na mednarodni metodologiji
ocenjevanja SBTooliiSBE
SBToolCZ ČeškaTemelji na mednarodni metodologiji
ocenjevanja SBTooliiSBE
SBToolPT PortugalskaTemelji na mednarodni metodologiji
ocenjevanja SBTooliiSBE
fp7.eu) razvijajo skupno, pregledno evropsko metodo za trajnostno vrednotenje zgradbe,
ki temelji na standardih, pripravljenih v okviru CEN/TC 350 in ISO TC59/SC17.
Metoda upošteva aktualne direktive podnebno energijskega paketa, še posebej
prenovljeno Direktivo EPBD (31/2010/EU) in gradi na izkušnjah obstoječih metod
vrednotenja zgradbe (LEED, BREEAM in še posebej DGNB). Kazalniki trajnostne
gradnje so zdruţeni v več skupinah:
1. okoljski kazalniki,
2. druţbeni in funkcionalni,
3. ekonomski,
4. tehnični,
5. procesni in
6. kazalniki lokacije zgradbe.
Nadaljnji razvoj bo potekal tako v smeri podrobnejše opredelitve kazalnikov kot tudi v
smeri vzpostavljanja potrebnih pogojev v drţavah za uveljavitev trajnostne gradnje
(podatkovnih baz, večje zavezanosti gradbene industrije za trajnostno gradnjo,
zakonodaje o zelenem naročanju). [68]
Vsi ti pomembni in relevantni kriteriji trajnostne gradnje se morajo upoštevati tudi pri
betonih in betonskih konstrukcijah, o katerih teče beseda tudi v naslednjih poglavjih,
vključno z:
okoljskimi, socialnimi in ekonomskimi zahtevami trajnostne gradnje,
tehničnimi in tehnološkimi zahtevami (tehnična učinkovitost, funkcionalna
učinkovitost in trpeţnost betona ali betonske konstrukcije),
fazami ţivljenjskega cikla skozi celotno ţivljenjsko dobo betona oz. betonske
konstrukcije ter
raznolike funkcionalne enote (sestavine betona, beton, betonske komponente,
celotna bet. konstrukcija, ceste itd.).
Pri tem je potrebno upoštevati osnovna vprašanja v zvezi s posamezno fazo
ţivljenjskega cikla. Glede na različne tipe betonskih konstrukcij (zgradbe, mostovi,
ceste itd.) je potrebno določiti skupine osnovnih kriterijev oz. vprašanj, ki se jih lahko
vključi v orodja za presojo trajnosti določenega tipa konstrukcije. Potrebno je upoštevati
tudi določene regionalne značilnosti v povezavi s surovinami za betone, z raznoliko
energetsko oskrbo, s podnebnimi pogoji, z raznoliko tehnologijo proizvodnje in grajenja
ter kulturnih tradicij. [70]
Standardizacija 4.3
Pomembno vlogo pri procesu razvoja trajnostnih kriterijev v gradbeništvu igrajo tudi
dejavnosti v zvezi s standardizacijo. Pri procesu razvoja metodologij za ocene trajnosti
igrajo večjo vlogo standardni postopki na mednarodni (ISO) in evropski ravni (CEN;
CEN/TC350 Trajnost gradbenih del). Obstoječi standardi definirajo metodološko
osnovo razvoja orodij za ocenjevanje na regionalni ravni in zagotavljajo regionalno
pomembne podatke, ki so potrebni za oceno trajnosti. Večji del današnjih standardov je
osredotočenih na oceno trajnosti zgradb. Narašča pa tudi potreba po razvoju
metodologije in orodij za infrastrukturo, kot so mostovi, ceste, jezovi itd.
1. Standardi ISO
ISO razvija niz mednarodnih standardov, ki pokrivajo načela trajnosti v zvezi z
zgradbami in drugimi inţenirskimi deli (Tabela 4.2). [70]
Tabela 4.2: Zbirka ISO standardov za oceno trajnosti; poslovenjeno po [70]
Pomembnost skrbi za trajnost zgradb in drugih inţenirskih objektov je določena v
standardu ISO 15392. Usklajenost z obstoječimi okoljskimi standardi, kot jih poznamo
iz druţine standardov ISO 14000, ISO 15686 in ISO 21930, je ohranjena na enak način
kot so standardi pri ISO/TC71, usklajeni z ISO/TC59 in ISO/TC98. [70]
METODOLOŠKA OSNOVA
ISO 15392 Trajnost gradbenih konstrukcij Splošna načela
ISO 21929-1
Trajnost gradbenih konstrukcij Trajnostni kazalci 1. del:
Okvir za razvoj indikatorjev v osnovnem nizu kazalcev za
zgradbe
ISO/NP TS 12720Trajnost pri gradbenih konstrukcijah Vodič za uporabo
splošnih načel trajnosti (v fazi priprave)
ZGRADBE
ISO 21931-1
Trajnost gradbenih konstrukcij Okvir za metode ocene
okoljske učinkovitosti konstrukcijskih del 1. del:
Zgradbe)
ISO/CD 16745-1Okoljska učinkovitost zgradb meritve ogljika v zgradbah -
1. del: Faza rabe (v fazi priprave)
GRADBENO INŽENIRSKI OBJEKTI
ISO/DIS 21929-2
Trajnost zgradb in inženirskih objektov Trajnostni
kazalniki 2. del: Okvir za razvoj kazalnikov za inženirske
objekte (v fazi priprave)
GRADBENI PROIZVODI
ISO 21930Trajnost gradbenih konstrukcij Okoljske deklaracije
gradbenih proizvodov
Za oceno trajnosti betonov in betonskih konstrukcij so pripravili skupino standardov, in
sicer ISO 13315 Okoljski menedţement za betone in betonske konstrukcije:
1. del: Splošna načela (ISO 13315-1: 2012);
2. del: Sistemske omejitve in inventarizacija (ISO 13315-2: 2014) za izvedbo
analize LCA betonov, montaţnih betonov in betonskih konstrukcij.
V nastajanju sta še:
3. del o okoljskem načrtovanju betonskih konstrukcij (ISO/DIS 13315-4) in
8. del (ISO/CD 13315-8) o okoljskih oznakah in deklaracijah3 betona. [70]
2. Standardi CEN
Tehnični komite CEN TC 350 je izdal nove evropske standarde Trajnost gradbenih del
(ang. Sustainability of construction works), ki zagotavljajo sistem za oceno trajnosti
zgradb in drugih gradbenih del s pomočjo uporabe pristopa ţivljenjskega cikla
Tabela 4.3: Sklop standardov CEN/TC 350, ki so povezani z oceno trajnosti; poslovenjeno po
[70]
3Sistem okoljske deklaracije proizvoda (ang. Environmental product declaration EPD) prispeva trajnostne kriterije
po katerih se ocenjujejo proizvodi. Nastal je kot odziv na zanimanje po okoljskih informacijah gradbenih proizvodov
(raba naravnih surovin, poraba energije in izpusti) s strani proizvajalev in porabnikov ter zajema okoljske, ekonomske
in socialne vidike deklariranja.
in kvantitativnih kazalnikov za okoljske, socialne in ekonomske učinkovitosti zgradb.
Sklop standardov CEN/TC 350 je prikazan na spodnji tabeli (Tabela 4.3).
Krožno gopodarstvo 4.4
Nekatere vpoglede v zgrajeno okolje in trajnostno gradnjo zagotavlja polje kroţnega
gospodarstva, iz katerega se je razvila večina današnjih standardov in metodologij za
trajnostno gradnjo. Običajno proučuje vidike sociologije, okolja, ekonomije in
tehnologije. Na okoljsko problematiko gleda s pristopom sistemskega razmišljanja (ang.
systems thinking).
Kroţno gospodarstvo (Slika 4.4) je koncept, ki je nastal kot odziv na pritisk rastočega
gospodarstva in potrošnje na omejene vire in nosilno sposobnost okolja. Prehod v
kroţno gospodarstvo se zato usmerja v ponovno uporabo, popravila in recikliranje
obstoječih materialov in izdelkov. Temelji na uporabi energije iz obnovljivih virov,
opušča uporabo nevarnih kemikalij, zniţuje porabo surovin ter preko skrbne zasnove
izdelkov nastajanje odpadkov zniţuje proti ničelni stopnji (ang. zero waste). Koncept
izhaja iz opazovanja metabolizma oz. presnovnega obnašanja in cikličnosti naravnih
sistemov, v katere je trajnost ţe naravno vgrajena in kjer vsaka komponenta optimalno
dopolnjuje celoto. Skozi holistični vidik prepoznava, da mora v reševanje problemov
vključevati razumevanje povezav, ki obstajajo med naravnimi in industrijskimi sistemi.
Slika 4.4: Krožno gospodarstvo [71]
Osredotoča se na odmike pri industrijskih procesih iz linearnih (odprta zanka) sistemov,
pri katerih se surovine in kapitalske naloţbe gibljejo skozi sistem tako, da postanejo
odpadek, v sistem zaprte zanke, kjer lahko odpadki postanejo vhodni elementi za nove
procese. Proizvodi v kroţnem gospodarstvu so skrbno zasnovani tako, da omogočajo
kroţenje materialov in ohranjajo dodano vrednost, kolikor dolgo je to le mogoče.
Znotraj gospodarstva ostajajo tudi potem, ko material ali izdelek doseţe konec svoje
ţivljenjske dobe. Pomeni zapiranje ţivljenjskega cikla proizvoda tako, da postanejo
tokovi odpadkov surovine za industrijo enake ali druge vrste (npr. recikliranje betona,
alternativni cementni materiali, alternativna goriva itd.). Iz tega sledi zmanjšanje
okoljskih vplivov vključenih industrij. [71]
Nesprejemanje koncepta ''odpadkov'' je tudi v gradbeništvu eden najbolj pomembnih
izidov kroţnega gospodarstva. To se lahko doseţe s projektiranjem vseh komponent iz
recikliranih materialov (npr. betoni) in za hitro demontaţo (npr. montaţni betonski
elementi). Gradbeni konstrukcijski elementi bi morali biti projektirani tako, da se lahko
odstranijo ali odvijejo, namesto rušijo na mestu, kar še posebej velja za betonske
konstrukcije. [72] Pri betonskih konstrukcijah bi lahko kroţni tok izgledal tako, da bi se
upoštevalo naslednja štiri pravila:
zgradbe bi morale biti demontaţne;
gradbeni proizvodi bi morali biti razstavljivi;
materiali gradbenih proizvodov bi morali biti primerni za recikliranje;
učinki razgradnje pri recikliranju materialov bi morali biti neškodljivi. [72]
Sicer pa je trajnost gradbenega industrijskega sektorja odvisna od načina uporabe/rabe
virov ţe na začetku procesov:
iz neobnovljivih virov v obnovljive (npr. obnovljivi viri energije itd.),
z visoke ravni ustvarjanja odpadkov do visokih ravni ponovne uporabe in
recikliranja (npr. montaţni betonski elementi, armatura itd.) in
od proizvodov, ki temeljijo na niţjih stroških, do tistih, ki temeljijo na stroških
ţivljenjskega cikla in polnem stroškovnem računovodstvu (ang. full cost
accounting – FCA), zlasti če se uporabljajo odpadki in izpusti iz industrijskih
procesov, ki podpirajo gradbeno dejavnost.
Učinkovita raba virov in kroţno gospodarstvo sta preko strateških dokumentov, kot
sta Načrt za Evropo, Gospodarno z viri in Sedmi okoljski akcijski program EU, postala
razvojna cilja Evrope do leta 2030 in naprej. [71]
5 TRAJNOSTNI VIDIKI BETONOV IN BETONSKIH
KONSTRUKCIJ
Trajnostni betoni in betonske konstrukcije 5.1
Trajnostne betone je teţko točno definirati. Razvijajo se kot posledica zavedanja o
našem škodljivem ravnanju z okoljem, druţbo in ekonomijo. Pri trajnostnih betonih nas
zanima, kako lahko izboljšamo lastnosti betona, da zniţujemo okoljske odtise z
uvajanjem karakteristik kontroliranega obnašanja (ang. performance-based
specification). Če se bo industrija betona razvijala v skladu s trajnostnimi načeli, morda
nekoč v prihodnosti naziv ''trajnostni'' ne bo več potreben, ker bodo vsi betoni trajnostni.
Trajnostni materiali so v splošnem tisti materiali, ki zagotavljajo okoljske, druţbene in
ekonomske koristi, medtem ko ščitijo javno zdravje in okolje skozi celoten ţivljenjski
cikel, od pridobivanja surovin do končnega odstranjevanja, odlaganja ali recikliranja
(ponovne uporabe). Tako morajo trajnostni betoni prav tako ustrezati tem zahtevam.
Zato je potreben razvoj učinkovitih pristopov za projektiranje ţivljenjskega cikla betona
in upravljanja zgradb, delno ali v celoti zgrajenih iz betona, ki bodo zagotavljali, da bo
njihova trajnost izboljšala fizikalne lastnosti, stroškovno učinkovitost in okoljsko
neoporečnost. Potrebne so analize vseh faz ţivljenjskega cikla, ki so raziskave in ocene
njegovega okoljskega vpliva, potrebnih procesov in storitev.
Na podlagi tega so ţe osnovali nekatere razlage o tem, kaj naj bi trajnostni betoni oz.
trajnostna betonska konstrukcija bila. Po Nordic Concrete Network je trajnostna
betonska konstrukcija definirana tako: ''Okoljsko trajnostna betonska konstrukcija je
konstrukcija, kjer so celotni okoljski vplivi med celotno ţivljenjsko dobo, vključno z
rabo konstrukcije, zmanjšani na minimum. To pomeni, da bi morala biti konstrukcija
projektirana in proizvedena na način, ki je prilagojen oz. narejen po meri za uporabo, to
je za določeno ţivljenjsko dobo, obremenitve, okoljske vplive, strategijo vzdrţevanja,
potrebe po ogrevanju itd. To bi se moralo doseči z vključevanjem inherentnih okoljsko
prijaznih lastnosti betona, npr. trdnosti, trpeţnosti in toplotne kapacitete. Sestavine
betona pa bi se morale pridobivati in proizvajati na okoljsko prijazne načine.''
V osnovi je okoljsko ''zelena'' betonska konstrukcija, kjer so vse zgoraj navedene zadeve
vključene v fazo projektiranja in gradnje ter v fazo rabe in vzdrţevanja. To se lahko
doseţe z vključevanjem inherentnih okolju prijaznih lastnosti betona, npr. visoka trdnost
in robustnost, dobra trpeţnost in visoka toplotna kapaciteta. Betonska konstrukcija bi
morala biti projektirana in izvedena tako, da zadovolji potrebe končnega uporabnika, to
je pravi beton za pravi namen/vgradnjo. [73] Obe definiciji sta obrazloţeni s povdarkom
na okoljskih vidikih betonskih konstrukcij.
Obstaja veliko faktorjev, ki lahko vplivajo na načine proizvodnje, projektiranja, gradnje,
rabe in recikliranja, ki na koncu vplivajo na okoljski odtis betona in betonskih gradenj.
V vsakem primeru je beton, kadar gre za projektiranje nebotičnikov, cest, mostov, jezov
ali skladišč, pomembna komponenta, četudi le v temeljenju. Njegove edinstvene
fizikalne lastnosti (količina, oblika, izgled itd.) in mehanske lastnosti (trdnost, togost,
prepustnost itd.) omogočajo projektantom, da pri svojih odločitvah in pri specifikacijah
projektov vplivajo na lastnosti/obnašanje betona in betonskih konstrukcij, vključno z
njihovimi okoljskimi vplivi. [74] Pri projektiranju betonov in betonskih konstrukcij bi
se zato morali posluţevati glavnih usmeritev k trajnosti betonov, ki so:
aktivnosti za izboljšanje učinkovite rabe materialov (okoljski menedţment,
kvaliteta in izgled, učinkovitost virov, odgovorno ravnanje z viri – agregati,
veziva, dodatki, voda);
aktivnosti v zvezi z ravnanjem s CO2 (energetska učinkovitost, izpusti CO2 pri
proizvodnji in transportu);
aktivnosti v zvezi z odpadki, biodiverziteto in vodo (minimiziranje odpadkov,
učinkovito upravljanje z vodo, skrb za biodiverziteto);
aktivnosti v zvezi z blaginjo (zdravje in varnost, zaposlovanje in znanja, izpusti,
ki niso CO2, lokalna skupnost). [74]
Trajnostni vidiki betonov in betonskih konstrukcij so lahko medsebojno prepleteni, zato
jih pogosto ne moremo uvrščati v eno samo kategorijo. Znanje in ozaveščenost med
fazo gradnje in uporabno dobo lahko z učinkovitim upravljanjem z energijo prinese
velike energetske prihranke ter zmanjšanje izpustov CO2. S sprotnim vzdrţevanjem
ohranja kvaliteto zgradbe ter varnost in udobje uporabnikov. Industrija betona vedno
bolj sprejema ''life-cycle thinking'' in vključuje trajnostne cilje za izboljšanje vidikov
trpeţnosti, varnosti in zdravja v celotnem ţivljenjskem ciklu proizvodov. Prav tako
izboljšuje učinkovitost virov, ohranjanje energije v zgradbah in uporabnost zgradb,
izboljšuje tudi moţnost recikliranja in zagotavlja varnost ter udobje uporabnikov.
Okoljski vidiki trajnostnega razvoja betonov in betonskih konstrukcij 5.2
Okoljski vidik trajnostnega razvoja betonov in betonskih konstrukcij je vedno povezan z
okoljskimi vplivi. Le-ti so definirani kot vsaka sprememba na okolje, bodisi škodljiva
ali koristna, ki je deloma ali v celoti rezultat dejavnosti, proizvodov ali storitev
organizacije. [75] V zadnjem času se za ocenjevanje oz. presojo okoljskih vplivov vse
bolj uporablja metoda ţivljenjskega cikla LCA, ki izhaja iz kroţnega gopodarstva oz.
industrijske ekologije.
Metoda LCA 5.2.1
Z metodo LCA, (angl. Life Cycle Assessment) poskušamo oceniti (ovrednotiti) vse
vplive na okolje, ki jih v svojem ţivljenjskem ciklu izzove nek proizvod s ciljem, da bi
ta proizvod okoljsko optimirali. Okoljski ţivljenjski cikel obravnava proizvod od
pridobivanja surovin do končne odstranitve proizvoda in obsega naslednje glavne faze:
pridobivanje in priprava surovin, proizvodnja proizvoda, distribucija in transport,
poraba ali uporaba ter odstranitev.
Po metodi vrednotenja okoljskih vplivov se faze ţivljenjskega cikla proizvoda nanašajo
na pot izdelka ali storitve vse od pridobivanja surovin do ravnanja z odpadki, v primeru
odlaganja ''od zibelke do groba'', ali v idealnem primeru do ponovne uporabe materialov
ob koncu ţivljenjskega cikla ''od zibelke do zibelke''. Pri tem se upoštevajo ključni
okoljski dejavniki, povezani s proizvodi v različnih fazah ţivljenjskega cikla. Ti so
materiali, energija, voda, odpadki, onsesnaţenost in druţba. Orodje omogoča odpravo
določenih dejavnikov znotraj ţivljenjskega cikla in izpostavitev ključnih področij, kjer
se pojavljajo glavni vplivi. [76]
V obravnavanje okoljskega cikla nekega proizvoda je vedno vključeno tudi pridobivanje
energije, potrebne za pridobivanje surovin, za njegovo predelavo, proizvodnjo,
transport, distribucijo, uporabo itn., ki se prične prav tako s pridobivanjem potrebnih
energijskih virov. Takšen koncept je ključnega pomena za izboljševanje okoljskih
profilov materialov in proizvodov, saj omogoča okoljske posege ter izboljšave vzdolţ
celotnega sistema. [77]
Analiza LCA pomaga primerjati številne moţnosti, med katerimi lahko izberemo
najbolj učinkovito. S pomočjo analize ţivljenjskega cikla lahko:
identificiramo moţnosti za zmanjšanje okoljskih, finančnih in socialnih vplivov
proizvoda ali procesov;
pomagamo obveščati odločevalce o posledicah sprememb pri proizvodu ali
procesih in o boljših moţnostih izbire;
izbiramo primerne kazalnike okoljskih in drugih lastnosti, vključno z merilnimi
tehnikami in
se posluţujemo trţenja.
Vrednost metode LCA je odvisna od ponovljivosti in primerljivosti dobljenih
rezultatov. Zato je ključen poenoten metodološki okvir v mednarodnem merilu. V ta
namen so bili oblikovani in izdani standardi serije ISO 14040, ki opredeljujejo
metodologijo izdelave in vrednotenje dobljenih rezultatov. S tem so bili postavljeni
okvirji za izdelavo mednarodno poenotene in primerljive metodologije ekobilanciranja.
LCA je tako prva in edina mednarodno standardizirana metoda vrednotenja vplivov
proizvodov na okolje. [77]
Pri ovrednotenju vplivov na okolje se največkrat uporabljajo naslednje okoljske
kategorije: globalno segrevanje, smog, zakisljevanje (kisel deţ), evtrofikacija (rast alg,
zniţane koncentracije kisika v vodah), tanjšanje ozona, toksičnost za človeka,
ekotoksičnost sladke vode, kopenska ekotoksičnost, petrokemična oksidacija,
izčrpavanje fosilnih goriv, trdni odpadki, radioaktivnost, abiotska ekstrakcija in
izčrpavanje vode. [78]
Ko se vplive vrednoti, so prispevki iz različnih specifičnih kategorij vplivov
ovrednoteni tako, da se jih lahko med seboj primerja. Rezultati LCA nikakor niso
direktno prenosljivi iz drţave v drţavo, iz panoge v eni drţavi v drugo ali iz enega
podjetja v panogi v drugega, saj so bili v izračunih LCA upoštevani različni geografsko
specifični podatki, npr. proizvodnja energije, transportne poti, sistemi ravnanja z
odpadki ipd. To pomeni, da je potrebno izdelati analizo LCA za vsak posamezni primer
(npr. za neko podjetje, proizvod, skupino določenih proizvodov itd.). [79] Končni cilj in
rezultat analize mora biti niz priporočil z izboljšavami, ki bi pomagale zmanjšati
okoljske obremenitve, ki jih povzročajo proizvodi ali procesi.
Analiza ţivljenjskega cikla (ang. Life cycle analysis LCA) za oceno trajnosti betonov
in betonskih konstrukcij je zajeta v skupino standardov za betone in betonske
konstrukcije, ki smo jih ţe omenili v podpoglavju 4.3 Standardizacija, in sicer: Okoljski
menedţment za betone in betonske konstrukcije ISO 13315-2: 2014 Sistemske
omejitve in inventarizacija za izvedbo analize LCA betonov, montaţnih betonov in
betonskih konstrukcij. Ta del standarda predstavlja splošen okvir, načela in zahteve,
povezane z določitvijo meja sistema in pridobitvijo popisnih podatkov, ki so potrebni za
izvedbo LCA betonov, montaţnih betonov in betonskih konstrukcij. [70]
Ţivljenjski cikel pri betonskih konstrukcijah običajno zajema naslednje dejavnosti, med
katere se uvršča tudi transport in po potrebi tudi dodatne faze, kot so ponovna uporaba,
predelava ali obnova in recikliranje (Tabela 5.1):
1. Proizvodna faza:
pridobivanje surovin (lomljenec, gramoz, ţelezo, voda itd.),
proizvodnja in transport osnovnih gradbenih materialov (cement, gramoz, jeklo,
armatura, dodatki, agregat itd.),
projektiranje in optimizacija betonske mešanice, betonskega elementa ali
betonske konstrukcije,
proizvodnja betonske mešanice, gradbenih in tehnoloških komponent (montaţni
elementi, sistemi za opaţevanje itd.).
2. Faza gradnje:
transport materiala in elementov na gradbišče,
gradnja betonskih konstrukcij na gradbišču.
3. Raba konstrukcije:
obratovanje celotne betonske konstrukcije (zgradba, most, jez, cesta itd.),
raba in vzdrţevanje,
prenova in rekonstrukcija.
4. Faza konca življenjskega cikla:
demontaţa in/ali rušenje,
ali ponovna uporaba nadgrajenih betonskih elementov,
ali recikliranje betonskih elementov in odpadkov. [70]
Tabela 5.1: Faze življenjskega cikla betonske konstrukcije, poslovenjeno po [78]
Vsi zgoraj navedeni procesi faz ţivljenjskega cikla so zelo povezani z drugimi
konstrukcijskimi elementi (ovoj zgradbe, plošče, mostovi, površina cest itd.). Raven
kvalitete betonske konstrukcije v določeni fazi ţivljenjskega cikla je odvisna od začetne
kvalitete betona in kvalitete betonske konstrukcije med fazo gradnje. Za doseganje višje
kvalitete konstrukcije bi lahko višja začetna investicija (okoljska, ekonomska itd.)
pomenila niţje obratovalne, celotne okoljske in ekonomske stroške na koncu
ţivljenjskega cikla, in sicer zaradi manjše potrebe po vzdrţevanju in daljši ţivljenjski
dobi zgradbe.
LCA betona je potrebno izvajati v kontekstu določene konstrukcije ali dela konstrukcije
– to je funkcionalne enote, ki je lahko celotna konstrukcija ali le temeljna plošča,
točkovni temelj, segment mostne konstrukcije ali montaţni betonski nosilec. Pomembno
je, da se lahko funkcionalna enota primerja s povsem enako celotno specifikacijo, sicer
ni veljavna. [80]
Okoljski vplivi betonov in betonskih konstrukcij 5.2.2
Okoljski vplivi betonov, njihove proizvodnje in uporabe so kompleksni. Nekateri vplivi
so škodljivi, drugi pa imajo svoje prednosti. Mnogi so odvisni od okoliščin na
globalnih, regionalnih in lokalnih ravneh. Večina okoljskih vplivov betona se lahko
obravnava po naslednjih kategorijah:
1. naravni viri,
2. poraba energije/toplogredni učinki,
3. okoljski učinki,
Transport
Predelava
Transport
Gradnja/vgradnja
Raba
Vzdrţevanje
Popravila
Zamenjave
Obnova
Raba operativne energije
Raba operativne vode
Demontaţa, rušenje
Transport
Predelava odpadkov
Dopolnilna faza po
življenjskemu cikluPonovna uporaba, obnova, recikliranje
Proizvodna faza
Pridobivanje surovin
Info
rmacije
o ž
ivlje
njs
kem
cik
lu
Faza gradnje
Faza rabe
Faza konca življenjskega
cikla
Od zibelke do vrat (cradle to
gate)
Od zibelke do gradbišča
(cradle to site)
Od zibelke do groba (cradle to grave)
Od groba do zibelke / od zibelke
do zibelke (grave toc cradle/
cradle to cradle)
4. zdravje in varnost.
Okoljski vplivi zaradi rabe betonov so poleg toplogrednih vplivov relativno slabo
določeni. Ugotovljeni so bili še naslednji vplivi:
5. izcejanje ogljikovodikov iz betonskih ruševin in betonske gošče (mokrega
betona),
6. izcejanje teţkih kovin iz betona in betonskih ruševin, ki vsebujejo materiale z
velikimi količinami teţkih kovin,
7. kemikalije v dodatkih in proizvodi za popravila.
Vplivi na zdravje in varnost zaradi gradnje z betonom se navezujejo na posledice
notranje klime in delovnega okolja. Teţave v delovnem okolju večinoma izhajajo iz
hrupa, vibracij in nesreč v fazi gradnje.
Na splošno so največji okoljski vplivi posledica toplogrednih učinkov še posebej zaradi
izpustov CO2. Zato je največji kazalec okoljskih vplivov prav CO2. Drugi kazalci, kot
sta N2O in metan, prispevajo k toplogrednim učinkom v manjši meri v primerjavi s
CO2. Po podatkih danske agencije za energijo je CO2 zasluţen za 55 % celotnih
toplogrednih učinkov, medtem ko metan prispeva 20 % in 4 % N2O.
Glavni okoljski vplivi v zvezi z zgradbami in drugimi konstrukcijami so prikazani v
spodnji tabeli (Tabela 5.2). Drugi okoljski vplivi se lahko upoštevajo kot raba zemlje ter
zdravje in varnost (v delovnem okolju). [73]
Tabela 5.2: Seznam najbolj pomembnih vprašanj, povezanih s trajnostjo zgradb; poslovenjeno
po [73]
Pridobivanje surovin Uporabna doba Sekundarna doba
Proizvodnja Rušenje
Utelešena energija Recikliranje
Utelešen CO2 Energetska učinkovitost
(globalno segrevanje in
toplogredni učinki)
za ogrevanje, ohlajevanje,
ventilacijo
Notranja klima
Privzem CO2
Lokalno recikliranje in
izogibanje trasportu
Pazljiva raba surovinDobra trpeţnost in malo
vzdrţevanja
Škodljive snovi, gradbeni
in rušitveni odpadki ter
izcejanje
Ustvarjanje odpadkov
(materialni tokovi)Robustne konstrukcije
Škodljive snovi Privzem CO2
Faze življenjskega
cikla Raba in vzdrževanje
Sortiranje in recikliranje
Odlaganje na odlagališčaTransport surovin in
gradbenih materialov
Privzem CO2 po
drobljenju
Zgradbe
Javni objekti
V fazi rabe in vzdrţevanja zgradb oz. proizvodov so vplivi precej večji od tistih v
drugih fazah ţivljenjskega cikla, saj se za to fazo običajno desetletja porabljajo energija
in različni materiali oz. surovine ter z njimi povezani okoljski izpusti. Zato je
pomembno zgradbe v uporabni fazi projektirati na način, da zmanjšujejo rabo
operativne energije in drugih surovin, ki so potrebne za rabo in vzdrţevanje.
Od 9 do 98 % vplivov je posledica uporabne dobe zgradb, medtem ko je od 2 do 10 %
vplivov posledica pridobivanja surovin, proizvodnje in gradnje. S te perspektive je
vredno meriti in primerjati, kako lahko beton deluje trajnostno v primerjavi z drugimi
materiali, še posebej v zvezi z ogljičnim odtisom4 zaradi porabe energije, kar prikazuje
spodnji primer (Slika 5.1). [80]
Slika 5.1: Izpusti CO2 mostnega stebra iz vidika dobe uporabe 100 let z različnimi tipi ojačitev
[80]
Še en primer kaţe vrednotenje vplivov betonov iz treh različnih cementov, kjer lahko
jasno vidimo, da najmanj vplivov povzroča CEM III/B, sicer tudi z najmanjšim
ogljičnim odtisom po kazalniku za globalno segrevanje (Tabela 5.3). [81]
4Pogostokrat uporabljen vidik prikaza okoljskih vplivov je tudi ogljični odtis4 je (ang. carbon footprint), ki je del
metode LCA. Ogljični odtis pomeni seštevek izpustov toplogrednih plinov, ki jih neposredno ali posredno povzročijo
posameznik, organizacija, dogodek ali proizvod. Za toplogredne pline se smatra, da prispevajo k učinku tople grede,
ko se znajdejo v atmosferi. Ti plini so: ogljikov dioksid (CO2), metan (CH4), dušikov oksid (N2O),
hidrofluoroogljikovodiki (HFC), perfluoro-ogljikovodiki (PFC) in ţveplov heksafluorid (SF6). Izpusti različnih
toplogrednih plinov se preračunajo v t.i. ekvivalent ogljikovega dioksida (CO2-ekv) na način, da se količine (mase)
posameznih toplogrednih plinov pomnoţijo z njihovimi potenciali globalnega segrevanja. S takšnim preračunom je
omogočeno, da se vpliv različnih toplogrednih plinov sešteje in izrazi v isti enoti, kar predstavlja ogljični odtis. Izraţa
se z enoto ekvivalenta ogljikovega dioksida (CO2-ekv). Z ozirom na to se enako ocenjuje odtise preostalih okoljskih
kazalnikov kot so tanjšanje ozona, fotokemična oksidacija, zakisljevanje itd. [77]
Tabela 5.3: Vrednotenje okoljskih vplivov betonov iz treh različnih cementov; poslovenjeno po
[82]
Popisi porabe virov in izpustov za mnogo proizvodov in virov energije so npr. na voljo
v podatkovni bazi Evropske komisije (ang. European Commission’s Life Cycle
Database, EU, 2012) in se jih obravnava kot komercialne LCA podatkovne baze. [78]
Socialni vidiki trajnostnega razvoja betonov in betonskih konstrukcij 5.3
Vse človeške aktivnosti na nek način vključujejo socialne vidike. Okoljska in
ekonomska vprašanja zajemajo veliko število socialnih faktorjev. Infrastrukturni razvoj
(z betoni in betonskimi konstrukcijami) ima v glavnem dvojne prednosti, in sicer za
ustvarjanje temeljev druţbeno-ekonomskih dejavnosti in za ustvarjanje delovnih mest.
Socialna vrednost razvoja betonov in betonske infrastrukture je spremenljivega značaja,
v glavnem pa vključuje naslednje vidike socialnih vprašanj:
Kvaliteta (kot delovni prostor/mesto ali prostor za bivanje; če je raba
konstrukcije omejena zaradi zmanjšane trpeţnosti betona, ima lahko to tudi
slabši socialni vpliv).
Varnost in zaščita ter udobje uporabnikov (konstrukcije z nizko protipotresno
odpornostjo povečujejo tveganje za škodo, povzročeno zaradi potresov, ter
tveganje izgube človeških ţivljenj, ki je lahko najbolj negativen socialni vpliv;
pri gradnji oz. prozvodni dejavnosti je pomembno zniţevati ravni
izpostavljenosti toploti, teţki mehanizaciji in ročni naravi dela).
Uporabnost (raznolike značilnosti betona omogočajo ustvarjanje raznolikih
betonskih konstrukcij v odvisnosti od različnih druţbenih potreb; z betonskimi
konstrukcijami se lahko ščiti proti direktni izpostavljenosti, npr. toplogrednim
CEM I CEM II/B-V CEM III/B
beton beton beton
Globalno segrevanje (GWP 100) kg CO2 eq. 339 227 127
Tanjšanje ozona (ODP) kg CFC-11 eq. 1,04E-05 8,10E-06 6,76E-06
Fotokemična oksidacija kg C2H4 eq. 0,1113 0,0893 0,0774
Zakisljevanje kg SO2 eq. 0,5437 0,4134 0,3191
Evtrofikacija kg PO4- eq. 0,1377 0,1064 0,0846
Izčrpavanje fosilnih goriv MJ eq. 1761 1328 1003
Vplivna kategorija Enota
Vrsta cementa
plinom, izpustom trdnih delcev, odpadkom, vidnem onesnaţenju ali se regulira
prometne povezave).
Estetika oz. lepota (estetska vrednost betonskih konstrukcij ima velik socialni
vpliv v povezavi s prijetnim bivanjem in z okolico).
Učinkovita raba zemlje (gradnja betonskih konstrukcij lahko uničuje ekosisteme
zaradi rabe zemljišč, vendar se lahko s primerno rabo uničevanje zmanjša).
Spomeniško varstvo (kvaliteta betona in betonskih konstrukcij olajšuje
ekonomsko dejavnost ter tudi ščiti kulturno dediščino; betonske konstrukcije
omogočajo gradnjo prostorov za kulturne dejavnosti).
Zaščita narave pred nevarnimi snovmi (betoni in betonske konstrukcije imajo
funkcijo zaščite narave zaradi širjenja nevarnih snovi).
Zaposlovanje (npr. zaradi dejavnosti gradnje betonskih konstrukcij se lahko
zmanjšuje lokalno nezaposlenost in omogoča zaposlovanje kadrov s široko
paleto znanj).
Kot smo videli, je beton pomemben material pri gradnji okolja, ki lahko podpira
stabilno druţbeno-ekonomske dejavnosti, zato je njegova socialna vloga zelo velika.
Beton ima vedno večjo vlogo tudi v mestih, za izboljšanje standardov bivanja in cele
vrste drugih (tudi) socialnih prednosti, ki jih obravnavamo v podpoglavju 6.15 Betonske
konstrukcije in trajnostni razvoj v mestih.
Na drugi strani pa očitno povzroča rabo velikih količin energije in virov ter zato
povzroča velike okoljske obremenitve. [83]
Ekonomski vidiki trajnostnega razvoja betonov in betonskih konstrukcij 5.4
Ekonomski vidiki izhajajo iz gospodarstva, to je proizvodnje in zagotavljanja različnih
proizvodov in storitev z namenom, da nam omogočajo udobje oz. priročnost in nam
bogatijo bivanje. Razvoj ekonomije je do danes pomenil rast potrošnje virov in energije,
kar je imelo za posledico degradacijo okolja. Največje vprašanje človeštva v sedanjem
času je, kako preseči to dilemo s pomočjo koncepta trajnosti. Gospodarsko dejavnost
omogoča zagotavljanje infrastrukture, ki je naloga gradbene industrije. To pomeni
gradnjo zgradb, cest, ţeleznic, pristanišč in letališč, mostov, tunelov, jezov in drugih
konstrukcij, ki podpirajo druţbeno-ekonomske dejavnosti. Velika večina naštetih zgradb
je zgrajena iz betonov. Potrebne so za namene nadziranja in upravljanja proizvodnje
dobrin ter gospodarskih in socialnih dejavnosti.
Vloga gradbene industrije v človeški ekonomski dejavnosti je zelo velika, vendar so
veliki tudi stroški zaradi rabe velikih količin virov in energije, ki se porablja za gradnjo
infrastrukture. Zato je pri gradnji pomembno zmanjševati investicijske stroške z
zagotavljanjem različnih prednostnih funkcij in učinkovitosti betona in betonskih
konstrukcij. Ker imajo konstrukcije na splošno visoko stopnjo javne dobrobiti, lahko
pretiran poudarek na ekonomskih prednostih tudi poveča tveganje za varnost. [83]
V zvezi z ekonomskimi vidiki pri betonih in betonskih konstrukcijah se pojavlja največ
vprašanj v zvezi s:
stroški ţivljenjskega cikla (ang. life cycle costing: investicijski stroški, stroški
uporabe in vzdrţevanja ter stroški, ki so povezani s končnim rušenjem ali
demontaţo konstrukcij),
podpiranjem lokalnega gospodarstva (kriteriji zaposlitvenih moţnosti in dodane
vrednosti območij, pridobljenih z gradnjo) in
z zunanjimi vplivi (ostri vremenski pogoji lahko npr. gradnjo ali vzdrţevanje
podraţijo).
Rešitev za ekonomska vprašanja je več. Te so lahko uporaba tehnoloških inovacij pri
proizvodnji betonov, z upoštevanjem koncepta ''proizvesti več z manj'' ali z
recikliranjem odpadnega betona (recikliranje je zelo pomembno pri prizadevanjih za
zmanjšanje porabe surovin) za tem večje zmanjšanje okoljskih obremenitev, ki se jih
povzroča z njihovo uporabo. S tem se lahko dosega zmanjšanje stroškov in zmanjšanje
izpustov CO2. Kvaliteta infrastrukture se lahko izboljša z namenom ustvarjanja novega
druţbenega sistema, predvsem v mestih (glej 6.15 Betonske konstrukcije in trajnostni
razvoj v mestih) – to je z realizacijo razvoja infrastrukture za vzpostavitev druţbenega
sistema, ki zmanjšuje okoljske obremenitve in stroške druţbeno-ekonomskih dejavnosti
(kar ne pomeni nujno odmika od trenutne motorizirane druţbe). [83]
Projektiranje in presoja trajnosti betonov in betonskih konstrukcij 5.5
Osvojitev pristopa z ţivljenjskim ciklom je lahko osnova za izogib spremenljivim
okoljskim, ekonomskim in socialnim vplivom iz ene faze ţivljenjskega cikla v drugo, če
upoštevamo zaprto zanko industrijskih ekosistemov. To pomeni, da je zelo pomembno
projektiranje proizvodov, sistemov ali projektov. Na splošno se proces projektiranja
konstrukcij iz betona v različnih drţavah in regijah razlikuje. Bolj ali manj so
determinirane z regionalnimi značilnostmi v zvezi z različnimi materialnimi osnovami
(regionalno dostopni agregati, tip jekla itd.), različnimi klimatskimi razmerami,
različnimi tehnologijami (osnovanimi na stroških lokalne delovne sile, tradicije,
organizacije dela in različnih klimatskih razmer) in razlikami v kulturnih tradicijah.
Značilnosti nekaterih deţel ali regij so vključene v nacionalne standarde
konstrukcijskega projektiranja (npr. SIST EN 1992-1 v National Application Document
– NAD). [70]
Trajnostno projektiranje je filozofija projektiranja fizičnih objektov, zgrajenega okolja
in storitev, ki se sklada z načeli socialne, ekonomske in okoljske (ekološke) trajnosti
(Slika 5.2).
Slika 5.2: Temeljna načela trajnostnega projektiranja betona ali betonskih konstrukcij;
poslovenjeno po [70]
Če pri trajnostnih betonih in betonskih konstrukcijah upoštevamo vse vidike trajnosti,
takšno projektiranje predstavlja multi-parametrično presojo konstrukcije z analizo
celotnega ţivljenjskega cikla z upoštevanjem vseh temeljnih vidikov trajnosti (Slika 5.3).
[84]
Slika 5.3: Tridimenzionalni kompleksni model projektiranja življenjskega cikla betonskih
konstrukcij; poslovenjeno po [70]
Zato so pomembne metode/sistemi za ocenjevanje trajnosti pri projektiranju betonov in
betonskih konstrukcij ali ţe zgrajenih betonskih zgradb in infrastrukture. Prednost
takšnih sistemov je vsestranska, zajemajo tudi veliko število okoljskih tematik, ki so
neakademskega značaja, temeljijo na preprosti matematiki in pripravijo uporabnika, da
razmišlja trajnostno in celostno. Sistemi za ocenjevanje trajnosti pomagajo
projektantom in uporabnikom, da minimizirajo negativne vplive na okolje, to je na
lokalne ekosisteme, z zagotavljanjem učinkovite rabe vode, energije in drugih naravnih
virov in poskusijo izboljšati faktorje zdravja kot je na primer kvaliteta notranjega zraka.
V nekatera orodja za ocenjevanje trajnosti, kot sta na primer ameriško LEED in
britansko BREEAM, so vključene tudi metode LCA. Pri uporabi orodja BREEAM
(BREEAM NC:2014) lahko na sliki spodaj (Slika 5.4) vidimo nekatera področja oz.
kazalnike, ki so pri izbiri materiala (betona) pomembni za doseganje trajnosti pri
betonskih konstrukcijah. Kazalniki se nanašajo na vse tri vidike trajnosti, torej na
energijo, zdravje in dobro počutje, upravljanje, materiale, rabo zemlje in ekologijo,
onesnaţevanje, odpadke, transport in vodo.
Ti vidiki se lahko navezujejo na vse faze ţivljenjskega cikla betonov in betonskih
konstrukcij oz. infrastrukture ter so medsebojno povezani. Odločitev, kakšen beton,
kakšne sestavine, kako so pridobljene, kako poteka proizvodnja, vgrajevanje, kakšni
vplivi se vršijo med dobo uporabe in kakšna usoda ga čaka ob koncu njegove
ţivljenjske dobe, je odvisna od nas. Zato je pomembno poznati in upoštevati čim več
vidikov njegovih vplivov, ki nam lahko pokaţejo trajnostne moţnosti za proizvodnjo in
rabo betona in betonskih konstrukcij v prihodnosti.
Slika 5.4: Potencialna področja, ki so povezana z izbiro primernega materiala; poslovenjeno po
[85]
Trajnost betonov in betonskih konstrukcij pred in po dobi uporabe 5.6
Vrsto trajnostnih vidikov betonov in betonskih konstrukcij (katerih temelje trajnostnega
razvoja smo ţe opisali v podpoglavjih 5.2, 5.3 in 5.4), njihove lastnosti, prednosti in
slabosti skozi celotni ţivljenjski cikel lahko s pridom izkoristimo ali izboljšamo v
namene trajnostne gradnje. Zato smo v naslednjih podpoglavjih prikazali trajnost
betonov in betonskih konstrukcij pred in po dobi uporabe.
Trajnost proizvodnje betona 5.6.1
Proizvodnja betona 5.6.1.1
Običajno so sestavine v betonih proizvodi, stranski proizvodi ali surovine iz naravnih
virov. Večina surovin pri betonih je predelanih iz osnovnih surovin ali pa so pridobljene
v kamnolomih kot stranski proizvodi drugih industrijskih panog ali iz drugih virov. V
zvezi z trajnostnimi vidiki proizvodnje betona je potrebno upoštevati vplive posamezne
sestavine betona (Slika 5.5). Največji okoljski in posledično tudi ekonomski in socialni
vplivi pri proizvodnji betona nastajajo zaradi proizvodnje cementa. Vpliv vseh ostalih
sestavin je precej manjši.
Za trajnostno proizvodnjo betonov mora podjetje za uspešno poslovanje upoštevati
celoten delovni okvir, v katerem deluje, kar poleg okolja pomeni tudi stranke,
zaposlene, delničarje, lokalne skupnosti in druge deleţnike. Celotne prednosti trţnih
dejavnosti so zelo povezane z dobrim počutjem zaposlenih, še posebej z njihovim
zdravjem in varnostjo na delovnem mestu.
Slika 5.5: Obseg analize LCA za betone od ''zibelke do vrat''; poslovenjeno po [86]
Beton se običajno proizvaja z mešanjem sestavin v betonarnah ter se ga transportira v
avtomešalcih na gradbišča. Ti procesi (premikanje materiala, mešanje in proizvodnja
betona) zahtevajo manjše količine energije in povzročajo manjše količine odpadkov
(Slika 5.5). Prah, neuporabljen beton in umazana voda so glavni odpadki, ki se jih lahko
SUROVINE ENERGIJA VODA
GLAVNI VHODNI ELEMENTI SUROVINE: kremen, apnenec, železove rude, dod.cem.materiali ENERGIJA: goriva, odpadki, električna VODA: proti prašenju, pri proizvodnih procesih
GLAVNI PROCESI: - ekstrakcija surovin - žganje surovine - hlajenje klinkerja - končno mletje - pakiranje - transport
GLAVNI VHODNI ELEMENTI SUROVINE: gramoz, lomljenec, recikliran agregat, drugi agregati ENERGIJA: goriva, odpadki, električna VODA: proti prašenju, za pranje
GLAVNI PROCESI: - ekstrakcija surovin - drobljenje (lomljenec) - sejanje - pranje, priprava - transport
GLAVNI VHODNI ELEMENTI SUROVINE: kemikalije, topila, minerali ENERGIJA: goriva, odpadki, električna VODA: proti prašenju, za pranje
GLAVNI PROCESI: - različni kemični procesi - sejanje, filtriranje - hlajenje klinkerja - pranje, priprava - transport
GLAVNI VHODNI ELEMENTI SUROVINE: premog (za elektrofilterski pepel, jeklo (za žlindro), itd. ENERGIJA: goriva, odpadki, električna VODA
GLAVNI PROCESI: - različni v odvisnosti od vira dod. cemen. materiala - sušenje - mletje, itd.
Transport surovin za beton v betonarne
Betonarna
Pripravljena mešanica betona
IZPUSTI V ZRAK IZPUSTI V ZEMLJO IZPUSTI V VODO
PROIZVODNJA CEMENTA
PROIZVODNJA AGRAGATA
PROIZVODNJA DODATKOV
DODATNI CEM.MATERIALI
SUROVINE ENERGIJA VODA
delno predela ali reciklira. Beton se običajno izdeluje po projektu betona (za kg/m3
betona). Betonarne imajo različne kapacitete in uporabljajo različne postopke za
izdelavo betonov v odvisnosti od potreb. Vse pa imajo betonske mešalnike in silose za
materiale. Okoljski, ekonomski in socialni vplivi pri rabi betona na gradbiščih so v
osnovi podobni tistim v betonarnah. Beton se transportira na ţeljeno lokacijo in se ga
vgradi v opaţ, kjer se strdi in razopaţi.
Pri proizvodnji betona so najbolj pereča trajnostna vprašanja o energetski učinkovitosti
in o učinkovitosti ravnanja z viri, o proizvodnih stroških ter izpustih toplogrednih plinov
in drugih odpadkov v okolje.
1. Dejavniki, povezani z okoljskimi vprašanji
Materiali: zanašanje na neobnovljive vire se zmanjšuje z uporabo odpadnih
proizvodov drugih industrij (npr. elektrofiltrski pepel, jeklarska ţlindra itd.) ali z
dodatki, ker se s tem zmanjšuje poraba cementov in klinkerjev. To je uporabno
za upravljanje z zahtevami po vodi, trdnosti, trpeţnosti in drugih lastnostih
betona, ki imajo tudi druge trajnostne prednosti ter pripomorejo k zmanjševanju
stroškov.
Energija in goriva: pri negi in strjevanju betona se lahko za zagotavljanje
vlaţnosti ali toplote za sušenje porabljajo velike količine energije, kar se lahko
reši z betonskimi mešanicami in izboljšanimi tehnologijami.
Voda: poraba pitne vode v betonarnah in na gradbiščih je velika. Industrijski
kazalnik porabe vode je v litrih na tono betona, ki se jo porabi direktno za
proizvodnjo betona v določenem deleţu v odvisnosti od deleţa drugih surovin.
Uporablja se jo kot sestavino (zaradi reakcije s cementom), za ohlajevanje,
pranje (pranje mešalcev, transportnih trakov, opaţnih sistemov, tovornjakov in
laboratorijskega orodja) ali za preprečevanje prašenja. Poraba je odvisna od
projekta mešanice in rabe plastifikatorjev. Vodo se lahko reciklira ali ponovno
uporablja. Za upravljanje z vodo običajno obstajajo lokalne zakonodaje, ki
vsebujejo regulative o učinkovitem gospodarjenju z viri. Obstaja tveganje za
odtekanje onesnaţene vode v lokalne vodotoke in druga okolja, kar ni trajnostna
rešitev, saj takšna voda zaradi visoke alkalnosti zahteva kemično obdelavo ali se
jo reciklira. Za pranje naprav ali za v betonske mešanice se lahko uporablja tudi
deţevnica.
Izpusti, odplake in odpadki: izpusti toplogrednih plinov, onesnaţeval, smradu,
prahu in odpadkov lahko pri proizvodnji vstopijo v lokalno okolje (zrak, vodo,
zemljo). Izpusti kemikalij med proizvodnjo lahko vplivajo na delavce ter na
kvaliteto zemlje, zraka in vode. Odpadki vključujejo tudi neuporabljen beton,
onesnaţeno vodo in uporabljen opaţ. Opaţ je lahko les, ki se ga lahko odlaga na
odlagališča ali uporabi kot gorivo; če pa je jeklen, se ga lahko ponovno uporabi.
Bivalno okolje: vplivi v zvezi z vprašanji v oskrbovalni verigi, kot so izpusti,
smrad, prah in odpadki, ki se izpuščajo v lokalna okolja, se lahko omilijo z
izboljšanjem tehnologije.
2. Dejavniki, povezani s socialnimi vprašanji
Zdravje in varnost delavcev: izpostavljenost delavcev kemikalijam, prahu in
drugim polutantom lahko povzroči resne zdravstvene teţave. Upravljanje s
teţko mehanizacijo in rokovanje s kemikalijami ter vročimi materiali zahteva
specializirano izobraţevanje in monitoring. Moker beton je visoko alkalen
(zaradi prisotnosti prostega kalijevega in natrijevega hidroksida v raztopini (pH
~ 13.5). Zdravje zaposlenih, ki so v kontaktu z betoni je lahko ogroţeno tudi
zaradi povečane vsebnosti kroma v cementih (krom VI). Vsebnost kroma VI (ta
povzroča občutljivost koţe) v cementih je odvisna od vsebnosti kroma (Cr), v
največji meri kroma III v surovinah, iz oblog v cementnih pečeh in zaradi
korozije kromovega jekla med procesom mletja cementnega klinkerja. Rešitev
predstavlja preprečevanje stika sveţega betona z golo koţo z ustrezno opremo
in opozorili ali z dodajanjem sredstva za zniţevanje vodotopnega kroma. [87]
Za opaţevanje se lahko na primer uporablja biorazgradljivo in netoksično
rastlinsko opaţno olje. [88] Proizvodnja betona je po definiciji povezana tudi z
določeno ravnijo hrupa in prahu, kar se lahko regulira s prepovedjo voţnje s
tovornjaki v določenih časovnih okvirih, izolacijami proti hrupu v mešalnicah in
zaprtimi sistemi za transport agregatov, rabo modernih avtomešalcev, ki ne
povzročajo toliko hrupa, hermetično zaprtimi zankami proizvodnih linij za
cemente in praške ter z zaprtimi objekti za hrambo agregatov. [73]
Kultura na delovnem mestu in razvoj delovne sile: to je povezano z visokimi
stroški nizko kvalificirane delovne sile, kar se da izboljšati z izobraţevanjem,
inovacijami in vpeljevanjem delovne etike.
Varstvo dediščine in lastnine: dostavljanje oz. distribucija končnih proizvodov
lahko ustvarjata promet in z njim povezane izpuste in onesnaţevanje, kar ima
lahko škodljive posledice za lastnino v skupnosti in vodi k pritoţbam ter
slabemu stanju okolice.
Skupnost: na poslovanje betonarn lahko slabo vplivajo negativna aktivnost
medijev in pritoţbe skupnosti, kar je lahko stroškovno drago in časovno
zamudno.
Etika: v oskrbovalni verigi obstaja tveganje neetičnega upravljanja, kar ima
lahko za posledico zakonodajne kazni ali negativni medijski pritisk. V zvezi s
temi vprašanji je potrebno učinkovito in odgovorno upravljanje in
izobraţevanje.
Odgovornost za proizvode: na varnost proizvoda lahko vpliva slaba kvaliteta
dela ali materialov ter nepravilno ali nenatančno označevanje, kar lahko
povzroči škodo pri uporabi in rokovanju z materiali in se prav tako lahko
odpravi z učinkovitim upravljanjem in izobraţevanjem zaposlenih.
3. Dejavniki, povezani z ekonomskimi vprašanji
Vplivi stroškov (lahko tudi stroškov davka na ogljik) zaradi miniranja in porabe
goriv za mehanizacijo in transportiranje v oskrbovalni verigi s surovinami, kjer
se lahko uporablja alternativne vire goriv in materialov.
Običajno lokalno povpraševanje ki je odvisno od investiranja v gradnjo in
infrastrukturo in od konkurenčnih podjetij oz. ponudnikov.
Inovacije pri trdnosti in teţi betona (npr. uporaba steklenih vlaken) ter lastnosti
dimenzioniranja (npr. votle stenske in talne plošče, izolirane ''sendvič'' plošče
itd.), ker s tem betoni pridobijo dodano vrednost in trajnostne lastnosti zaradi
zmanjšanih stroškov ogrevanja, hlajenja in transporta ter tako ustrezajo načelom
''zelene'' gradnje.
Cementi in druga veziva 5.6.1.2
Za povezavo posameznih vrst agregata v mokrih mešanicah je potrebno vezivo.
Odvisno od namena uporabe, končne trdnosti elementa in konstrukcijskih zahtev v
gradbeništvu, uporabljamo različna veziva. Veziva, ki se uporabljajo v gradbeništvu so:
cementi (portlandski, specialni, drugi hidravlični cementi),
apna (ţivo apno, gašeno apno, hidratizirano apno, acetilensko apno in
hidravlično apno),
mavci (za štukature, modelarski, alabaster, za malte in za podlage),
dodatni cementni materiali (elektrofiltrski pepel, jeklarska ţlindra itd.)
drugi reciklirani materiali s pucolanskimi lastnostmi.
Za izdelavo betonov uporabljamo cemente, ki jih kombiniramo z dodatnimi cementnimi
ali recikliranimi materiali, za izdelavo malt pa glede na zahteve in potrebe uporabljamo
cemente, apna in mavce ali pa kombinacijo teh veziv.
Po standardu SIST EN 197-1 je cement silikatni material, ki ga uvrščamo med
hidravlična veziva, katerih osnovna lastnost je, da pri reakciji z vodo hidrataciji
veţejo in se strjujejo. Nastane cementni kamen, sestavljen preteţno iz kalcijevih silikat
hidratov, ki tudi v vodi ohrani trdnost in stabilnost. Cementi so po standardu SIST EN
197-1 glede na sestavine in trdnostni razred razvrščeni v pet vrst.
Običajni cementi so označeni z oznako CEM in rimsko številko, ki pove vrsto cementa,
sestavljeni pa so iz glavnih sestavin, dodatnih sestavin (jeklarske ţlindre, mikrosilika,
naravni in umetni pucolani, elektrofiltrski pepeli, ţgani skrilavci, apnenci, mešani
mineralni dodatki) in kalcijevega sulfata (Tabela 5.4). Glavne sestavine so tiste, katerih
masni deleţ v cementu je večji od 5 %. Masni deleţ vseh dodatnih sestavin (polnil)
skupaj pa ne sme presegati 5 % mase glavnih komponent. Masni deleţ kalcijevega
sulfata mora biti prav tako niţji od 5 %.
Tabela 5.4: Razvrščanje cementov po SIST EN 197-1 [89]
Poleg teh so še v uporabi specialni cementi (cement, odporen proti sulfatom, cement
nizke toplotne hidratacije, beli cement in supersulfatni cement) in drugi hidravlični
cementi (naravni cement, obarvani cement, antibakterijski cement, vodoneprepustni
Vrste cementov Opis
CEM I Čisti portlandski cement
Portlandski cement z mineralnimi dodatki
Portlandski cement z elektrofiltrskim pepelom (CEM II/A-V, CEM II/ B-V)
Portlandski cement z jeklarsko ţlindro (CEM II/A-S, CEM II/ B-S)
Portlandski cement iz apnenca (CEM II/ A-L (LL), CEM II/ B-L (LL))
CEM III Ţlindrin cement (CEM III/ A, CEM III/ B)
CEM IV Pucolanski cement (CEM IV/ A, CEM IV/B)
CEM V Mešani cement
CEM II
cement, ekspanzivni cement). Vsak tip ima drugačno kompozicijo in mehansko sestavo
in je zato običajno namenjen točno določeni rabi.
Proizvodnja cementa
Cementi se proizvajajo v cementarnah, ki so običajno na lokacijah, kjer je pomembno
trţišče, še pogosteje pa, kjer so v bliţini na razpolago zadostne količine surovin ustrezne
kakovosti. To je pomembno s stališča zniţevanja transportnih stroškov. V osnovi je
proces proizvodnje cementa razdeljen v dve stopnji (Slika 5.6). V prvi se iz surovin
proizvede klinker, v drugi pa se iz klinkerja z dodatki zmelje cement. Glavni procesi v
proizvodnji cementa so drobljenje, mletje in pečenje/ţganje klinkerja pri visokih
temperaturah. Proces pečenja/ţganja klinkerja je tisti del proizvodnega procesa, ki je
energetsko najbolj potraten, saj poteka pri temperaturah od 1450 do 1500 °C oz. v
plamenu pri temperaturah od 1900 do 2000 °C. Za dosego visokih temperatur v
rotacijski peči se lahko uporabljajo različni energenti – od fosilnih (zemeljski plin,
premog, petrolkoks, kurilno olje) do alternativnih goriv (odpadna olja, odpadne
pnevmatike, trdna goriva iz nenevarnih odpadkov itd.), ki deloma ali v celoti
nadomeščajo fosilna goriva. Vsi ti energenti povzročajo izpuste CO2 in trdnih delcev.
Pri pečenju/ţganju se tvorijo klinkerjevi minerali, trikalcijev silikat C3S – alit, dikalcijev
silikat C2S – belit, trikalcijev aluminat C3A in tetrakalcijev aluminat ferit C4AF. [90]
Slika 5.6: Proces proizvodnje cementa [91]
Zaradi teh snovi se po reakciji z vodo tvorijo trdni, stabilni in trpeţni betoni. Klinker se
nato z dodatki, kot so jeklarska ţlindra, apnenec, naravni ali umetni pucolani, silicijski
in kalcijski elektrofiltrski pepeli, amorfna kremenica in alternativne surovine zmelje v
fin homogen prah cement. Med mletjem cementa se dodaja še okoli 5 % mavca, ki
sluţi kot regulator vezanja. Cement se nato transportira do porabnikov in vmesnih
skladišč v vrečah ali v razsutem stanju. [90]
Pri proizvodnji cementa so najbolj pereča trajnostna vprašanja o energetski
učinkovitosti in o učinkovitosti ravnanja z viri, o proizvodnih stroških ter izpustih
toplogrednih plinov.
1. Dejavniki, povezani z okoljskimi vprašanji
Materiali: (učinkovitost virov) veliko porabo energije in materialov se lahko
zmanjša z rabo alternativnih energentov, zamenjavo surovin, nadomeščanjem
klinkerja, razvojem novih postopkov za proizvodnjo, učinkovitejšim
transportom in drugimi inovacijami.
Energija in goriva: (energetska učinkovitost električne in toplotne energije ter
druge inovacije) – rabo neobnovljivih virov energije (fosilna goriva) se lahko
delno ali v celoti nadomesti z alternativnimi gorivi, ki so na primer pridelani iz
odpadkov. Rabo toplotne energije se lahko zmanjša s ponovno uporabo toplote.
Porabo energije pri transportu se lahko rešuje s krajšanjem transportnih razdalj
in transportiranjem večjih količin materiala.
Voda: voda se porablja v večjih količinah, in sicer kot sestavina, kot tekočina za
hlajenje in kot preprečevalec prašenja. Zajemanje in recikliranje vode lahko
zmanjša porabo pitne vode, regulira rabo virov ter zmanjša tveganje odtekanja
onesnaţene vode v lokalne vodotoke in druga okolja.
Izpusti: tveganje v zvezi z izpusti toplogrednih plinov in s tanjšanjem ozona
nastaja ţe pri pridobivanju surovin v kamnolomih (odvisno od materialov in
proizvodnih procesov). Izpusti toplogrednih plinov, polutantov, vonjav, prahu in
odpadkov zaradi mletja, ţganja in mešanja lahko pridejo v lokalno okolje (v
zrak, zemljo in vodo). K tveganju onesnaţevanja lahko prispevajo tudi dodatki,
pospeševalci, zaviralci, aeranti in nerazgradljivi odpadki.
Bivalno okolje: vpliv na lokalna okolja v oskrbovalni verigi nastane zaradi hrupa
in prašenja pri miniranju, proizvodnji in transportu. Vpliv se lahko zmanjša z
modernizacijo tehnologije in transporta ali z drugimi viri surovin.
2. Dejavniki, povezani s socialnimi vprašanji
Zdravje in varnost: izpostavljenost delavcev vročini, kemikalijam, prahu in
polutantom lahko povzroči resne zdravstvene teţave. Upravljanje s teţko
mehanizacijo in rokovanje s potencialno nevarnimi materiali zahteva ustrezna
zaščitna sredstva, specializirano izobraţevanje in monitoring.
Delovno okolje in razvoj delovne sile: potrebno je vlaganje v izobraţevanje in
razvoj zaposlenih.
Varstvo dediščine in lastnine: distribucija proizvodov povzroča vplive na okolje.
To ima lahko škodljive vplive na lastnino (npr. ceste, fasade) v lokalnih
skupnostih.
Skupnost: na poslovanje cementarn lahko slabo vplivajo negativna aktivnost
medijev in pritoţbe skupnosti.
Etika: v oskrbovalni verigi obstaja tudi tveganje neetičnega upravljanja, kar ima
lahko za posledico kaznovanje ali negativno medijsko poročanje. V zvezi s temi
vprašanji je potrebno učinkovito in odgovorno upravljanje in omogočanje
izobraţevanja.
Odgovornost za proizvode: cement je standardiziran izdelek, ki mora
izpolnjevati standarde, njegova kakovost je nenehno spremljana, tudi preko
zunanjih certifikacijskih organov.
3. Dejavniki, povezani z ekonomskimi vprašanji
Stroški rabe fosilnih goriv in elektrike zaradi energetsko intenzivnih procesov ter
posledično s stroški okoljskih davkov (davek na ogljik).
Povpraševanje, ki je običajno lokalnega značaja in je odvisno od investiranja v
gradnjo in infrastrukturo in od konkurence.
Tabela 5.5: Možnosti za zmanjševanje izpustov, poslovovenjeno po [92]
34
34
113
123
123
125
136
170
79
10
2
11
34
Izpusti leta 2050
Nove tehnologije
Moč dekarbonizacije
Toplogredni plini, ki niso CO2
Učinkovitost transporta
Nadomeščanje klinkerja in Novel cementi
Učinkovitost peči in mešanice goriv
Izpusti leta 1990
Izboljšave na področju teh vprašanj imajo moč delovanja na trajnostni in ekonomsko
učinkovit način. Potrebno je le dejavno vključevanje teh moţnosti v gradbeno
industrijo. Na zgornji tabeli vidimo moţnosti za zmanjševanje izpustov, ki je
neposreden rezultat izboljševanja energetske učinkovitosti v cementni industriji in
njihov prispevek v številkah (Tabela 5.5).
Poleg cementa, ki je ključna in najpomembnejša sestavina betona imajo svojo vlogo pri
trajnosti betonov tudi agregati, različni dodatki in armatura.
Agregati 5.6.1.3
Agregati so glavna sestavina betona po prostornini in čeprav so nizko ogljični proizvod,
povzročajo okoljske vplive z velikim izčrpavanjem virov, ker predstavljajo preteţni del
mase betona. Večina agregatov je prisotnih v naravi, zahtevajo malo predelave in se
največkrat pridobivajo lokalno, kar posledično pomeni manj izpustov CO2 zaradi
transporta. Evropski standard EN 12620 dovoljuje uporabo iz:
naravnih (primarni),
recikliranih in
proizvedenih virov (reciklirani)
ter se osredotoča bolj na primernost uporabe kot na izvor virov materiala. V Evropi se s
pridobivanjem agregatov ukvarja okoli 13.500 podjetij, ki proizvedejo letno tri milijarde
ton agregatov, kar v svetovnem merilu predstavlja 23-odstotni deleţ proizvodnje
različnih tipov kamenih agregatov. Večina kamnolomov se nahaja na ruralnih območjih,
kjer se podpira lokalno gospodarstvo z zaposlovanjem ter potencialnim razvojem drugih
panog. Za trajnostno oskrbo z agregati je potreben celosten pristop. S tem področjem se
ukvarja tudi Evropsko zdruţenje za agregate (ang. European Aggregates Association –
UEPG). Agregati se ne morejo pridobivati brez vplivov na okolje, zato so potrebni
monitoringi in aktivnosti za zmanjševanje okoljskih vplivov. Trajnostna raba pomeni
tudi rabo recikliranih agregatov iz drugih virov (npr. jeklarska ţlindra ali recikliran
beton). [93]
Za ohranjanje biodiverzitete se kamnolome po končani dobi uporabe obnavlja,
ozelenjuje itd. ter se jih lahko uporablja za namene kmetijstva, rekreacijskih površin,
parkov itd. Industrija agregata mora upoštevati tudi cilje programa Natura 2000, s čimer
je zavezana k ohranjanju narave in biodiverzitete.
Pri proizvodnji agregata se pojavlja več vplivov na okolje v obliki hrupa, občasnih
vibracij (zaradi miniranja), prahu (zaradi transporta in miniranja), povečanega prometa,
onesnaţevanja podzemnih voda in vizualnih sprememb krajine, ki v smislu trajnosti
niso več sprejemljive ter se jih lahko s primernimi načini zmanjšuje ali odstrani.
Dodatki 5.6.1.4
80 % pripravljenih betonskih mešanic in montaţnih betonskih elementov v današnjem
času vsebuje dodatke. Količina dodatkov je običajno odvisna od vsebnosti cementa ter
je običajno v razponu od 0,2 do 2 % po teţi. Aktivnih kemikalij pri teh količinah je
manj kot 0,15 % za običajno betonsko mešanico. Glavne trajnostne prednosti rabe
dodatkov so:
optimizacija mešanice – zmanjšanje utelešenega ogljika5 (ang. Embodied
Carbon ECO2), vsebnosti vode in energije s povečanjem učinkovitosti
cementa,
povečana pretočnost – zmanjšan hrup zaradi vibriranja in energetskih potreb
med vgrajevanjem,
zmanjšana prepustnost– poveča trpeţnost betona,
zmanjšanje poškodb zaradi ostrih okolij – obmorska okolja, zamrzovanje–tajanje
in temperaturni pogoji pod 0 ⁰C,
izboljšana kvaliteta – manj popravil in vzdrţevanja.
Dodatki so v glavnem iz organskih kemikalij, ki imajo inherentne vplive na okolje.
Običajno so odmerki dodatkov tako majhni, da je njihov neposredni vpliv na okolje
manjši kot 1 %, tako da se ga lahko v okviru standarda ISO 14000 zanemari. Z dodatki
se prav tako lahko optimizira betonsko mešanico do te mere, da se zmanjšajo potrebe po
vodi za 10 do 20 %. [93]
5Utelešeni ogljik je ogljični odtis materiala. Upošteva količino izpustov toplogrednih plinov skozi oskrbovalno verigo
nekega proizvoda (npr. betona, betonske konstrukcije) in se ga pogosto meri ''od zibelke do (tovarne) vrat'' ali ''od
zibelke do gradbišča/obrata (rabe)''. Utelešeni ogljik se pogosto meri tudi v okviru omejitev ''od zibelke do groba'', ki
predstavlja najbolj celovito meritev (za betone in betonske konstrukcije: pridobivanje surovin, transport, predelava,
proizvodnja, vgradnja, uporaba in konec uporabne dobe/ţivljenja).
Čeprav so dodatki izdelani iz kemikalij, so na splošno nenevarni in se pri njih ne
zahteva označevanje o nevarnih snoveh. Proizvodnja dodatkov v večini primerov ne
zahteva veliko energije, ker ni potrebno ogrevanje, odpadki so zmanjšani na minimum,
vplivi zaradi prevozov niso veliki (ker se jih običajno dostavlja v velikih, porablja pa v
majhnih količinah). Med uporabno dobo ne iztekajo ali hlapijo iz betona v večjih
količinah. Pri betonskih konstrukcijah, ki so v kontaktu s pitno vodo, dodatki ne
škodujejo oz. ne onesnaţujejo vode. Po koncu uporabe betonskih konstrukcij in rušitvah
ali demontaţah je stopnja iztekanja dodatkov tako počasna, da se razgrajujejo hitreje,
kot se dosegajo večje koncentracije v naravnem okolju. Z dodatki izboljšana betonska
mešanica običajno povzroča manjše okoljske vplive, izboljšuje trpeţnost, odpornost na
poţare in poplave, dušenje hrupa in vibracij, kontrolo temperature zaradi toplotne
kapacitete betona in mnogo drugih lastnosti.
Armatura 5.6.1.5
Beton, ki se uporablja za gradnjo konstrukcij, je običajno armiran. Armiran beton (ang.
Reinforced concrete RC) je kompozitni material, pri katerem se relativno nizke
natezne trdnosti in duktilnosti betona ojačujejo najpogosteje z vključevanjem
armaturnega jekla, ki prenese višje natezne trdnosti in/ali duktilnosti. Armiranje se
običajno izvaja z armaturnimi palicami, ki se jih vgrajuje pred vgrajevanjem betona oz.
preden se beton strdi. Moderni armirani beton lahko vsebuje različne materiale za
ojačevanje: iz jekla, polimerov ali nadomestnih kompozitnih materialov v povezavi z
armaturo ali brez.
Obstajajo tri vrste armaturnega jekla po Eurocodih 2: B500A, B500B in B500C. Črke
A, B in C opisujejo duktilnost jekla. V razred A spada jeklo z najniţjo duktilnostjo,
razred B se najobičajneje uporablja za armaturne palice in mreţe, v razred C pa spada
jeklo z najvišjo duktilnostjo in je primeren pri projektiranju protipotresnih konstrukcij.
Minimiziranje rabe armature prispeva velik deleţ k trajnosti. Učinkovita raba armature
je odvisna od dobrega projektiranja, od kemične sestave materiala, mehanskih lastnosti
in narebranosti ter od primernega rezanja, upogibanja in vgrajevanja. Ravni utelešene
energije6 (ang. Embodied Energy) jekla so odvisne od načina proizvodnje. Proizvodnja
jekla je energetsko intenzivna dejavnost. Energija, potrebna za proizvodnjo ene tone
armaturnega jekla, predstavlja eno tretjino energije, ki je potrebna za proizvodnjo
konstrukcijskega jekla iz ţelezove rude. Armaturno jeklo se lahko tudi obnavlja,
reciklira in ponovno uporablja na koncu uporabne dobe zgradbe oz. objekta.
V nekaterih primerih se beton ojača z jeklom za prednapenjanje. Prednapeti beton je
pogosto montaţen. Montaţen beton se izdela v obratih, kjer se ga segreva za dosego
zgodnjih hidratacijskih reakcij in omogoča hitro odstranjevanje opaţa.
Dokaj trajnostno moţnost predstavlja nejeklena armatura, ki predstavlja nekovinske
narebrane palice in nejeklena (nekovinska) vlakna, ki se jih meša z betonom (npr. beton
ojačan s steklenimi vlakni (ang. glass fiber reinforced concrete GFRC), ki so ga med
drugim uporabili tudi za gradnjo Inštituta za znanost in tehnologijo Masdar v Abu
Dhabiju, (Slika 5.7) in različne vrste polimernih vlaken, ki se jih vmešava v betone.
Masdar je sicer v celoti projektirano kot ''brezogljično'' mesto.
Slika 5.7: Iz GFRC je zgrajen Masdar institute of science and technology v Abu Dhabiju.
Medtem ko v nekaterih primerih lahko nekovinska armatura učinkovito nadomesti
jekleno armaturo, kjer ima pri specifičnih rabah svoje prednosti (npr. pri betonu,
ojačanem s steklenimi vlakni, ne nastajajo teţave v zvezi s korozijo), v drugih primerih
to ni moţno. Teţava nastane pri nejeklenih ojačitvah zaradi visoke alkalnosti betona,
6Utelešena energija, ki pomeni količino energije, ki se jo porabi za pridobivanje, predelavo, proizvodnjo in transport
materiala ali proizvoda vključno z zgradbami.ter se jo meri v GJ
kjer imajo mnogi materiali, vključno s steklenimi vlakni, krajšo ţivljenjsko dobo. Prav
tako se razlikujejo na primer pri striţnih trdnostih, lezenju in elastičnosti. [78]
Pomen energetske učinkovitosti industrije betona 5.6.2
Ključna za razvoj strategij za zmanjševanje vplivov industrije betona na klimatske
spremembe sta razvoj novih energetsko učinkovitih tehnologij in tehnologij, ki
omogočajo zmanjševanje izpustov CO2, ter njihova vloga na trgu.
Energetska učinkovitost v cementni industriji 5.6.2.1
Energetska učinkovitost zajema energetske prihranke, okoljske in druge prednosti,
stroške, trţenje in reference za nastajajoče tehnologije, namenjene zmanjšanju porabe
energije in izpustov v cementni industriji, ker ta predstavlja največji deleţ porabe
energije in izpustov CO2. Portlandski cement, ki se uporablja kot vezivo v betonu, ima
visok ekvivalent izpustov CO2, ki običajno predstavlja le 15 % mase betona. Porabljena
energija za proizvodnjo cementa je 7,32 MJ/kg, proizvedeni izpusti toplogrednih plinov
pa so, kakor smo ţe omenili, pribliţno enakovredni teţi proizvedenega cementa. [94]
Pri cementih obstaja več moţnosti za zmanjševanje porabe energije. Energijsko bilanco
in učinkovitost proizvodnih procesov izdelave cementa se lahko izboljša z:
zmanjševanjem izpustov pri kalcinaciji z zniţevanjem vsebnosti klinkerja v
cementu,
ločevanjem ogljikovega dioksida kot odpadnega plina iz rotacijskih peči (drage
tehnologije),
tehnologijami za ločevanje plinov (drage in energetsko intenzivne),
dodajanjem industrijskih stranskih proizvodov k cementom pri proizvodnih
procesih ali v betonske mešanice,
rabo alernativnih virov cementa namesto cementa oz. drugih vrst veziv (npr.
geopolimeri),
dodajanjem pred-ogrevalnikov v starejše, daljše peči za povečanje toplotnega
izkoristka in povečanje proizvodnih zmogljivosti (danes se uporablja do 6 pred-
ogrevalnikov/pre-kalcinatorjev, ki so del standardnega orodja v modernih
cementarnah),
prakso toplotne obnove za ustvarjanje elektrike ali ogrevanje gospodinjstev (npr.
cementarna Lafarge v Avstirji prispeva del toplote v lokalno omreţje ogrevanja
vasi Retznei, kar je tudi zahteva bo BAT-ih7 (ang. best available techniques
BAT)). [93]
Za zadostitev trajnostnim zahtevam v prihodnosti lahko cementna industrija reši
problem izpustov CO2 ne samo z zmanjševanjem uporabe cementov, z rabo
alternativnih goriv ali povečanjem energetske učinkovitosti in rabo alternativnih
cementov, ampak tudi z novimi tehnologijami, ki se ukvarjajo z zniţevanjem izpustov
CO2 in bi trajno zadrţale CO2 skupaj z drugimi polutanti v obliki mineralov.
1. Alternativne tehnologije za zniževanje izpustov toplogrednih plinov
Zajemanje in shranjevanje ogljika (CCS): zajemanje in shranjevanje ogljika
(sekvestacija) pomeni zajemanje sproščenega ogljika, njegovo utekočinjenje pod
pritiskom in odlaganje v morskih globinah ali v globokih podzemnih prostorih,
kot so npr. rudniki. Čeprav se ta tehnologija še razvija, je v zvezi z izpusti
toplogrednih plinov v okolje zelo obetavna., čeprav problem izpustov s tem še ni
rešen, saj se jih le odlaga.
Proizvodnja biodizla iz alg: alge za svojo rast kot vir ogljika porabljajo CO2. S
porabo CO2 se ta s pomočjo alg pretvarja v alkohol (ang. fuel alcohol), proteine
za ţivalsko krmo in gnojila za nekatere kmetijske namene. Alge se s
fermentacijo pretvorijo v alkohol, ostanek pa je biomaterial za gnojila. Izčrpane
kvasne celice se posušijo v proteinski prah za ţivalsko krmo (tehnologija druţbe
GEA NIRO). [93]
Elektrokemična redukcija ogljika (ang. Electrochemical Reduction of Carbon
Dioxide ECR): proces ECR kombinira zajeti CO2 in vodo ter proizvaja visoko
kakovostne materiale, kot sta mravljična kislina in soli, ki se jih običajno
7Najboljša dostopna tehnologija (ang. Best Available Technology BAT) je pojem, ki se uporablja s predpisi za
omejevanje izpustov onesnaţeval v povezavi s strategijo zmanjševanja le-teh. Podobni pojmi so še najboljše dostopne
tehnike (ang. Best Available Techniques), najbolje izvedljiva sredstva (ang. Best Practicable Means) ali najbolje
izvedljiva okoljska možnost (ang. Best Practicable Environmental Option). Izraz predstavlja v praksi premičen cilj,
saj razvoj druţbenih vrednot in tehnološki napredek lahko spreminjata, kar sedaj velja za "razumno še mogoče
doseči", "najboljše izvedljivo" in "najboljše razpoloţljivo". BAT je vključen v referenčni dokument za proizvodnjo
cementa, apna in magnezijevega oksida (ang. Best Available Techniques BAT, Reference Document for the
Production of Cement, Lime and Magnesium Oxide), ki ga je izdala EU (ang. Industrial Emissions Directive
2010/75/EU, Integrated Pollution Prevention and Control)).
pridobiva s termokemično obdelavo fosilnih goriv pri relativno visokih
temperaturah. ERC deluje pri podobnih pogojih s pomočjo čiste, obnovljive
električne energije, ki se jo pridobiva iz vodnih, vetrnih, solarnih in nuklearnih
virov energije. Mravljična kislina je predhodna sestavina številnih drugih
kemikalij, ki se pridobivajo z različnimi procesi, predvsem v farmacevtski
industriji. [93]
Obdelava betona oz. apna s superkritičnim CO2 (ang. Supercritical Carbon
Dioxide Treatment of Concrete/Lime) za povečanje trdnosti betona: CO2 prodre
v mešanico betona in reagira s kalcijevim hidroksidom (ta nastane iz hidriranega
cementnega veziva) ter se pretvori v kalcijev karbonat. Pri tem se povečajo
trdnost, neprepustnost in trpeţnost betona. Raba CO2 se lahko izkoristi tudi v
primerih, kadar je za vezivo uporabljeno hidravlično apno. [93]
Postopek Calera: za zmanjšanje CO2 izpustov zajema izpuste CO2 iz
proizvodnih procesov in jih pretvarja v ''novel cementne sisteme'' (ang. ''novel
calcium carbonate cement system''). Uporablja se ga za izdelavo različnih
izdelkov gradbenih materialov. Postopek Calera odstranjuje CO2 iz izpušnih
sistemov s pretvorbo plina v trdno obliko kalcijevih karbonatov s trajno
sekvestacijo CO2. Postopek je unikaten in zaenkrat še drag, v prihodnosti pa bi
lahko zdruţeval okoljsko in ekonomsko trajnost.
Tehnologija za karbonatno kroţenje, ki omogoča zajemanje CO2 (ang.
Carbonate Looping Technology CCL): je obetajoča dolgoročna tehnologija za
nizkocenovno post-izgorevanje zajetega CO2 za fosilna goriva z uporabo trdnih
sorbentov na osnovi apnenca (CaO). CaO po številnih ciklih reakcij s CO2
izgubi svojo sposobnost reagiranja in se iz sistema odstrani/izvrţe. S tem
postopkom se lahko izpusti CO2 med procesom proizvodnje cementa zmanjšajo
tudi do 50 %.
Izpusti NOx in SOx: v industriji cementa se ne sprošča le okolju škodljivi CO2,
ampak tudi izpusti SOX in NOX, ki povzročajo kisel deţ in smog ter imajo zato
zelo škodljive učinke na lokalno okolje. Izboljšani tipi peči in niţje temperature
ţganja omogočajo zniţevanje izpustov NOx, vendar je v primeru uporabe
kakršnih koli odpadnih goriv še vedno potrebno ohranjanje dovolj visoke
temperature za uničevanje dioksinov. Izpuste SOX se lahko zmanjša z absorpcijo
dimnih plinov v apneno/apnenčasto goščo za proizvodnjo razţvepljanega
mavca/sadre (ang. flue gas desulphurised gypsum FDG). [93]
2. Alternativni cementi in veziva rešitev za zmanjšanje izpustov CO2
Alkalno aktivirani cementi (ang. alkali-activated cements AAC): običajno
vsebujejo apnenec, ţelezovo ţlindro, elektrofiltrski pepel ali toplotno obdelane
gline. Proizvodnja AAC povzroča 95 % manj izpustov CO2 kot podobna masa
portlandskega cementa in je prav tako dobra z vidika zmanjšanja vplivov na
okolje drugih industrijskih stranskih proizvodov. Lahko se veţejo pri sobni
temperaturi.
Kalcijevi sulfo aluminatni cementi (ang. Calciumsulphoaluminate CSA
Cement): za proizvodnjo cementov CSA se lahko običajno uporabljajo nizki
deleţi apnenca, boksita, fosfatnega mavca (fosfogips), elektrofiltrskega pepela in
jeklarske ţlindre. Cementi CSA so ekspanzivni cementi in se lahko proizvajajo
ţe pri 1200 oC, kar je 200250
oC pod proizvodno temperaturo portlandskega
cementa. Kombinacija cementov CSA in portlandskega cementa se lahko
vgrajuje skupaj v konstrukcije ter lahko pri strjevanju kot ekspanziven beton
preprečuje krčenje betona in malte.
Cement iz belita (dikalcijev silikat): moţnost za zmanjšanje energetske porabe
pri proizvodnji cementa je zmanjšanje stopnje nasičenja apnenca (ang. lime
saturation factor LSF) pri surovinah nizka raven apnenca. Za pridobivanje
tega cementa je zahtevana visoka kvaliteta apnenca, tipičen LSF med 92 in 98
%, ki se običajno vključuje v proizvodnjo navadnega portlanskega cementa.
Zamenjava z nizko apnenimi cementi vodi k prihrankom energije ter prav tako k
zmanjšanju izpustov CO2 pri dekarbonaciji apnenca. Cement te vrste ima nizko
vsebnost aluminija, njegova glavna mineralna faza pa je dikalcijev silikat (belit).
Zmanjšanje vsebnosti CaCO3 za faktor saturacije apnenca (LSF) od 80–85 %
zmanjša potrebe po energiji od 15–20 % in omogoča nastajanje klinkerja pri
100150 oC niţji temperaturi, kot je potrebna za proizvodnjo portlandskega
cementa.
Geopolimeri: so anorganski polimeri, sestavljeni iz ponavljajočih se in
izmeničnih SiO2 in Al2O3 enot v amorfni snovi. Geopolimeri so običajno
narejeni iz silicijev dioksid-aluminijevih virov (ang. silica-alumina source), kot
so elektrofiltrski pepel, metakaolin, jeklarska ţlindra, in močnih alkalnih
aktivatorjev, kot so natrijev hidroksid, natrijevi silikati, kalijev hidroksid,
natrijev sulfat, apnenec ali njihove kombinacije. Ima odlično trdnost in se ga
pogosto uporablja za namene stabilizacije odpadkov, enkapsulacijo teţkih kovin
in za ognjevarne namene.
Cementi MDF: MDF ali cement brez makro okvar je kompozit, narejen iz
portlandskega cementa. MDF je lahko polivinil alkohol (PVA) ali poliakrilamid
(PAM). Kadar se jih primerja z običajnimi cementnimi materiali, so lastnosti
MDF-ja zelo dobre. Kadar je izpostavljen vodi, njegove mehanske lastnosti
izgubijo svoje prednosti in se poškodujejo – to pa omejuje njihovo rabo.
Novacem: britansko podjetje Novacem je ustvarilo nov cement, ki temelji na
rabi magnezijevih silikatov, skupino sestavin, zaradi katere cement med
procesom strjevanja absorbira atmosferski CO2. Proizvodnja cementa temelji na
magnezijevem oksidu (MgO) in hidriranem magnezijevem karbonatu. Med
procesom proizvodnje poteka pospešena karbonizaciji magnezijevih silikatov pri
povišani temperaturi in tlaku (180 oC/150 bar). Nastali material se nato segreva
pri niţji temperaturi (700 ˚C), pri čemer nastaneta MgO in CO2, kateri se vrača
nazaj v proces. Uporaba magnezijevih silikatov močno zmanjša izpuste CO2 iz
predelave surovin. Proizvodnja 1 tone Novacem cementa absorbira do 100 kg
več CO2 kot ga izpusti, kar pomeni da so ti cementi ogljično negativni.
Hidravlično apno: hidravlično obnašanje tega materiala je povezano z
vsebnostjo gline v apnencu iz katerega je narejeno apno, in je v uporabi še iz
Rimskih časov. Danes je ta material zelo popularen pri spomeništvu in se
pogosto kombinira z brušenim steklom in drugimi odpadnimi materiali, ki lahko
sproţijo pucolansko reakcijo iz katerih nastane C-S-H vezivna faza. Umetno
hidravlično apno je lahko sintetično, narejeno iz kremenčevega apnenca v
mešanici z odpadnimi materiali, kot so elektrofiltrski pepel, ţgani skrilavci in
odpadno steklo.
Mavec: je gradbeni material v obliki suhega prahu, ki, ko se ga zmeša z vodo,
tvori pasto, sprošča toploto in se potem strdi podobno kot malta ali cement. V
nasprotju z malto in cementom mavec po strjevanju ostaja dokaj mehek in se ga
z lahkoto obdeluje s kovinskim orodjem in celo brusnim papirjem. Temelji na
kalcijev-sulfat hemihidratu, s kemijsko formulo CaSO4·1/2H2O. Je dokaj
razširjen za rabo v industriji spomeništva za popravila. [93]
3. Alternativne energetsko učinkovitejše proizvodne metode za cemente
Mlini za mletje klinkerja: električna energija predstavlja manjši del celotne
porabe energije v cementarnah. Od tega lahko mletje surovin in končno mletje
klinkerja in mavca v zaključnem delu proizvodnje povzročata več kot 50 %
porabe energije cementarne (Tabela 5.6). Najbolj običajni mlini v uporabi so
kroglični mlini (ang. ball mills), vendar je sedaj dostopna nova generacija
vertikalnih mlinov z visoko učinkovitim mletjem (ang. high grinding efficiency
roller mills), kjer se lahko poraba energije s predmletjem zmanjša do 20 %, in
HORO mlinov (mlini na pritisk), ki so prav tako energetsko učinkovitejši v
kombinaciji s klasifikatorjem z visokim izkoristkom.
Tabela 5.6: Poraba električne energije pri proizvodnji cementa, poslovenjeno po [93]
Dodajanje mlevnih dodatkov: z njimi se poveča kapaciteta (porabe električne
energije na enoto časa) mlinov, zaradi česar se poveča energetska učinkovitost in
zmanjšajo stroški porabe. Dodajanje polarnih organskih spojin zaradi njihove
polarne narave pripomore k absorbiranju na površino in nevtralizira sile, ki
povzročajo aglomerizacijo na novo proizvedenih cementnih delcev ter poveča
pretočnost cementa in zmanjša zadrţevalni čas mlina. K mletju prav tako
pripomore trietanolamin, ki je poznan po povečanju trdnosti betona, v katerem je
uporabljen cement.
Uporaba dodatkov za zniţevanje temeprature v peči: proizvodnja cementa se
lahko vrši tudi z uporabo dodatkov za zniţevanje temperature v peči, ki se jih
uporablja pri pirometalurgiji ter so bolj energetsko učinkoviti. V preteklosti se je
ta koncept uporabljal pri proizvodnji cementa in kalcijevega sulfata (mavca) ter
Porabnik Zahteve po energiji (kWh/t) %
Ekstrakcija in mešanje 5,5 5
Mletje surovin 26,4 24
Homogenizacija surovin 6,6 6
Proizvodnja klinkerja 24,2 22
Mletje cementa 41,8 38
Pakiranje in transport 5,5 5
SKUPAJ 110 100
kombinacije obeh kot sredstev za zmanjšanje temperature pečenja od 150200
˚C.
Mikrovalovi: energija mikrovalov (hladna toplota) je tehnologija za sušenje,
kalciniranje, strjevanje in proizvodne procese, ki zahtevajo toplotne procese.
Mikrovalovi z lahkoto prodirajo v materiale (z izjemo kovin), so lahko
neposredno usmerjeni in enakomerno absorbirani preko celotne prostornine
objekta. Grelni učinki povzročajo, da se material segreje enakomerno in hitro. V
industriji gradbeništva to vključuje sušenje mavca, priprave vzorcev za analizo,
strjevanje betona in sintezo keramike. Ta tehnika je še v razvoju.
Sistemi vrtinčastih peči (ang. Fluidized-bed cement kiln – FBK) lahko
učinkovito izgorevajo premoge slabše kvalitete in pri tem zelo zmanjšajo izpuste
NOx ter povečajo učinkovitost obnove/rekuperacije toplote pri sproščanju trdnih
snovi in plinov. To je zaradi same tehnologije, ki omogoča večjo učinkovitost
izgorevanja in transferja toplote. To prispeva k ohranjanju energije in izboljša
trajnost. Proizveden klinker je manjši po velikosti od klinkerja iz običajnih
rotacijskih peči in zahteva manj mletja. [93]
Metoda sol-gel: temelji na koloidni kemiji, kjer se surovine raztapljajo v
izbranih topilih pod posebnimi temperaturnimi, tlačnimi in drugimi pogoji,
dokler se s procesom hidracije ne tvori homogena raztopina. Sol je kombinacija
monomerov, ki so topni v topnih polimerih ali vodi skupaj s precipitatorjem. Ko
se sol formira, se lahko pod enakimi posebnimi pogoji temperature, tlaka itd.
transformira v gel. Sol-geli se s segrevanjem pri relativno nizkih temperaturah
transformirajo v keramiko ter imajo boljšo kemično in strukturno homogenost
kot keramike, pridobljene z običajnim sintranjem v trdnem stanju. Materiali,
izdelani z metodo sol-gel so bolj reaktivni kot materiali enake sestave,
pripravljeni z drugimi metodami zaradi njihove velike specifične površine. Ta
metoda je še v fazi razvijanja in ima velik potencial za rabo v cementarnah.
Boljše metode pridobivanja agregatov v kamnolomih: k izboljšanju metod
pridobivanja agregatov lahko pripomorejo učinkovitejša eksplozivna sredstva in
nove metode za pridobivanje, ki lahko teoretično prispevajo k povečanju
trajnosti proizvodnih procesov izdelave portlandskega cementa. [93]
Energetska učinkovitost pri proizvodnji betonov 5.6.2.2
Pri energetski učinkovitosti betonov je najpomembnejši cilj zmanjšanje porabe energije
v njihovem celotnem ţivljenjskem ciklu. Največji okoljski vpliv v tem obsegu so izpusti
povezani s CO2 zaradi rabe goriv pri proizvodnih in transportnih dejavnostih. Beton ima
zelo majhno utelešeno energijo glede na količino energije, ki je bila porabljena za
njegovo proizvodnjo. Transport prispeva le okoli 7 % utelešene energije betona,
medtem ko proizvodnja cementa prispeva 70 %. Celotna utelešena energija betona
znaša 1,69 GJ/tono in je manjša, kot jo ima kateri koli drugi gradbeni material poleg
lesa, pri količini, ki temelji na razmerjih mešanic za betone z ne več kot 20 %
elektrofiltrskega pepela. 1 % zamenjave cementa z elektrofiltrskim pepelom predstavlja
0,7 % zmanjšanje porabe energije. Pri nekaterih mešanicah, ki vsebujejo do 80 %
elektrofiltrskega pepela, bi to predstavljalo velike energijske prihranke. [95]
Količina utelešenega ogljika (ECO2) betona je močno odvisna od količine portlandskega
cementa v betonu. Tabela (Tabela 5.7) prikazuje utelešen ogljik različnih sestavin
betona.
Tabela 5.7: Utelešen ogljik v sestavinah betona [96]
Na podlagi tega lahko vidimo, da bi večja količina dodatkov (dodatki za zmanjševanje
zamesne vode superplastifikatorji) lahko precej zmanjšala količino utelešenega
ogljika. Superplastifikatorji lahko zmanjšajo utelešen ogljik v betonih z zmanjševanjem
vodocementnega faktorja, kar poveča trdnost pri dani vsebnosti cementa. V tabeli
spodaj (Tabela 5.8) je prikazan primer, kako se lahko z uporabo superplastifikatorja
zmanjša vsebnost cementa. [96]
Material Utelešen CO 2 (kg/tono)
CEM I 913
Granulirana plavţna ţlindra (GGBS) 67
Elektrofiltrski pepel 4
Apnenec 75
Agregat 5
Armatura 427
Tabela 5.8: Zmanjšanje vsebnosti cementa pri uporabi dodatkov za zmanjševanje vsebnosti
zamesne vode [96]
Pri proizvodnji betona se lahko z uporabo jeklarske ţlindre, elektrofiltrskega pepela in
mikrosilike kot dodatnih cementnih materialov dejanski izpusti CO2 zmanjšajo za
polovico ali več. V betonih se lahko jeklarska ţlindra in nekateri drugi odpadki iz
kovinske industrije uporabljajo tudi kot agregati. Pomemben napredek je bil doseţen
tudi pri izdelavi betona brez cementa, kjer namesto cementov uporabljajo stranske
proizvode iz metalurške industrije. S temi proizvodi se običajno povzroči le malo ali
skoraj nič izpustov CO2 in NOx. [87]
Poraba energije pri gradnji se lahko še zmanjša z uporabo organskih dodatkov v obliki
vodnih zmanjševalcev (ang. water-reducers) za zniţevanje količine uporabljenega
cementa, superplasifikatorjev za povečanje črpljivosti in projektiranje
samozgoščevalnega betona za zmanjšanje potreb po vibriranju betona v opaţnih
sistemih. [93]
Največ raziskav in izboljšav za zmanjšanje okoljskih vplivov betonov se izvaja v zvezi s
proizvodnjo cementov in uporabo recikliranih materialov.
Transport 5.6.2.3
Ključno načelo trajnosti je, da bi moral biti proizvod uporabljen čim bliţe kraju
proizvodnje. To ni pomembno le za minimiziranje potreb po transportu, ampak je
povezano tudi z okoljskimi, ekonomskimi in socialnimi vplivi ter prav tako podpira
lokalno gospodarstvo in druţbo. Transport je nujna faza pri proizvodnji betona in kot
taka lahko povzroči, da beton med transportom lahko izgubi nekaj pomembnih lastnosti,
zato se za ohranitev homogenosti med prevozi z avtomešalci boben z betonom vrti.
Pripravljena mešanica betona je sveţ proizvod, ki mora biti uporabljen v 30 minutah
potem, ko se jo dostavi na mesto vgradnje/gradbišče. Čas transporta je omejen med 30
minutami in eno uro. Običajen transport s tovornjaki je ogljično intenziven, zato se
Tip cementaBrez
dodatkov
Z dodatkom
superplastifikatorja
Z dodatkom
hiperplastifikatorja
CEM I 315 285 250
CII/ A-LL (11% apnenca) 325 295 260
CII/ B-V (30 % elektrofiltrskega pepela) 335 300 270
CIII/ A (50 % granulirane plavţne ţlindre) 325 295 260
Zahtevana vsebnost cementa (kg/m3
) za beton C32/40 s stopnjo poseda S3 pri uporabi
morskega peska in gramoza
lahko za transport uporabijo (v odvisnosti od razmer in infrastrukture) tudi alternativne
metode, kot sta ţeleznica in ladijski promet. [88] Energija, ki temelji na fosilnih gorivih,
povzroča pribliţno 80 g/MJ izpustov CO2, medtem ko naravni plin izpušča samo 55
g/MJ. [73]
Slika 5.8: Izpusti CO2 glede na transport, vključno s praznimi sredstvi pri vračanju [73]
Popisni podatki za transport so prikazani na sliki zgoraj (Slika 5.8). Tovornjak, ki se
običajno uporablja za transport betona, agregatov in drugih teţkih gradbenih materialov,
običajno izpušča 100 g CO2 na km po toni transportiranega materiala. [73]
Pomen recikliranja in rabe odpadkov med procesom proizvodnje 5.6.3
Praksa rabe industrijskih stranskih proizvodov in odpadkov med procesom proizvodnje
je donosna finančna in okoljska praksa ter predstavlja vir za izboljšanje trajnosti
industrije cementa in betonov. Poleg tega, da zmanjšuje stroške, prispeva tudi k
zmanjšanju izpustov CO2 na tono proizvedenega cementa in v končni fazi tudi betona.
Pri proizvodnji cementa se lahko pri zelo visokih temperaturah uniči določene vrste
odpadkov. Zajemanje (ang. encapsulating) nastalih neuničljivih deleţev industrijskih
stanskih proizvodov in odpadkov v končni proizvod je lahko v nekaterih primerih
varno. Zato se uporablja kar nekaj vrst industrijskih stranskih proizvodov za končno
proizvodnjo cementa in betona. Druga pomembna trajnostna dejavnost v industriji
betona je recikliranje betona po končani dobi uporabe.
1. Raba odpadkov v cementni peči kot dodatni viri goriv
Visoka temperatura in oksidativno okolje v cementni peči sta zelo primerna za
uničevanje različnih organskih odpadkov. Ti odpadki so lahko trdni polimeri (plastika),
kot so odpadne pnevmatike, komunalni odpadki ali industrijski trdi odpadki, odpadna
topila in olja, v nekaterih primerih celo klorofluoroogljiki.
Neuporabne pnevmatike (lahko sluţijo kot dodaten vir energije tako, da
nadomestijo druga fosilna goriva premog, nafto ali plin).
Trdni potrošniški polimerni odpadki biološko nerazgradljiva plastika (popolna
oksidacija takšnih organskih odpadkov kot ostankov izgorevanja pušča za seboj
le vodo in CO2. Obstaja pa nevarnost pojava dioksinov, če se uničenje ne izvede
v celoti, še posebej pri klorinirani plastiki).
Trdni komunalni odpadki raba teh odpadkov se je pri proizvodnji cementa
povečala (zagotavljajo deleţ energije med izgorevanjem; obstaja tudi
potencialno sproščanje teţkih kovin, ki lahko postanejo hlapljive).
Odpadna topila in olja so odpadki (dodatni viri goriv, klorinirana topila
predstavljajo nevarnost v obliki klorinirane plastike, zato je bistvenega pomena,
da pri gorenju poteka celovita oksidacija). [93]
2. Industrijski stranski proizvodi kot dodatni cementni materiali
Dodatni cementni materiali, kot so elektrofiltrski pepel, jeklarska ţlindra in drugi
mineralni dodatki, so običajno stranski proizvodi iz drugih industrij in lahko
nadomestijo cement v betonskih mešanicah. Z njihovo uporabo se lahko prihrani
energijo, izboljša kvaliteto betonske mešanice, zmanjša stroške in zmanjša odpadke, saj
bi ti materiali sicer predstavljali odpadek.
Elektrofiltrski pepel (ang. pulverized fly ash PFA) je fin steklast prah, ki se ga
pridobiva iz izpušnih plinov pri gorenju premoga v termoelektrarnah. Lahko se
ga uporablja kot fini agregat ali namesto cementa. V svetovnem merilu se ga
proizvede okoli 600 milijonov ton letno. Njegova sferična narava pomaga
izboljšati obdelovalnost, pretočnost (sipkost) betonskih mešanic ter zmanjšuje
prepustnost betona. Uporablja se ga lahko kot delno nadomestilo za glino pri
surovinah za cemente, kar prispeva k zmanjšanju pridobivanja surovin –
agregatov iz neobnovljivih naravnih virov v kamnolomih. Prav tako pa je
pomembna sestavina alternativnih cementov in veziv, kot so geopolimeri,
alkalno-aktivirani cementi (ang. alkali-activated cements AAC) in kalcijevi
sulfoaluminatni cementi.
Jeklarska ţlindra (ang. ground blast furnace slag – GBFS) je stranski proizvod
pri taljenju ţeleza, ima latentne hidravlične lastnosti in lahko do neke mere
zamenja portlandski cement, saj ima vezivne lastnosti. Primerna je tudi za
vlivanje/vgrajevanje v velike konstrukcije, saj zmanjšuje dvig temperature pri
hidrataciji v primerjavi rabe zgolj cementa. Tako kot elektrofiltrski pepel lahko
tvori sestavino v surovi mešanici za cemente CSA (kalcijevi sulfoaluminatni
cementi), cemente AAC in geopolimere. Po evropskih normativih 197 lahko
njena vsebnost v cementnih mešanicah znaša do 70 %. [93]
Mikrosilika je fino-granuliran pucolan. Je stranski proizvod pri proizvodnji zlitin
ferosilicija. Glede na njene kemične in fizikalne lastnosti je zelo reaktiven
pucolan. Z uporabo mikrosilike naraščata trdnost in trpeţnost betona z večanjem
gostote, kemične odpornosti in odpornosti na vlago. Prednosti dodatnih
cementnih materialov so pri zmanjšanju utelešene energije in zmanjšanju
uporabe surovin. [88] Je bistvena sestavina visoko trdnostnih betonov. Običajno
se uporablja v kombinaciji s superplastifikatorji in je pogosta sestavina
samozgoščevalnega betona. (ang. self-leveling concrete)
Fosfatni in drugi odpadni mavci (ang. Phosphogypsum and other waste
gypsums): mavec, ki nastane kot industrijski stranski proizvod (npr. pri
proizvodnji titanijevega dioksida, proizvodnji gnojil in citronske ali borove
kisline), se lahko uporablja kot začetni material za sočasno proizvodnjo
ţveplove kisline in cementa (teoretično se ga lahko kombinira z elektrofiltrskim
pepelom) in najprej deluje kot regulator strjevanja in lahko v kombinaciji z ali
brez glinenca zmanjša temperaturo med proizvodnjo klinkerja s tokovnim
delovanjem med procesom proizvodnje cementa.
Metakaolin: kaolin je glina in se običajno uporablja pri proizvodnji porcelana.
Ko se ga segreje na pribliţno 800 oC, se aktivira in ima kot metakaolin
pucolanske lastnosti. Čeprav za proizvodnjo zahteva toploto (izdelan je pri
mnogo niţji temperaturi kot cementi, brez izpustov CO2). Z njegovo uporabo se
dosega bistveno povečanje trdnosti cementne mešanice. Z ekvivalentno količino
metakaolina se lahko nadomesti do 30 % porltlandskega cementa.
Rdeče blato (ang. Red Mud): je stranski odpadni proizvod pri procesih Bayer
(rafiniranje boksita za pridobivanje aluminija ang. Bayer process). Rdeče blato
vsebuje mešanico nečistoč trdnih in kovinskih oksidov vključno z rjo –
oksidiranim ţelezom (vir rdeče barve), silicijevega dioksida (kremena),
sproščenega preostalega aluminija in titanijev oksid. Rdeče blato je lahko
idealna sestavina pri proizvodnji cementa (vsebnost natrijevih hidroksidov bi pri
tem morala biti zniţana na sprejemljivo raven (< 0,5 %)), ker vsebuje veliko
bistvenih surovinskih elementov, ki so potrebni za proizvodnjo klinkerja. S
toploto cementne peči se ga lahko posuši in dodaja cementom.
Pepel naftnih skrilavcev: uporaba naftnih skrilavcev ima v cementni industriji
zelo pomemben trajnostni in okoljski vidik, ker se lahko pepel, ki ostane po
njihovem izgorevanju, uporabi kot dodatni/nadomestni cementni material. Pri
tem se lahko uporabi naftne skrilavce kot gorivo in njihov pepel kot material,
brez odpadkov. [93]
3. Raba industrijskih stranskih proizvodov in odpadkov v betonih
Industrijskih odpadkov in stranskih proizvodov se ne dodaja le cementom, ampak tudi
betonskim mešanicam, ki so narejene iz teh sestavin. Poleg uporabe elektrofiltrskega
pepela, jeklarske ţlindre, metakaolina in mikrosilike, ki smo jih ţe omenili, se lahko
uporabijo v betonih še številni drugi odpadki z namenom zmanjšanja količine uporabe
cementov ali agregatov. Namesto naravnih agregatov se lahko uporablja:
predelane agregate, ki so predelani iz izbranih naravnih materialov, stranskih
industrijskih proizvodov ali kombinacije obeh (penasta ţlindra, elektrofiltrski
pepel, polistirenski agregati, ekspandirana glina, agregat iz skrilavcev);
reciklirane agregate iz odpadnega materiala (recikliran betonski agregat,
recikliran beton in opeke, predelan agregat, asfaltni odpadki, odpadne
pnevmatike, livarski odpadki livarski pesek (ang. foundry sand), odpadni
ţelezovi opilki, pepel iz proizvodnje sladkornega trsa, reciklirana plastika, papir,
lupine plodov oljne palme, reciklirano steklo, pepel iz papirne industrije za (ang.
paper mill ash), odpadna lateks barva itd.;
ponovno uporabljene stranske industrijske proizvode, ki so agregati, izdelani iz
stranskih industrijskih proizvodov (plavţna ţlindra, granulirana plavţna ţlindra,
elektroobločni pepeli (ang. Electric Arc Furnace Slag EAF), jeklarska ţlindra,
elektrofiltrski pepel, ţlindra, ki nastane pri izgorevanju premoga, pepel iz
seţigalnic, odpadni premog (ang. Coal Washery Reject CWR), organski
materiali, pesek iz pohodnih površin, rudarske jalovine), [97] cinkova ţlindra,
boksit, rdeče blato, kaolinska glina.
Uporabljajo se za povečanje trdnosti in obdelovalnosti. Zaradi njihovih cementitnih
lastnosti zniţajo porabo energetsko intenzivnega portlandskega cementa. Zaradi
različnih virov recikliranih agregatov in predpisov v zvezi z njihovim ravnanjem lahko
pride v primeru uporabe takšnih agregatov za betone do povečanih transportnih
dejavnosti, kar je manj okolju prijazno kot raba primarnih agregatov ter povzroča
povečanje utelešenega ogljika (ECO2). Razen uporabe recikliranega betona za cestne
podlage raba recikliranih agregatov še ni tako pogosta zaradi nedostopnosti in
nezainteresiranosti stroke oz. projektantov. [88]
4. Recikliranje zavrženega svežega betona
Zavrţen, neuporabljen beton se lahko reciklira: lahko se ga uporabi za nov beton, lahko
se ga uporabi takšnega, kot je, lahko se ga tudi ločuje na agregate in cementno goščo.
Pri recikliranju neuporabljenega betona se beton s pranjem loči na grobi agregat in
cementno pasto. Pasta se nadalje v posebnih sodih za precejanje loči na trdno materijo.
Voda se med procesom ves čas reciklira s pranjem mešalnikov, transportnih trakov,
avtomešalcev, pri ločevanju odpadnega betona, pri rezanju betona, mešanju in pranju
strjenega betona. Voda vsebuje različne količine zelo finih delcev, ki so v glavnem
manjši od 0,25 mm. Zaradi postopkov za čiščenje vode voda iz betonarn ni nevarna za
okolje. Agregat iz recikliranega sveţega betona je primeren za zemeljska dela, kot sta
gradnja cest ali proizvodnja betona. Fini cementni materiali, ki se jih lahko reciklira, se
lahko z določenimi omejitvami uporabljajo v kmetijstvu. Glede na zakonodajo se lahko
ti materiali uporabljajo kot apno, če je njihova moč nevtraliziranja večja od 10 %
kalcija. Betonski prah, ki nastane pri ţaganju in brušenju, se na primer lahko uporabi za
dvig pH tal. [88]
Pomen recikliranja betona oz. betonskih ruševin po dobi uporabe 5.6.4
V Evropi se vsako leto se ustvari okoli 200 milijonov ton gradbenih in rušitvenih
odpadkov. Beton se lahko na koncu svojega ţivljenjskega cikla, po koncu njegove dobe
uporabe, reciklira ter tako zmanjša njegov okoljski vpliv. Recikliranje da betonu novo
ţivljenje, nov ţivljenjski cikel. Beton se lahko reciklira ali ponovno uporabi na različne
načine, če se ga ne odlaga na odlagališča. Če se betonskih zgradb ne ruši, se lahko
obnavlja notranjost zgradbe ali fasado ter se tako prihrani pri pridobivanju naravnih
virov za proizvodnjo in transport novih betonov ter prepreči okoljske vplive zaradi
odlaganja ruševin.
Velik trajnostni prispevek imajo tudi montaţne konstrukcije. Pri ponovni rabi
montaţnih elementov iz montaţnih konstrukcij pomeni večji okoljski vpliv le transport.
Reciklirana betonska zgradba iz montaţnih plošč je lahko trikrat bolj energetsko
učinkovita in pribliţno 3040 % cenejša kot masivna zgradba. Če se pri montaţnih
konstrukcijah uporabljajo vijačeni ali varjeni spoji, ki so projektirani za enostavno
demontaţo, se jih z malo ali nič škode lahko ponovno uporabi. [3]
Pri montaţnih konstrukcijah se včasih lahko nekatere enote ponovno uporabi, druge pa
se zruši. Lahko se ruši tudi celotne konstrukcije ali pa le dele, ki ne morejo več biti v
funkciji rabe. Rušitveni odpadki se lahko uporabijo kot agregat za cestne podlage ali pri
proizvodnji novega betona. Armiran beton vsebuje armaturo ali druge kovinske
ojačitve, ki se jih odstranjuje s pomočjo magnetov ter se jih nadalje reciklira. Za
armaturo pri betonih se lahko uporabi tudi jeklo zavrţenih avtomobilov. [87] Sveţi
beton oz. novi beton lahko ohrani svoje lastnosti, če je maksimalna uporabljena količina
recikliranega agregata, ki ga vsebuje, 20 %.[3] Betonske ruševine se v večini
uporabljajo pri zemeljskih delih, pri gradnji cest, pločnikov, parkirnih in drugih površin
ter tudi kot podlage za cevovode, zunanje ureditve, pri temeljenju zgradb itd. V teh
primerih so ruševine primerne kot reciklirani agregati ter imajo dobre zgoščevalne
lastnosti in gostoto, prav tako so tudi cenejše kot naravne surovine. Pri pregledovanju
betonskih ruševin za vsebnost potencialnih škodljivih snovi in iztekanja kemikalij v
okolje se to vrši z običajnim sistemom kontrole. Star beton se lahko reciklira na
gradbiščih oz. na licu mesta rušitve ali blizu urbanih površin, kjer se ga lahko direktno
ponovno uporabi. Prav tako se lahko uporabi ţe odvrţen beton ter se ga vključi v tok
recikliranja.
Obnova, rekonstrukcija in prenova betonskih konstrukcij 5.6.5
Obnavljanje, rekonstrukcija ali prenavljanje starih, degradiranih ali nefukcionalnih
betonskih zgradb preprečujejo rušenje in ustvarjanje velikih količin rušitvenih
odpadkov, ki se ustvarijo z rušenjem. Lastniki, inţenirji in arhitekti morajo upoštevati
tako ekonomske vidike kakor tudi zgodovinsko pomembnost in dolgoročnost
vzdrţevanja z izbiranjem rušenja, obnavljanja, rekonstrukcije ali prenavljanja betonskih
zgradb in infrastrukture.
Obnavljanje, rekonstrukcija ali prenavljanje betonskih konstrukcij vključujejo nekaj
glavnih vprašanj, ki zajemajo tehnične, druţbene in ekonomske vidike, kot so osnovno
znanje o materialih in konstrukcijah kot tudi osnovno razumevanje ekonomije in druţbe.
Bolj pomembni so izboljšani tehnični vidiki betonskih zgradb in infrastrukture, saj
zaradi teh lahko sledijo tudi izboljšani druţbeni in ekonomski vidiki. Projekti obnove,
rekonstrukcije ali prenove betonskih konstrukcij z vidika materialov in konstrukcij
običajno zahtevajo znanja iz področij konstrukcijskih materialov, materialov za
popravila, konstrukcijskega nadzora, testiranja materialov in popravil ali tehnik za
ojačevanje konstrukcij. [98]
Rekonstrukcija pomeni spreminjanje tehničnih značilnosti obstoječe zgradbe in
prilagajanje zgradbe spremenjeni namembnosti ali spremenjenim potrebam. Pomeni
tudi izvedbo del, s katerimi se bistveno ne spremeni velikost, spreminjajo pa se njeni
konstrukcijski elementi, zmogljivost in se izvedejo druge izboljšave. Pri tem pri
zgradbah ne gre za bistveno spremembo v zvezi z velikostjo, če se njena prostornina ne
spremeni za več kakor 10 %.
Obnova in prenova (tudi adaptacija) spadata po določbah Zakona o graditvi objektov
med investicijska vzdrţevalna dela. Ta pomenijo izvedbo popravil, gradbenih,
inštalacijskih in obrtniških del ter izboljšav, ki sledijo napredku tehnike, z njimi pa se ne
posega v konstrukcijo zgradbe in tudi ne spreminja njene zmogljivosti, velikosti,
namembnosti in zunanjega videza, inštalacije, napeljave. Pri tem se lahko posodobijo
tehnološke naprave in oprema oz. se izvedejo druge njihove izboljšave.
Potreba po obnovah, rekonstrukcijah in prenovah se običajno pojavi, kadar so prisotni
naslednji faktorji:
sprememba v rabi/namembnosti,
nadgradnja mehanskih in električnih sistemov,
poslabšanje gradbenega ovoja,
konstrukcijske poškodbe in okvare,
nadgrajevanje zgradb za prečne obremenitve,
zmanjševanje teţav pri uporabi. [98]
Pomembno je razumevanje osnovnih vzrokov in mehanizmov za raznolike oblike
poslabšanja stanja, ki povzroča degradacijo konstrukcijskega materiala in infrastrukture
iz betona. V bodoče se zaradi poznavanja vzrokov poslabšanja temu lahko izognemo.
Čeprav je poslabšanje konstrukcij srednje dolgoročni proces, na poslabšanje in na
njegovo stopnjo lahko vpliva okvara, ki je bila prisotna ţe v času gradnje ali v zelo
zgodnji fazi ţivljenjskega cikla konstrukcije.
Konstrukcijska degradacija se lahko deli na naslednje kategorije (vzroke):
progresivna konstrukcijska napaka (npr. porušitev mostu zaradi ponavljajoče se
obremenjenosti s prometom in obteţbe (obteţitve?) z lastno teţo),
nenadna poškodba zaradi ekstremnih obremenitev (npr. poţar, zelo močni
vetrovi, potresi),
pomanjkljivosti vzdrţevanja (npr. prekomerne deformacije in vibracije) in
degradacija materiala (npr. počasna interakcija z okoljem).
Poleg teh vzrokov, ki nastanejo med dobo uporabe, konstrukcijske oslabitve lahko
nastanejo zaradi napak pri projektiranju in okvar v konstrukciji. Običajne napake, ki se
pojavljajo pri projektiranju, gradnji in uporabi, povzročajo degradacijo v konstrukcijah:
prekomerne deformacije na nosilcih in ploščah zaradi pomanjkljivega projektiranja ali
nepredvidenih obremenitev, površnega vgrajevanja npr. montaţnih elementov,
nezadostne nosilnosti konstrukcijskih elementov, neusklajenosti montaţnih
konstrukcijskih elementov, pomanjkljivo vgrajenih vezi, ki povezujejo konstrukcijske
elemente, neprimerne izolacije, ki povzroča kondenzacijo v notranjosti, luščenja ali
drobljenja zaključnih površin, krivljenja stenskih ali fasadnih panelov itd. [98]
Zgleden primer ponovne uporabe opuščenih konstrukcij je sprememba dveh zapuščenih
silosov za sojina semena, ki sta bila pred tem v lasti tovarne Soya Bean Cake Factory v
Kopenhagnu, ki leţi na obreţju kanala na otoku na otoku Brygge v predelu Oresund.
Arhitekti iz Danskega podjetja MVRDV so leta 2005 uporabili AB silosa kot notranjo
nosilno konstrukcijo, na katero so na zunanjo stran obesili apartmaje. Skandinavska
praktičnost in pameten pristop za prilagajanje pri načrtovanju ponovne uporabe,
obnavljanja ali recikliranja njihovih opuščenih industrijskih območij sta vključena v
primer prenove teh opuščenih silosov, katere rezultat sta danes stanovanjski
(apartmajski) zgradbi ''Gemini'' (ang. Gemini Residences, Slika 5.9).
Slika 5.9: Ponovna raba obstoječe AB konstrukcije – Gemini Residences v Kopenhagnu
(Danska, 2005), (vir: Milan Kuhta)
Trajnost betona in betonskih konstrukcij med dobo uporabe 5.7
Vsestranskost betona zagotavlja projektantom in gradbenikom moţnost za proizvodnjo
estetskih in funkcionalnih konstrukcij. Uporabna doba betonskih konstrukcij betona ima
lahko ob primernem projektiranju trajnostne prednosti, ki jih kaţejo njegova energetska
učinkovitost, dolga ţivljenjska doba, nizki stroški vzdrţevanja, kvaliteta notranjega
zraka, nizka toksičnost in prašenje, poţarna varnost, robustnost, dobre akustične
lastnosti in zvočna izolativnost in toplotna kapaciteta, ki so lahko poleg drugih največje
prednosti betonskih konstrukcij.
Energetska učinkovitost v uporabni dobi 5.7.1
Energetska učinkovitost je še posebej pomembno področje pri ţe zgrajenih zgradbah in
infrastrukturi. Zaradi energetske potratnosti je potrebna (energetska) prenova starih
zgradb za zagotovitev modernih standardov toplotne učinkovitosti. Evropska unija
ocenjuje, da okoli 41% končne porabe energije nastane v stanovanjskih in poslovnih
sektorjih. Evropska direktiva o energetski učinkovitosti zgradb (ang. The Energy
Performance of Buildings Directive EPBD) izhaja iz leta 2006 in je glavni
zakonodajni inštrument v zvezi z rabo energije v gradbenem sektorju EU in zavezuje
drţave članice, da upoštevajo naslednje ukrepe:
uvajanje metode energetske učinkovitosti za izračun celotne energetske
učinkovitosti zgradb.,
določanje minimalnih zahtev za celotno energetsko učinkovitost novih zgradb in
velikih obstoječih zgradb (večjih od 1000 m2), ki so del večjih prenov (za
celotne zgradbe ali njihove dele),
zahtevani energetski certifikati pri naročanju, zakupu/najemu ali prodaji
zgradbe,
redni pregledi prezračevalnih sistemov,
upoštevanje vzdrţevalnih sistemov alternativne energije v novih zgradbah, ki so
večje od 1000 m2.
V EU zavzema okoli 41 % končne energetske porabe stanovanjski in poslovni sektor. Z
EPBD se lahko v gradbenem sektorju prihrani 28 % energije, celotna poraba energije pa
se lahko zmanjša za okoli 11 %. Pomanjkanje energetske učinkovitosti zgradb Evropo
vsako leto stane okoli 270 milijard €. Za dosego zmanjšanja stroškov energije na letnih
ravneh z investiranjem v energetsko prenovo je pomembno, da se vključi zainteresirane
– od vlade, industrije do končnih porabnikov. Poraba energije med dobo uporabe
zgradb je razdeljena na energijo za ogrevanje in hlajenje ter porabo elektrike, kar
predstavlja 42-odstotni deleţ poleg porabe zaradi vzdrţevanja in popravil ter proizvede
okoli 35 % vseh izpustov toplogrednih plinov v Evropi.
Ogrevanje predstavlja glavni del porabe energije poleg porabe za IT tehnologijo,
kopirne stroje itd. Poraba energije v zgradbah je neposredno povezana s konstrukcijo:
na primer velike steklene fasade običajno povečajo potrebo po ogrevanju pozimi in po
hlajenju poleti. Na porabo energije za ogrevanje v zgradbah vpliva tudi toplotna
izolacija zunanjega ovoja, masa zgradbe, prezračevanje in tesnjenje. [88] Boljše
tesnjenje v betonskih zgradbah lahko prihrani povprečno 10 % ogrevalne energije v
primerjavi z lesenimi zgradbami. Energetski prihranki se lahko povečajo tudi z uporabo
sistemov aktivne ventilacije (mehanske). Votle montaţne plošče na primer lahko
delujejo kot prezračevalni kanali in shranjujejo odvečno toploto ali hlad. V pisarniških
prostorih lahko tak sistem omogoča 710 % energetske prihranke v primerjavi z
običajnimi VAV (ang. variable air volume) sistemi in rešitvami s hladilnimi tramovi
(ang. cooling beam solutions).
Doba uporabe in stroški 5.7.2
Dolga doba uporabe je s trajnostne perspektive zelo zaţelena.V EU stoji v grobem okoli
150 milijonov bivališč, od katerih je bilo 32 % zgrajenih pred letom 1945, 40 % med
leti 1945 in 1975, preostalih 28 % pa je bilo zgrajenih kasneje. Pri gradnji betonskih
konstrukcij zelo pomembna trpeţnost, ki je lahko ključnega pomena za zagotavljanje
ustrezne uporabne dobe in za ustrezanje standardom. Obstaja 95-odstotna verjetnost, da
se doseţe uporabna doba betonskih konstrukcij od 50 do 200 let. Betonske konstrukcije
v notranjosti so lahko večne, vse dokler ne nastanejo mehanizmi, ki beton pri normalnih
pogojih poškodujejo. Pri projektiranju in gradnji betonskih konstrukcij se lahko vpliva
na uporabno dobo z naslednjimi moţnostmi izbire:
trdnostni razred in vodocementni faktor,
količina in kvaliteta cementa,
debelina krovnega sloja betona,
zrakoprepustnost in poroznost,
oblika konstrukcije in in metode gradnje,
gostota betona in vzdrţevanje. [88]
S temi moţnostni izbire se tako vpliva tudi na ceno betonov in betonskih konstrukcij in
stroške popravil in vzdrţevanja med dobo uporabe.
1. Cena
Stroški celotnega ţivljenjskega cikla zgradbe so v mednarodnem standardu ISO 15686-
5. del, definirani kot ekonomska ocena, ki upošteva vse sprejete, predvidene in
relevantne tokove stroškov v časovnem obdobju analize in so izraţeni v denarni valuti.
Predvideni stroški so tisti, ki so potrebni, da se doseţejo določene lastnosti kot so
zanesljivost, varnost in dostopnost. Stroški vključujejo stroške gradnje, rabe (poraba
energije, zavarovanja in prekinitveni stroški če se zgradba med popravili, zaradi
poplav ali poţarne škode ne more uporabljati), vzdrţevanja, obnavljanja, predelave
(zaradi spremembe namembnosti), rušenja in stroškov financiranja. Betonske zgradbe so
v primerjavi z drugimi gradbenimi materiali bolj stroškovno učinkovite kot druge
alternative, še posebej, kar se tiče stroškov rabe in obnavljanja ter zaradi dolge
ţivljenjske dobe betona.
Izboljšava energetske učinkovitosti pri zgradbah poleg tega, da zmanjšuje izpuste CO2
in drugih škodljivih snovi, zmanjšuje tudi stroške ogrevanja in hlajenja. Poraba energije
povprečne druţinske hiše lahko variira od 100120 kWh/m2. ''Nizkoenergijske?'' hiše
porabijo v primerjavi z običajno hišo manj kot polovico količine energije za ogrevanje.
Za ogrevanje ''nizkoenergijske'' hiše se porabi med 3070 kWh/m2. Z gradnjo dobro
tesnjenih in dobro izoliranih zgradb, zgrajenih iz lahkih betonskih blokov/zidakov, se
lahko v 50 letih, v primerjavi z običajno/standardno hišo, zgrajeno iz lahkih materialov,
prihrani za od 75.000 do 130.000 evrov električne energije. Stroški energije
predstavljajo glavni deleţ ţivljenjskih stroškov (10 % gospodinjske potrošnje), zato
imajo velik vpliv na druţinski proračun. [93]
Pri ceni igra pomembno vlogo tudi prilagodljivost zgradb. Projektiranje fleksibilnih
konstrukcij, ki se z lahkoto spreminjajo, razširjajo ali delijo, je lahko eden izmed ciljev
trajnostnega projektiranja. Za trajnost mora biti zgradba zmoţna prilagajanja in
spreminjanja skozi celotno dobo uporabe. Ti cilji bi se morali upoštevati ţe v zgodnjih
fazah projektiranja. Fleksibilnost zgradbe se lahko doseţe z relativno nizkimi stroški z
ustreznim zagotavljanjem dodatnih storitev. Pri nosilnih konstrukcijah je zaţeleno
zagotoviti velike odprte prostore, ki se jih lahko po potrebi deli oz. ločuje. Projektanti bi
morali predvideti kakršno koli moţno potrebo za dodatne kapacitete ali spremembe
(npr., na kateri točki bi se lahko na dolgi rok zahtevale dodatne razširitve in boljša
poţarna odpornost ali toplotna izolacija) saj predimenzioniranje konstrukcij ni
trajnostno. Dokler se upošteva fleksibilnost, sta prednosti betona zmoţnost visoke
nosilnosti in njegova dolgotrajnost.
2. Stroški popravil in vzdrževanja
Betonske zgradbe zahtevajo zelo malo vzdrţevanja. Za tekoče vzdrţevanje zadostuje ţe
običajno pranje konstrukcij z netoksičnimi snovmi, kot je milnica. Beton, ki je
izpostavljen zunanjosti/okolici, mora vzdrţati zamrzovanje, občasni vandalizem, kot so
npr. grafiti, poškodbe s trdimi predmeti itd. Betonske površine se lahko delno zaščitijo s
protigrafitnimi premazi in ne zahtevajo barvanja Če so barvane, so potrebna ponovna
barvanja, ko barve zbledijo. Elastični spoji med enotami montaţnih betonskih fasadnih
plošč se morajo običajno prenoviti in zamenjati vsakih 20 let. Če se betonska površina
poslabša, se lahko popravi s preplastitvijo z malto. Če betonska armatura začne rjaveti,
popravila zajemajo odstranjevanje poslabšanega betona z obdelavo površine zarjavelega
jekla in polnjenje oz. prekrivanje betonske površine. Prav tako pa se lahko obnovi
alkalnost betona za zagotovitev ohranitve jekla. [88]
Kvaliteta notranjega zraka 5.7.3
Kvaliteta notranjega zraka predstavlja največje tveganje za zdravje za veliko ljudi, ki
preţivijo velik del svojega časa v notranjih prostorih, ter lahko vodi v resne zdravstvene
teţave, kot so bolezni dihal. Zato narašča potreba po iskanju načinov za izboljšanje
kvalitete notranjega zraka. K slabi kvaliteti zraka prispevajo številni faktorji, kot so
tobačni dim, visokohlapne organske spojine ravni, vonjave iz proizvodov za čiščenje,
osebno nego ali hobije in izgorevanje nafte, plina, kerozina, premoga, lesa itd. Beton
vsebuje nizke oz. zanemarljive ravni visokohlapnih organskih spojin, ki bi slabšale
kvaliteto notranjega zraka. Te snovi običajno izvirajo iz plinov iz novih gradbenih
proizvodov. Odpornost betona na vlago omeji količino vlage, ki vstopa v zgradbo ali
infiltrira skozi steno, in zagotavlja boljše pogoje za ogrevanje, prezračevanje in
klimatske sisteme ter tako izboljšuje kvaliteto notranjega zraka. V primeru nenadnega
vdora vlage, kot je na primer poplavljanje, običajno zadostuje sušenje zgradbe brez
potrebe po rušenju ali rekonstrukciji.
Poškodbe zaradi vlage in plesni v betonskih zgradbah so redke in manj običajne.
Moţnost poškodb zaradi vlage se pojavi in narašča zaradi zračne vlage v zaprtih
prostorih, zaradi plinskih naprav in zaradi pomanjkljivega vzdrţevanja, ki ga
najpogosteje povzročajo poškodbe zaradi plesni. [88]
Prah ter toksična in radioaktivna kontaminacija 5.7.4
Prisotnost nekaterih substanc v betonih vključno z uporabnimi in nezaţelenimi dodatki
lahko povzroča zdravstvene probleme. Naravni radioaktivni elementi (U uran, Th
torij in Rn radon) so lahko v betonskih bivališčih prisotni v različnih koncentracijah,
odvisno od vira uporabljenega materiala. Toksične snovi se lahko nenamerno pojavijo
kot posledica kontaminacije pri jedrskih nesrečah.
Rušenje betonskih konstrukcij in naravne katastrofe, kot so potresi, pogosto povzročijo
sprostitev ogromnih količin betonskega prahu v lokalno atmosfero. Prah iz ruševin
razbitega betona kot posledica rušenja ali lomljenja lahko povzroči resne zdravstvene
teţave v odvisnosti tudi od snovi, ki so bile dodane v beton. Vendar pa vgrajevanje
škodljivih materialov v betone ni vedno nevarno in ima lahko celo svoje prednosti. V
nekaterih primerih vgrajevanje določenih sestavin, kot so na primer nekatere kovine,
proces hidratacije cementa imobilizira v neškodljivo stanje in na ta način prepreči, da bi
ostale v škodljivi obliki v prostem okolju. [95]
Poţarna varnost 5.7.5
Ogenj je hitra, progresivna kemična reakcija, ki sprošča toploto in svetlobo. Ko se
pojavi iskra ali vir toplote, lahko gorljive snovi zagorijo ob prisotnosti kisika. Izjemna
in dokazana ognjevarnost betona v primeru poţara ščiti človeška in druga ţivljenja,
lastnino in okolje. Zaradi poţarne varnosti beton koristi vsakemu uporabniku zgradb,
lastnikom, poslovneţem, stanovalcem, zavarovalnicam in zavarovancem, upravljalcem
in gasilcem. Kadar se ga uporablja za stanovanjske zgradbe, industrijska skladišča ali
tunele, se lahko beton izkaţe kot dovolj robusten material celo pri velikih poţarnih
nesrečah. Za lastnike zgradb, zavarovalnice in upravljalce je lahko beton primerna
izbira, saj ponuja odlične lastnosti pri vseh kriterijih poţarne varnosti. Prednosti
ognjevarnih lastnosti betonov:
beton ne gori, se ne tali, je visokoodporen na ogenj in zaustavlja širjenje ognja
ter ne pospešuje gorenja in tako zmanjšuje tveganje okoljskega onesnaţevanja;
beton je učinkovit ognjeni ščit, za stanovalce/uporabnike zgradb je varno
sredstvo za izhod v sili in deluje kot zaščita za gasilce, primeren je tudi za
vozišča v tunelih, saj zagotavlja vgrajeno poţarno zaščito običajno ni potrebe
po dodatnih merjenjih;
beton ne proizvaja toksičnih plinov, zato zmanjšuje tveganje za
uporabnike/stanovalce;
beton lahko prenese ekstremne poţare, zato je idealen za skladiščne prostore z
visokimi poţarnimi obremenitvami;
robustnost betona omogoča laţje gašenje in zmanjšuje tveganje porušitve
konstrukcije, po poţaru se lahko obnavlja;
beton se zaradi uporabe vodnih curkov za gašenje ne poškoduje. [88]
Odpornost na zunanje skrajne vplive okolja 5.7.6
Betonske konstrukcije so robustne, pri njih obstaja manjše tveganje za poškodbe, kar
ima prednost pri manjših količinah materiala, ki so potrebne za popravila. Betonski
objekti so običajno varni in zanesljivi. Če so kvalitetno zgrajeni, zahtevajo malo
vzdrţevanja in popravljanja. Beton ima sposobnost absorbiranja energije zaradi šokov,
kot so eksplozije ter drugi masivni vplivi (tudi zaradi letalskega prometa). Zato se ga
lahko uporabi na primer za bariere za ločevanje in upočasnjevanje prometa, ki so
narejene iz montaţnega betona in absorbirajo vplive zaradi vozil. Betonske bariere
prinašajo ključne trajnostne prednosti:
80 % manj utelešenega CO2 kot drugi sistemi,
minimalna poraba materiala in ustvarjanje odpadkov,
manj onesnaţevanja,
moţnosti ponovne rabe, obnove ali recikliranja,
manj vzdrţevanja – doba uporabe je lahko preko 50 let,
zmanjšanje prometnih zastojev in pripadajočih izpustov,
izboljšava varnosti za uporabnike cest in cestne delavce,
betonske konstrukcije imajo svoje prednosti, kadar so ogroţene zaradi bombnih
ali kemičnih eksplozij. [88]
Zvočna izolativnost in odpornost proti vibracijam 5.7.7
Prednost masivnega betona je tudi njegova zmoţnost blaţenja vibracij in zmanjšanje
zvočne transmisije/prenosa. Uporabniki zgradb si ţelijo udobja, ki ga prinaša tišina, in
se lahko uresniči z rabo betona. Tudi, kadar zgradba stoji blizi virov hrupa kot so ceste,
ţeleznice ali letališča.
Zahteve za zvočno izolacijo v Evropi urejajo zakonske regulative za prenos zvoka v
zraku (npr. glasen govor) in udarne zvoke (npr. koraki, še posebej v stanovanjskih
zgradbah). Zvočna izolacija proti prenosu zvoka v zraku je odvisna od mase in togosti
konstrukcije, zato je betonska konstrukcija najboljši način za zagotavljanje dobre
zvočne izolacije.
Za učinkovito izoliranje proti prenosu zvoka v prostoru, je pomembno da konstrukcija
tesni in tako le-ta ne more prehajati skozi različne kanale/vode, vrzeli in spoje. Na
primer, od 25 do 30 cm debela votla plošča (ang. hollow core floor) in 18 cm debele
stene omogočajo zadostno izolacijo v skoraj vseh primerih.
Betonski finalni tlaki imajo veliko nosilnost in zvočno odpornost. 25 cm betonsko
plošča, izvedena na mestu vgradnje, bi na primer ustrezala večini Evropskih zakonodaj,
ki v splošnem zahtevajo zmanjšanje zvočnih ravni na 53 dB. Betonska tla so učinkovita
rešitev za nadleţne, nizkofrekvenčne zvoke.
Betonske stene se uporabljajo kot učinkovita zvočna bariera, še posebej v primeru
prometa. Kot oblikovalen material se ga lahko zlahka oblikuje v optimalno obliko za
blaţenje zvoka. Če je površina gladka, se zvok odbija, če pa je razčlenjena, se učinki
zvoka zmanjšajo. [88]
Prednosti toplotne kapacitete betona 5.7.8
Akumulativne lastnosti armiranobetonskih konstrukcij toplotna kapaciteta (Slika
5.10), lahko precej prispevajo k izboljšanju toplotne stabilnosti zgradb v notranjem
okolju. Toplotna kapaciteta ima pravzaprav največjo kapaciteto za zmanjševanje porabe
dodatne energije v zgradbah za ogrevanje, hlajenje itd. Merimo jo v kJ/m2K, ki je
merilo za toplotno kapaciteto na m2 stene ali tal. Lahka stena ima kapaciteto okoli 10
kJ/m2K, medtem ko ima masivna stena kapaciteto do 230 kJ/m
2K. Toplotna izmenjava
skozi zunanje stene poteka zaradi: transferja sevalne toplote (radiacija ali sevanje
sonca), toplotne konvekcije (npr. topel zrak prek konvekcije segreje steno oz. stena
ohladi zrak) in kondukcije, ki je prenos prek trdnega medija (npr. pozimi toplota prehaja
iz notranjosti stene zgradbe do zunanjosti stene).
Slika 5.10: Mehanizem toplotne kapacitete potencial dnevnega shranjevanja toplote [73]
Toplotna kapaciteta betona se lahko izkoristi za zmanjšanje temperaturnih amplitud v
zgradbah in za zmanjšanje potrebe po uporabi energetsko potratnih klimatskih naprav.
Betonske stene in tla so učinkoviti grelniki, ki absorbirajo prosto toploto sonca med
dnevom in sproščajo toploto ponoči. Beton shranjuje toploto pozimi in ohlajuje zgradbe
poleti tako, da ustvarja optimalne bivalne pogoje oz. ugodje/udobje za uporabnike.
Rezultati raziskav dokazujejo, da zgradbe z visokimi ravnmi toplotne kapacitete,
pasivnimi solarnimi funkcijami in učinkovitimi kontrolami ventilacije predstavljajo
izjemno dobro energetsko učinkovitost. Učinki toplotne kapacitete betona:
optimizira prednosti sončne energije in tako zniţuje potrebo po uporabi goriv za
ogrevanje;
zmanjšuje porabo ogrevalne energije za 215 %;
uravnava nihanje notranje temperature;
zakasnjuje toplotne vrhove v pisarnah in drugih poslovnih zgradbah, dokler
uporabniki ne zapustijo zgradb;
zmanjšuje toplotne vrhove in potrebo po rabi klimatskih naprav;
lahko se jo izkorišča v kombinaciji z nočnim prezračevanjem tako, da je dnevno
nepotrebno;
kadar se jo kombinira s klimatskimi napravami, lahko zmanjša porabo energije
za hlajenje do 50 %;
lahko zmanjša stroške energije zgradb;
omogoča najboljšo rabo nizkotemperaturnih virov, kot so talne toplotne črpalke;
zmanjšuje izpuste CO2 zaradi segrevanja, hlajenja;
pomaga obvarovati zgradbe pred klimatskimi spremembami v prihodnosti. [88]
Toplotna kapaciteta pri talnem ogrevanju deluje najbolje, kadar se jo vključi v betonsko
konstrukcijo na način, da je toplotna energija shranjena v konstrukciji. Tako se lahko
počasi sprošča nazaj v okolico. Z vgrajenim talnim ogrevanjem v betonsko ploščo se
lahko večino potrebne električne energije za ogrevanje in toplo vodo troši ponoči, kar je
običajno cenejše kot podnevi. [88]
6 SODOBNE KONSTRUKCIJSKE REŠITVE PRI UPORABI
BETONOV
Trajnostne rešitve v okviru betonov in betonskih konstrukcij niso moţne le znotraj
njihovih lastnosti, ampak se jih da doseči tudi z optimizacijo oblik in mešanic betonov
za različne namene. Tako se lahko z betoni doseţejo velike trajnostne prednosti.
Nekatere od teh rešitev smo opisali v tem poglavju.
Optimizacija oblike in betonske mešanice 6.1
Z optimiziranjem betonske mešanice oz. z rabo novih kompozitnih materialov z
izboljšanimi fizikalnimi lastnostmi ali z optimiziranjem oblike se lahko dosegajo veliki
učinki z vidika prihrankov pri porabi materiala in energije ter zato manjši okoljski
vplivi. Nekateri primeri kaţejo, da se optimiziranje lahko uporabi pri oblikovanju
elementov armiranega betona (tudi z betoni visoke zmogljivosti in ultravisoke
zmogljivosti) v kombinaciji z njihovimi mehanskimi lastnostmi ter se tako doseţe finost
elementov (debelina stene 30 milimetrov ali manj). Manjša teţa optimiziranih mešanic
oz. elementov nalaga manjšo obremenitev na podporne konstrukcije. Oblika prereza se
lahko ustvari z opaţi, različnimi tipi lahkih elementov, z rabo lahkega betona, z rabo
betonov visoke trdnosti itd. Omenjene tehnike lahko vodijo k prihrankom materiala od
30 do 60 %. [84]
Z uporabo visoko trdnostnega betona (tlačna trdnost nad 60 MPa) se lahko zmanjšajo
dimenzije elementov konstrukcije. Podvajanje trdnosti stebrov zmanjšuje razmerje med
stroški in nosilnostjo za okoli 25 %. Z uporabo betona visoke trdnosti se zmanjša tudi
poraba materialov ter se povečajo moţnosti za izboljšanje uporabne dobe konstrukcije.
[88]
Primerjalna študija, prikazana spodaj (Slika 6.2) s pomočjo analize LCA, kjer so se
primerjale alternative AB stropnih plošč, kaţe moţnosti za zmanjšanje okoljskih
vplivov z optimizacijo oblike betonske konstrukcije s ciljem zmanjšati porabo
konstrukcijskega materiala tako, da se obdrţi visoka raven nosilnosti (Slika 6.2).
Osnovne konstrukcijske prednosti nekaterih optimiziranih elementov so prikazane na
spodnji tabeli (Slika 6.2). Alternative so bile dimenzionirane za enake pogoje (razponi,
koristna obteţba, ravnost površine itd.). Rezultati prikazujejo razlike, ki so povezane s
samimi konstrukcijskimi alternativami. Najbolj optimizirana oblika je armirana rebrasta
ali vafljasta konstrukcija. ''T'' oblika AB reber omogoča distribucijo in prihranke
konstrukcijskega materiala. Široka pasnica sluţi za prevzem tlačnih napetosti in ozke
stojine (rebra) z armaturo za prevzem nateznih napetosti. Graf prikazuje potencialne
prihranke pri okoljskih vplivih (Slika 6.2). V primerjavi s polno ploščo AB je poraba
betona pri osnovni obliki vafljaste ali narebrene plošče manjša za 40 do 55 %. Ti
rezultati sicer pokrivajo le stropno konstrukcijo samo po sebi. Optimizacije oz.
prihranki so povezani tudi z zmanjšanjem količine materiala (prihranki pri transportu) in
manjšo obremenitvijo na podporne konstrukcije (stebri, stene, temelji). Takšen pristop
se lahko uporablja za trajnostno optimizirano projektiranje. [99] Primer AB rebraste
stropne plošče vidimo na spodnji sliki (Slika 6.1), kjer so rekonstruirali stropno ploščo v
proizvodni hali Škode na Češkem (2003/2004). Plošča je polnjena z vafljastimi polnili
iz nesortirane reciklirane plastike.
Slika 6.1: Rekonstrukcija stropne plošče v proizvodni hali Škode, (2003/2004) [99]
Slika 6.2: Primerjava okoljskih parametrov AB alternativ stropnih plošč. Referenčna raven je
100 % in je prikazana za polno AB stropno ploščo (alternativa A); poslovenjeno po [99]
Odvajanje vode in uporaba prepustnega betona 6.2
Beton se uporablja za ustvarjanje trdih, neprepustnih površin, ki imajo funkcijo zaščite
in nosilnosti. Zaradi neprepustnosti povzročajo odtekanje vode po površini, katerega
posledice so lahko tudi erozija zemlje, onesnaţevanje vode in poplavljanje. Po drugi
strani pa je beton eno izmed najmočnejših orodij za zagotavljanje kontrole poplav s
pomočjo zajezitev, preusmeritev poplavnih voda, blatnih tokov in podobno.
Urbano odvajanje vode lahko odplakne s seboj tekoča goriva, motorna olja, teţke
kovine, odpadke in druge polutante s pločnikov, cest, parkirišč in drugih površin. Z
namenom, da bi preprečili negativne učinke neprepustnega betona, se lahko uporablja
prepustne betone ali trajnostne drenaţne sisteme z betonskimi tlakovci, ki zagotavljajo
avtomatično raven upravljanja s padavinsko vodo. [95]
1. Uporaba prepustnega betona
Prepustni betoni (ang. pervious concrete) so betoni z visoko poroznostjo (od 15 % do 35
%) in omogočajo prosto odtekanje vode s površin s pronicanjem skozi plast betona v
podtalnico, drugače kot pri gostem visoko trdnostnem betonu. V glavnem vsebuje
navaden portlandski cement, dodatne cementitne materiale (SCMs), kot so
elektrofiltrski pepel, ţlindrin cement, grobi agregat (med 19 in 9,5 mm) in vodo.
Njegova uporaba pride v poštev v situacijah, kjer je potrebno odtekanje oz. dreniranje
vode zaradi padavin (poplav) ali drugih virov (Slika 6.3). Z ustreznim projektiranjem
ima funkcijo avtomatičnega vodnega filtra s preprečevanjem pronicanja škodljivih
snovi, kot so olja in druge kemikalije. Tovrsten beton se lahko uporablja za prometno
manj obremenjene površine (manj obremenjene parkirne površine, sprehajalne poti,
ulice itd.). Prav tako zahteva ustrezno vgrajevanje, da zmanjša dovzetnost za škodo
zaradi zmrzovanja oz. tajanja in nastanka sedimentov. [95]
Slika 6.3: Primer sistema tlakovanja s prepustnim betonom [100]
2. Trajnostni urbani drenažni sistemi
Dobro rešitev predstavljajo trajnostni drenaţni sistemi (ang. Sustainable Urban
Drainage Systems SUDS) z uporabo prepustnega tlakovanja z betonskimi tlakovci
(ang. Concrete Block Permeable Paving CBPP). S prepustnim tlakovanjem z
betonskimi tlakovci (CBPP) se lahko obvlada nevarnosti poplavljanja in onesnaţevanja.
Takšen drenaţni sistem prenaša tudi prometne obremenitve. CBPP omogoča odtekanje
vode skozi površino med vsakim tlakovcem ter pronicanje skozi spodnje prepustne
plasti, kjer se shranjuje in počasi sprošča ali v zemljino in naprej v podtalnico ali v
druge drenaţne sisteme za upravljanje z meteornimi vodami – zbiralniki/gramoznice.
Obstajajo trije različni tipi drenaţnih sistemov prepustnega tlakovanja z betonskimi
tlakovci, ki se v glavnem razlikujejo po načinu odvajanja vode: direktno v zemljino
(polno pronicanje), v drenaţno cev (delno pronicanje, Slika 6.4) ali v vodozbirnik za
meteorno vodo (brez pronicanja, Slika 6.5).
Slika 6.4: Sistem prepustnega tlakovanja z betonskimi tlakovci v drenažno cev [78]
Slika 6.5: Zbiranje deževnice s pomočjo sistema prepustnega tlakovanja z betonskimi tlakovci
[78]
Prednosti prepustnega tlakovanja z betonskimi tlakovci:
zagotavlja konstrukcijsko tlakovanje in omogoča pronicanje meteorne vode
skozi tlakovano površino v zemljino in dalje v podtalnico oz. v vodozbirnike;
prispeva k odstranjevanju onesnaţeval preko pronicanja skozi spodnje plasti
tlakovanja;
omogoča vodi, da pronica v zemljino, se zbira za ponovno uporabo ali sprošča v
vodotoke, v druge sisteme za upravljanje z meteornimi vodami ali druge
drenaţne sisteme;
primerno je za širok nabor stanovanjskih, trgovskih/poslovnih in industrijskih
namenov;
optimizira rabo zemljišča s kombiniranjem dveh funkcij v eni konstrukciji
konstrukcijsko tlakovanje, ki se kombinira s skladiščenjem in z usihanjem
površinske vode;
upravlja z meteorno vodo, ki odteka s streh in neprepustnih tlakovanih površin
na površine s prepustnim tlakovanjem (Slika 6.5). [78]
Toplotni otoki 6.3
Velike tlakovane površine v mestih neposredno vplivajo na temperaturo in prispevajo k
učinkom urbanih toplotnih otokov (ang. Urban heat islands – UHI). Beton in asfalt sta
glavna povzročitelja učinkov toplotnih otokov v mestih. Teţave se da omiliti s
prilagojenimi gradbenimi materiali za reflektiranje svetlobe in toplote, kot so svetlo
pobarvani betoni in asfalt-betoni, z boljšim planiranjem mest kot je s povečanjem
"vidnega neba" ("Sky View").
Slika 6.6: Mestni toplotni otoki [101]
To pomeni manj visokih in izpostavljenih (proti soncu) površin zgradb zaradi njihove
toplotne kapacitete. Torej z uporabo več dolgih širokih in manj visokih ozkih zgradb, z
vegetacijo na stenah in strehah, z uporabo dreves in površinske vegetacije, s
tlakovanjem, ki omogoča rast rastlin, s pravilno ventilacijo zgradb, z izboljšanjem
mestnih vodnih površin in tokov, z izklapljanjem klimatskih naprav itd. Raba svetlih
betonov je dokazano učinkovita rešitev in odbija do 50 % več svetlobe kot asfalti ter
zmanjšuje temperaturo okolja. [95] Veda, ki se ukvarja s teţavami urbanih toplotnih
otokov, je urbana klimatologija. Na sliki spodaj vidimo (Slika 6.6), da akumulacijo
toplote najbolj povzročajo mestna središča, najmanj pa ruralno okolje. Vzrok za to je
dejstvo, da je v mestih premalo zelenih površin.
Slika 6.7: Bosco Verticale, Milano, Italija (vir: Milan Kuhta)
Montažne betonske konstrukcije z integriranimi funkcijami 6.4
Montaţna gradnja omogoča rabo montaţnih betonskih konstrukcijskih elementov z
integriranimi funkcijami bolj kompliciranih oblik, ki so prilagojeni za učinkovitejšo
rabo betonskih konstrukcij kakor tudi za druge funkcije. Modularna montaţna gradnja z
montaţnimi elementi je ena izmed najbolj običajnih in učinkovitih (učinkovita izraba
virov) načinov gradnje v svetu. Zagotavlja hitro gradnjo, višjo dobičkonosnost in boljšo
kvaliteto ter omogoča gradnjo lepih in modernih zgradb. Najbolj običajni montaţni
proizvodi so fasade, votle plošče (Slika 6.8, desno), rebraste ali ravne plošče, stenski
elementi (Slika 6.8, levo), temelji z montaţnimi betonskimi stebri, okvirji, nosilci, stebri,
stopnišča in drugi specialni proizvodi. Paneli lahko vsebujejo vgrajene sisteme
distribucije ali cevi za zaščito kablov v primeru električnih napeljav, vodnih napeljav,
ventilacije in ogrevalnih sistemov. [84]
Slika 6.8: Montažni stenski elementi (levo); Votle montažne plošče (desno), Četrt Oresund,
Kobenhaven (Julij, 2016, vir: Milan Kuhta)
Nekatere trajnostne prednosti montaţne gradnje so naštete spodaj in prikazane na
spodnji tabeli (Tabela 6.1):
Tabela 6.1: Nekatere prednosti montažne gradnje [102]
Montaţna gradnja izboljša produktivnost in kvaliteto ter skrajša čas gradnje,
zato se zmanjšajo tudi stroški gradnje.
Montaţna gradnja omogoča tudi niţje stroške uporabne dobe (konstrukcije in
fasad) kot pri običajni gradnji, saj so industrijsko proizvedeni betonski elementi
boljši.
Z montaţno gradnjo se tudi zmanjšajo potrebe po transportu (montaţne plošče,
stene, okvirji in temelji se transportirajo na gradbišča ter se jih lahko neposredno
vgrajuje).
Montaţna gradnja je primerna za katerekoli tipe gradnje: stanovanjske,
poslovne, industrijske in javne zgradbe ali infrastrukturo.
Montaţni elementi so lahko primerni za ponovno rabo, obnovo ali popravila in
recikliranje.
V primerjavi z običajnim betoniranjem se pri montaţni gradnji porablja manj
virov surovin: cementa, vode, jekla in delovne sile, nastane manj odpadkov na
gradbiščih in v proizvodnih obratih, kar povzroča manjši ogljični odtis.
Glavni konstrukcijski sistem v Kobenhavnu na Danskem v zadnjem času predstavlja
montaţna gradnja (Slika 6.8, Slika 6.9) z betonskimi konstrukcijskimi montaţnimi
elementi z vsemi zgoraj naštetimi prednostmi montaţne gradnje. Danski izvajalec
CASA na primer gradi 23.000 m2 stanovanjskih zgradb na območju Enghave Brygge v
Kobenhavnu na Danskem. Stanovanjska soseska se bo imenovala "Kærholm" in je prva
faza projekta ''Engholmene'', kjer načrtujejo gradnjo treh umetnih otokov v
Kobenhavenskem pristanišču. Projekt je zasnovan kot kanalsko mesto. Na spodnji sliki
(Slika 6.9) vidimo eno izmed stanovanjskih zgradb med gradnjo. Zgradbe v tej soseski
bodo v celoti zgrajene iz montaţnih betonskih elementov.
Slika 6.9: Montažna gradnja stanovanjske zgradbe v bodoči soseski "Kærholm" v Kobenhavnu
na Danskem (Julij, 2016, vir: Milan Kuhta)
Konstrukcije iz leseno-betonskih kompozitov 6.5
Tehnologija leseno-betonskih kompozitov (Timber-Concrete Composite – TCC) je
tehnologija, ki se osredotoča na optimizacijo obnašanja in zahtev materiala s
projektiranjem konstrukcijskih vezi med lesenimi in betonskimi elementi. Razlog za
''hibridni'' pristop so pri tej kombinaciji različne trdnosti, les za natezne obremenitve in
beton za tlačne. Takšna ''hibridizacija'' omogoča projektantom zmanjšati prereze,
povečati razpone in racionalizirati konstrukcije, kar vodi tudi k okoljskim rešitvam v
okviru trajnostne gradnje. [103] Ti sistemi se uporabljajo za zelo raznolike
konstrukcijske elemente. Les in beton morata biti povezana s striţno povezavo, ki
omogoča komponentam delovanje kot kompozitni sistem. Ključnega pomena je izbor
striţne povezave, saj je od nje odvisna učinkovitost sistema. [104] TCC se v največji
meri uporabljajo za plošče, nosilce, v zadnjem času pogosto za mostne konstrukcije,
lepljene sisteme itd. Pogosto so montaţne narave, kar je tudi njihova trajnostna
prednost.
Sistemi TCC se ekstenzivno uporabljajo za nove plošče in za izboljšanje ţe obstoječih
lesenih stropov. S kombinacijo lastnosti lesa in betona se lahko izboljšajo različni vidiki
lesenih stropov, kar vključuje dinamičen odziv, upogibno togost, nosilnost, zvočno
izolativnost, poţarno odpornost, odpornost na potresne sunke in toplotno kapaciteto. Te
prednosti so razširile uporabo lesa za določene namene, kot so plesni podesti ali odrske
plošče v gledališčih in za zgradbe z naravno ventilacijo. Prednosti lepljenih sistemov
TCC so na primer trdnost in togost ter manjši proizvodni stroški. Običajno so sistemi
plošč TCC optimizirani za konstrukcijsko funkcionalnost tlačno obremenjenih betonov
ter natezno obremenjenega lesa pri upogibanju. [104]
TCC se tako vse pogosteje uporablja za večnamenske in javne zgradbe. [104] Posebno v
primeru večnadstropnih lesenih zgradb lahko betonska tla ali stropi precej izboljšajo
parametre akustične in poţarne varnosti, obenem pa lahko z vidika prostorske togosti
zagotavljajo horizontalno talno konstrukcijo. [84]
TCC se v zadnjem času pogosto kombinira pri gradnji mostnih konstrukcij. Ko so pri
gradnji mostov začeli kombinirati les in beton, se je raba lesa začela zmanjševati. Eden
izmed razlogov so bili tudi nizka togost lesa, nizka nosilnost in teţave trajnosti lesa.
Raba lesa je zopet začela naraščati z razvojem TCC, še posebej za plošče pri mostovih.
Te kompozitne rešitve so učinkovite in so presegale glavno slabost lesa kot
konstrukcijskega materiala, bile pa so tudi trpeţne. Plast betona ščiti lesene dele proti
direktnemu kontaktu z vodo in drugim mehanskim vplivom. Dokler je les ustrezno
zaščiten oz. obdelan (npr. lepljeni lamelni leseni konstrukcijski elementi), se ohranja
tudi visoka stabilnost vlage v lesu. To zelo prispeva k povečanju trpeţnosti in
posledično k ţivljenjski dobi mostov. Kombinacija lesa z betonom, ki je bolj tog
material z visoko tlačno trdnostjo, poveča nosilnost in kompozitno togost. Dokazano je
bilo, da se nosilnostna kapaciteta kompozitnega sistema, ko so ga primerjali s podobnim
sistemom, izdelanim izključno iz lesa, lahko poveča za faktor 3, ko se deformacije
zmanjšajo za faktor 4. [104]
Število mostov, zgrajenih v zadnjem desetletju, predstavlja več kot 50 % celotnega
števila mostov. Število v glavnem narašča zaradi stroškovne konkurenčnosti, okoljske
prijaznosti in trenutnih tehnoloških inovacij, ki so v zvezi s konstrukcijami TCC v
mostovih. [104]
Prvi leseno-betonski kompozitni most, zgrajen po sistemu HBV (Holz Beton Verbund),
je bil zgrajen v Areni Chiemgau v Ruhpodlingu v Nemčiji, marca 2010 (Slika 6.10).
Glavna konstrukcija je sestavljena iz 9 lameliranih lepljenih nosilcev s striţno povezavo
z 20 cm armiranobetonsko ploščo, preplaščeno z asfaltom. Most ''Biathlon Bridge
Ruhpolding'' sluţi kot kriţišče na zimskošportnih površinah in lahko prenaša
obremenitve 15-tonskih sneţnih teptalnikov. [105]
Slika 6.10: Leseno-betonski kompozitni most, zgrajen po sistemu HBV, v Areni Chiemgau v
Ruhpodlingu v Nemčiji (2010) [105]
Pri spodnjem primeru lahko vidimo prednost TCC z vidika porabe primarne energije.
Češki raziskovalci so primerjali štiri različice sledečih talnih/stropnih plošč (Slika 6.11):
V1 – polna AB plošča (beton C30/37 – debeline 200 mm, ojačana z jeklenimi
palicami),
V2 – montaţni betonski paneli iz visoko zmogljivega HPC105 s polnili iz
recikliranih laminatnih pivnih kartonov (laminated drink cartons) – debeline 200
mm, ojačani z jeklenimi vlakni,
V3 – rebrasta plošča iz visoko zmogljivega betona HPC105 – skupne debeline
160 mm, plošča 30 mm,
V4 – plošča iz TCC (lepljeni stiki) – debeline 190 mm, zgornja plast debeline 30
mm je iz visoko zmogljivega betona HPC105, ojačanega z jeklenimi
mikrovlakni, na katero je pritrjen leseni nosilec 80/160 (za podrobnosti glej vir).
[106]
Slika 6.11: Shematski prerezi štirih različnih talnih plošč [106]
Tabela 6.2: Zbrani podatki za štiri različne vrste plošč o primarni porabi energije [106]
Graf prikazuje porabo primarne energije za vse štiri različice talnih/stropnih plošč, ki so
povezane z določenimi materiali, transportom in procesi gradnje. Razvidno je, da je
največja poraba energije povezana s proizvodnjo cementa in rabo jekla. Najboljše
rezultate kaţe različica V4 (Tabela 6.2) iz TCC zaradi rabe lesenih nosilcev, ki imajo
mnogo manjše zahteve po primarni energiji in je s tega vidika tudi najbolj trajnostna.
[106]
Uporaba tekstilnega armiranega betona 6.6
Tekstilni armirani beton (ang. Textile Reinforced Concrete – TRC) je kompozitni
material, ki je izdelan iz betona, ojačanega z dvodimenzionalnim in tridimenzionalnim
tekstilnim materialom (v odvisnosti od usmerjenosti vlaken oz. tkanine/tkanja) (Slika
6.12). Materiale visokih trdnosti, kot so keramična glina, plastika ali v našem primeru
beton, z zanemarljivimi razteznimi lastnostmi se lahko ojači s tkanim in netkanim
tekstilnim materialom. Vlaknasti materiali, ki so v glavnem bili preizkušani v TRC, so
običajno visoko trdnostni in v glavni meri predstavljajo vlakna iz alkalno-odpornega
stekla (ang. alkali-resistant glass – AR-glass), ogljikova vlakna, bazalt, aramid,
polivinil-alkohol (PVA) s polivinil-kloridno (PVC) oblogo in hibridne variante. V
uporabi so tudi vlakna, kot so juta, kevlar, polipropilen, poliamidi (najlon) itd. [107]
Izbira vlaknastega materiala lahko temelji na različnih faktorjih, kot so značilnosti
materiala (korozija in temperaturna odpornost, odpornost na upogibe), proizvodni
stroški in okoljski vplivi. V okviru mehanskega obnašanja imajo TRC prednosti pri
nateznih trdnostih, mejnih raztezkih in modulih elastičnosti. Velik vpliv na kompozitno
obnašanje elementov iz TRC ima tudi raven ojačitev in način vgrajevanja tekstilne
armature. V TRC je lahko maksimalna velikost agregata < 2 mm. [107]
Tekstilni armirani beton je bil razvit za zelo tanke plošče ali lupinaste elemente
(debeline 1225 mm), kjer raba jeklene armature ni primerna zaradi tveganja korozije
pri pretanki prekrivni plasti betona, zato se jo nadomešča s tekstilno armaturo.
Slika 6.12: Sestavine TRC: preja, tkanina in kompozit tekstilne tkanine z drobnozrnatim
betonom [107]
TRC je nekoroziven in zato manj dovzeten za rjavenje in poškodbe zaradi soli, vode in
drugih okoljskih vplivov. Koncept rabe tovrstnega betona je bil predstavljen z namenom
zmanjšanja debeline in tako tudi teţe elementov ter posledično porabe betona in
povezanih okoljskih vplivov. Ta koncept se v glavnem uporablja za ovoje zgradb/fasade
z določenimi oblikami, za povečanje trdnosti konstrukcijskih elementov ali za tanke
fasadne panele. [84] Pri uporabi TRC s karbonskimi vlakni ali iz alkalno-odpornega
tekstila je potrebnega pribliţno 85 % manj betona za gradnjo, zato je uporaba betonov
TRC lahko zelo zmanjša okoljske vplive. [107]
Raba armiranih betonov s tekstilom ekstenzivno narašča v kombinaciji z znanostjo o
materialih in tekstilno tehnologijo. Mostovi, stebri, cestne grbine za umirjanje prometa
so lahko izdelani iz betonov, ojačanih z juto ali s kevlarjem, ter dobro prenašajo
vibracije, nenadne udarce in torzijo.
Tekstilno-armirani obloţni paneli (ang. textile-reinforced cladding panels) so bili razviti
za zunanji ovoj Inštituta za konstrukcijski beton univerze RWTH Aachen v Nemčiji
(Slika 6.13). Za armiranje so se uporabljala obloţena alkalno-odporna steklena vlakna
(ang. Coated AR-glass fibre mesh) v dveh plasteh blizu površine (≈3 mm pod površino).
Ta tip panelov dobro prenaša vetrovne obremenitve in preprečuje pokanje pod
koristnimi obteţbami. [107]
Slika 6.13: Viseča fasadna konstrukcija na Inštitutu za konstrukcijski beton univerze RWTH
Aachen v Nemčiji [107]
Uporaba geopolimernega betona 6.7
Dober primer trajnostnega betona in njegove trajnostne rabe je lahko geopolimerni
beton, katerega bistvena sestavina je geopolimerni cement. Ta je alternativa običajnemu
portlandskemu cementu in se uporablja za izdelavo geopolimernega betona z
dodajanjem običajnih agregatov v geopolimerno cementno goščo. Namesto
portlandskega cementa se pri geopolimernih betonih, uporabljajo industrijski stranski
proizvodi, bogati s silicijem in aluminijem. Ti so lahko elektrofiltrski pepel, pepel
riţevih otrobov, mikrosilika, bakrena ţlindra in drugi podobni materiali. Dodaja se jih
lahko v visoko alkalno tekočino (običajno kombinacija natrijevega silikata in
natrijevega hidroksida) za izdelavo veziva, ki s pomočjo procesa ''geopolimerizacije''
tvorijo geopolimerni beton. Raba procesa ''geopolimerizacije'' pri proizvodnji betona
lahko zelo zmanjša izpuste CO2, ki so pri proizvodnji običajnih cementov zaradi ţganja
kalcijevih karbonatov zelo visoki. [108] Proizvodnja geopolimernih cementov ne
temelji na kalcijevih karbonatih, kot je to pri običajnih cementih, zato se med
proizvodnjo proizvede za 40 % do 8090 % manj izpustov CO2 v primerjavi s
proizvodnjo portlandskega cementa. [109]
Slika 6.14: Letališče Brisbane West Wellcamp v Avstraliji, zgrajeno iz geopolimernega betona
(BWWA) [110]
Na sliki (Slika 6.14) je letališče Wellcamp v Brisbanu,v Avstraliji, ki spada med najbolj
''zelena'' letališča na svetu. Uporabljenega je bilo več kot 30000 m3
nizkoogljičnega
geopolimernega betona brez cementa (ang. Wagners’ Earth Friendly Concrete EFC).
Pri gradnji letališča so prihranili so več kot 6600 ton izpustov ogljika. [110]
Učinek povečanega samosušenja betona 6.8
Naravna sposobnost samosušenja pri običajnih betonih ali notranje sušenje je fenomen,
ki ga povzroči kemična reakcija cementa z vodo. Osnovni razlog za samosušenje je
kemično krčenje, ki se pojavi med hidratacijo vode s cementom. Sposobnost
samosušenja betona povečuje odpornost na zmrzovanje. Reakcija vodi k neto
zmanjšanju celotne prostornine vode in trdne materije. Posledično se v notranjosti
betona tvorijo zračni prostorčki, ki preprečujejo vdor vode v notranjost betona.
Samosušenje se pojavi v celotnem betonu ne glede na vodocementni faktor. Učinki se
med različnimi vrstami betona zelo razlikujejo. Pri običajnem betonu z vodocementnim
razmerjem okoli 0,45 do 0,50, se samosušenje pogosto pojavi neopazno. Zato je bil
pojav redko opaţen ali upoštevan, vse dokler ni v zadnjih desetletjih prišlo do
pogostejše uporabe visokozmogljivih betonov z nizkim vodocementnim faktorjem.
Pri visokozmogljivih betonih oz. pri različnih specialnih betonih se pojavi povečan
učinek samosušenja (ang. Self-desiccation, Self-desiccation concrete), ki se jasno opazi
in vpliva na različne lastnosti betonov. Glavni razlog je, da povzroča povečano
zmanjšanje notranje relativne vlaţnosti (RV) betona v primerjavi z običajnimi betoni.
Zmanjšana raven RV in zasičenosti se lahko vzdrţuje dlje časa tudi, kadar je beton v
neposrednem stiku z vodo. Povečan učinek samosušenja pri visokozmogljivih in
specialnih betonih ima dobre in slabe učinke:
Poleg običajnega krčenja zaradi sušenja, ki se pojavi najprej in povzroča tudi
mikro-razpoke, samosušenje zaradi zmanjšanja RV povzroča še dodatno krčenje.
Krčenje zaradi samosušenja je poleg toplotnega krčenja dodatno krčenje zaradi
hidratacije, zato še povečuje tveganje nastanka notranjih mikro-razpok.
Zmanjšana raven RV zelo skrajša zahtevan čas sušenja preden se beton prekrije
z vlago in na baze občutljivimi materiali.
Zmanjšana raven zasičenosti poveča odpornost na notranje poškodbe zaradi
zmrzovanja, še posebno pri "mladem" betonu. [111]
Največja trajnostna prednost zaradi povečanega učinka samosušenja betona je
minimiziranje porabe energije med fazo gradnje. Sposobnost samosušenja običajnega
betona z vodocementnim faktorjem 0,40 omogoča posušitev okoli 85 % RV brez
kakršne izmenjave vlage z okolico. Zaradi učinka povečanega samosušenja pri uporabi
visokozmogljivih in specialnih betonov se lahko v primeru zelo obremenjenih
konstrukcij vgrajujejo debelejše betonske plošče (teţak tovorni promet), ki pomenijo
tudi boljšo zvočno izolacijo. [73]
Samočistilni beton – fotokatalitski beton 6.9
Fotokatalitski materiali so materiali, ki s pomočjo svetlobe razgrajujejo organske
polutante na CO2 in H2O. Eden izmed najbolj uporabljenih materialov na tem področju
raziskav je titanov (IV) oksid (TiO2). V 70-ih letih prejšnjega stoletja so odkrili
fenomen fotokatalitske cepitve vode. Proces poteka na elektrodi TiO2 ob osvetlitvi z
ultravijolično svetlobo (λ < 390 nm), pri čemer voda razpade na H2 in O2. Kasneje so
odkrili, da anatazna oblika TiO2 oksidira onesnaţevalce v zraku (hlapne organske
spojine, tobačni dim, NOx in SOx), umazanijo (saje, nesnaga, olje in trdni delci),
biološke organizme (plesni, alge, bakterije in alergeni) in snovi, ki povzročajo smrad.
Kot končni produkt pri razgradnji organski polutantov nastaneta CO2 in H2O, pri sami
reakciji pa se TiO2 ohrani. Titanov dioksid je svojo uporabo našel tudi v gradbeništvu.
Trentuni razvoj gre v smer razvoja samočistilnih površin.
Tako v beton ţe dodajajo fotokatalitsko aktivne materiale, kot na primer TiO2, zato ga
lahko imenujemo fotokatalitski beton (ang. Self-cleaning concrete photocatalyc
concrete). Taki cementi so bele ali sive barve, v njih so delci TiO2 in imajo enake
lastnosti kot vsak portlandski cement. Beton je tako s pomočjo svetlobe zmoţen
razgradnje smoga in drugih onesnaţevalcev, ki se nahajajo na betonski podlagi. Ker
nesnago z betonskih površin izpira deţ, zgradbe ostajajo čistejše in ne zahtevajo
potencialno nevarnih kemičnih obdelav, zato so niţji tudi stroški vzdrţevanja. [112]
Uporaba TiO2 pri tlakovanju cest lahko pomaga odstranjevati izpuščene onesnaţevalce
neposredno pri viru izpusta, torej blizu vozil, ki se vozijo po cestah, oz. na mestnih
vpadnicah, kjer je promet najgostejši. Nizozemska študija, kjer so uporabili
fotokatalitsko aktivne betonske tlakovce na odseku prometno obremenjene ceste, je
pokazala, da so se ravni NOx zmanjšale od 25 do 45 %. [113] Tak beton se lahko
uporablja za proizvodnjo montaţnih betonskih panelov, tlakovcev, strešnikov itd. Dobri
primeri gradnje z betonom, ki vsebuje fotokatalitski material, so sedeţ letalske druţbe
Air France, mednarodno letališče Roissy-Charles de Gaulle v Parizu ter cerkev ''Dives
in Misericordia'' v Rimu (Slika 6.15). Cerkev je bila postavljena leta 2000 in je zgrajena
iz montaţnih betonskih elementov, ki vsebujejo TiO2. Vsebnost TiO2 v betonu ohranja
njene zunanje površine bele. [112]
Slika 6.15: Cerkev “Dives in Misericordia”, Rim (2000)
Samozgoščevalni beton 6.10
Samozgoščevalni beton (Self-consolidating concrete SCC) je inovativen beton, ki
lahko zaradi delovanja lastne teţe in tečenja popolnoma zapolni opaţe poljubnih oblik,
zato ni potrebno dodatno vibriranje in zgoščevanje strukture. Poleg tega tudi tesno
oblije nameščeno armaturno jeklo, se odzrači in znivelira, ne da bi pri tem segregiral.
Takšne lastnosti se lahko doseţe z uporabo ustreznih materialov, s povečanim deleţem
praškastih delcev v mešanici in dodatkom superplastifikatorjev (praviloma na bazi
polikarboksilatnih hiperplastifikatorjev nove generacije). Pri tovrstnem betonu se
uporablja tudi niţji vodocementni faktor. Zaradi samozgoščevanja hitreje pridobiva na
trdnosti, hitreje se ga lahko razopaţuje, zmanjšana je nagnjenost k segregaciji oz.
krvavenju, ima odlične sposobnosti plastificiranja ter sposobnost ohranjanja homogene
sveţe betonske mešanice. Primerno pripravljen in vgrajen SCC ima svoje trajnostne
prednosti, predvsem ekonomske in tehnološke, med gradnjo in med dobo uporabe.
Poleg energetskih so razlog za uporabo SCC zlasti stroškovni prihranki med
proizvodnjo in vgrajevanjem. [114]
Tabela 6.3: Klasifikacija SCC v odvisnosti od vsebnosti veziva, poslovenjeno po [81]
Tip SCC Vsebnost veziva (cement z vezivi)
Bogati SCC ˃ 550 kg/m3
Običajni SCC 550 kg/m3 - 450 kg/m
3
Pusti SCC 450 kg/m3 - 380 kg/m
3
Zeleni SCC 380 kg/m3 - 315 kg/m
3
ECO-SCC ˂ 315 kg/m3
Klasifikacija SCC v odvisnosti od vsebnosti veziva
Pomemben napredek pa je bil doseţen tudi pri zmanjševanju vsebnosti cementa. Razviti
so bili novi tipi SCC, pri katerih je v skladu s trajnostnimi merili zmanjšana vsebnost
cementa. Novi tipi SCC so prikazani v zgronji tabeli (Tabela 6.3).
Mednarodno gradbeno podjetje Skanska je razvilo SCC, kjer znaša koeficient celotnih
izpustov CO2 (kg eq. CO2/m3) 185,95 v primerjavi z običajnim SCC, ki ima koeficient
izpustov 366,65, ter zelenim SCC s koeficientom 314,51. [81]
SCC se pogosto uporablja, kjer je armatura zelo zgoščena ali na predelih s kompleksnim
opaţevanjem. Prav tako je primeren za posebne kiparske ali arhitekturne namene zaradi
moţnosti izdelave gladkih površin brez odtiskov opaţevanja, če je opaţevanje izvedeno
visokokvalitetno. Prav tako je primeren za uporabo pri stebrih in nosilcih, za črpanje,
temelje in druge vrste uporabe, kjer ima tekoč beton prednosti pri vgrajevanju. [114]
Valjan beton 6.11
Valjan beton (Roller compacted concrete RCC) se zgoščuje s pomočjo valjarjev po
principu vgrajevanja zemeljskih nasipov in se ga uporablja za gradnjo prometnih
površin, pohodnih površin, vodnih jezov itd. Pri tem mora betonska mešanica v
svojem nestrjenem stanju prenesti vse obremenitve mehanizacije pri vgrajevanju.
Zgoščevanje z valjanjem je proces zgoščevanja betona z uporabo vibracijskega valja.
Valjan beton se od klasičnega razlikuje predvsem v zahtevah po konsistenci. Mešanica
mora biti za efektivno konsolidacijo dovolj suha, da prepreči pogrezanje mehanizacije
pri vgrajevanju in utrjevanju, in ob tem dovolj vlaţna, da omogoča dobro
homogenizacijo sestavin betonske mešanice in čim boljše zgoščevanje pri vgradnji.
Trajnostne prednosti uporabe valjanih betonov so v glavnem ekonomske:
v odvisnosti od teţavnosti objekta je cena uporabe valjanega betona za 25 do 50
% niţja kot uporaba klasičnega betona;
pri večjih projektih, kot so velike pregrade, se dela lahko zaključijo 1 do 2 leti
prej, kot je navadno pri običajnih masivnih betonskih pregradah;
poraba cementa v mešanicah je niţja;
zaradi manjše potrebe po opaţih so niţji stroški opaţevanja;
niţji so tudi stroški vgrajevanja. [27]
Slika 6.16: Primerjava rabe RCC z asfaltiranjem prometnih površin [115]
Projektiranje z RCC izključuje potrebo po več nivojih spodnjega ustroja ceste (primer
prikazuje 65-odstotno zmanjšanje uporabe peščenih podlag pri asfaltiranju cest v
primerjavi z uporabo RCC (Slika 6.16), kar pripomore k manjši potrebi po izkopavanju,
manjši porabi goriva in proizvodne energije, krajšemu času gradnje in z manjšimi
prometnimi prekinitvami. Omogoča tudi večje prometne obremenitve. [115]
RCC so uporabljali za gradnjo vodnega jezu Elkwater (ang. Elkwater Fork Dam, Slika
6.17), v Zahodni Virginiji, ZDA.
Slika 6.17: Vodni jez Elkwater med gradnjo, Randolph County, Zahodna Virginija, ZDA
(dokončana leta 2008) [116]
Konstrukcije za pridobivanje energije na veter 6.12
Pridobivanje energije s pomočjo vetra je v zadnjem času vse bolj uveljavljen način za
pridobivanje energije iz obnovljivih virov. Vetrna turbina je vrteč se energijski stroj, ki
pretvarja kinetično energijo vetra v druge oblike mehanske energije elektriko v
primeru vetrnih elektrarn. Za učinkovitejše pridobivanje energije z večjimi izhodnimi
močmi (izboljšane tehnologije turbin) so potrebne fizične prilagoditve, in sicer višji,
močnejši in trdnejši nosilni stebri/cevi na manj vetrovnih lokacijah, saj se z višino veča
tudi moč vetra.
Nova generacija vetrnih turbin z močjo od 4,5 do 5 MW ima dolţine rotorjev do 60 m,
zato so potrebni tudi višji stebri za bolj prilagojene turbinske inštalacije. Vetrne turbine
na morju bodo za podporo 8 MW ali 10 MW turbin zahtevala še višje, močnejše stebre,
visoke nad 100 metrov, zato so primerna izbira za gradnjo podpornih stebrov in
temeljev tudi betoni oz. betonske konstrukcije. Prednosti rešitev z uporabo betona so na
primer nizke potrebe po vzdrţevanju zaradi trajnosti, konstrukcijske fleksibilnosti in
fleksibilnosti betona kot materiala zaradi njegove vsestranskosti. Prednosti teh rešitev so
tudi dinamičnost zaradi njegovih dobrih karakteristik dušenja in vibracij ter odpornosti
na utrujenost materiala. Beton se lahko izkaţe kot trpeţen material pri širokih pilonih z
neomejeno višino (za doseganje višjih ravni za generiranje elektrike/moči), kar
omogoča dolgo ţivljenjsko dobo. Večja trajnostna prednost je še pozitiven okoljski
vpliv zaradi reciklabilnosti vetrnih stolpov z zmanjšanimi ravnmi utelešene energije in
CO2 v primerjavi z drugimi metodami. Betonske stebre in temelje za vetrne turbine je
moţno tudi nadgrajevati v primeru vgrajevanja večjih in boljših turbin..
Za temelje kopenskih vetrnih stebrov se za vsak steber običajno porabi od 400 do 500
m3 betona. Za podporne stebre v morski vodi v globini do 20 m se običajno uporabljajo
jekleni temelji. Pri večjih globinah (3050 m) pa je zaţeleno uporabljati beton. Takšni
gravitacijski temelji izhajajo iz konstrukcijskih tehnik, ki se uporabljajo pri temeljenju
naftnih ploščadi ter v relativno plitkih vodah. [78]
Podjetje Nordex je v Hausbayu v Nemčiji postavilo do sedaj najvišjo 3,3 MW vetrno
turbino na svetu (Slika 6.18). Steber iz montaţnih betonskih elementov (ang. hub) je
visok 164 m, dolţina rotorja znaša 65,5 m. Celoten sistem vetrne turbine skupaj dosega
višino pod 230 m. 164-metrski hibridni stolp je izdelan iz 100 m betonskega stolpa in
dveh jeklenih cevnih segmentov. Proizvodnja 3,8 m visokih elementov enake debeline
sten (30 cm) v proizvodnih obratih podjetja zagotavlja visoko kvaliteto in natančnost
montaţnih elementov, ki omogočajo postavitev hibridnega stolpa v dveh tednih. [117]
Slika 6.18: 164 m visoka 3,3 MW vetrna turbina z betonskim stebrom podjetja Nordex v Nemčiji
(2016) [117]
Raba biomase 6.13
Biomasa je biološki material, ki ga pridobivamo iz ţive narave oz. ţive rastlinske
materije (lignina). Lahko se predela v vire energije, kot so elektrika, gorivo in toplota,
ali se jo uporablja kot polproizvod za različne proizvode. Biomasa se je uporabljala ţe
tisočletja in se v največji meri pridobiva iz gozdov (dreves), kmetijskih pridelkov, kot
so slama, luščine različnih semen in iz nekaterih rastlin, primernih za proizvodnjo
biogoriva (bioetanola), katerih stranski proizvodi (izvori lignina) so prav tako primerni
za biomaso (koruzno ličje, slama pšenice in riţa).
Beton se lahko delno ali v celoti (v odvisnosti od tipa konstrukcije) nadomesti z
alternativami iz biomase, kot so konstrukcijski les in lepljen les. Nadomesti se ga lahko
tudi z agregati rastlinskega izvora – to je iz olesenelih delov (lignina) običajno
rastlinskih stebel kot so juta, konoplja, kokos, drevesne celuloze (npr. ţagovina ali
luščine oljnih semen, kot so laneno seme, sončnično seme, semena oljne palme itd).
Obstaja še vrsta materialov iz biomase, ki se jih lahko vključi v betone. Biomasa se
lahko uporablja za zagotovitev kvalitetnih gradbenih ovojev, ki lahko učinkovito ščitijo
pred zunanjimi vplivi in omogočajo udobna, zdrava in energetsko učinkovita okolja
znotraj zgradb. Moţnost širjenja uporabe biomase v gradbenem sektorju je del večjega
področja maksimiranja rabe biomase. Biomasa se lahko uporablja za gradnjo, energijo
in hrano, zato so z njeno uporabo okoljski vplivi manjši, če jo primerjamo z običajnim
betonom in njegovimi sestavinami, ki se lahko uporabljajo le za konstrukcijske namene.
Gojenje teh rastlin izključno za namene pridobivanja vlaken za gradbeništvo ne bi bilo
priporočljivo ne z ekonomskega kot tudi ne z okoljskega vidika.
Rastline s fotosintezo s pomočjo energije sonca pretvarjajo atmosferski CO2 in vodo v
ogljikovodike to je material, iz katerega so rastline sestavljene. Rastline delujejo kot
shramba ogljika, saj zajemajo atmosferski CO2, vse dokler so ţive. Kadar ţivali
zauţijejo rastline, se pretvorijo v ţivalsko biomaso. Vendar se primarna absorbcija vrši
pri rastlinah. Če rastlinski material ni zauţit, ga v splošnem razgradijo mikroorganizmi
(pri tem se sproščata CO2 in metan CH4) ali pa se ga seţge. Tako se CO2, prvotno
porabljen med fotosintezo med procesom gorenja vrača nazaj v atmosfero. Ta cikel
poteka, odkar obstajajo rastline, in se imenuje ogljikov krog. Če se z biomaso upravlja
trajnostno, se z njenim obnavljanjem preprečuje preseţne izpuste CO2, kar se dosega s
ponovnim zasajanjem rastlin/poljščin. To je zaprt ogljikov krog brez neto povečanih
ravni atmosferskega CO2. Cikel obnavljanja industrijske konoplje lahko poteka večkrat
letno, obnova biomase dreves zahteva vsaj desetletje, v primeru premoga ali fosilnih
goriv pa so za obnovo oz. recikliranje potrebna stoletja. V primeru biomasnih
konstrukcijskih elementov je konec ţivljenjske dobe cikla pogostokrat spregledan, saj se
jih seţiga in ne obnavlja primarne biomase, zato se tem proizvodom lahko zmotno
pripisuje negativne vrednosti utelešenega ogljika.
Sestavo betonov iz rastlinskih agregatov oz. agro-betonov lahko definiramo podobno
kot sestavo običajnih betonov: mešanica agregatov iz vlaken/iveri olesenelih delov
rastlin, ki jih pridobimo direktno ali indirektno iz kmetijskih in gozdarskih virov in
tvorijo glavnino prostornine ter mineralnega veziva in vode. Ta definicija ne pokriva
mešanic, ki vključujejo agregate iz vlaken olesenelih delov rastlin v majhnih količinah
ali v količinah, ki bi bile primerne za ojačitve običajnih betonov.
Zaradi zgradbe stebla rastline, iz katere so proizvedena vlakna, so takšni agregati v
splošnem podolgovati in visoko porozni z majhno gostoto. Kompaktnost betonov iz
biomase je odvisna od tlačenja oz. stiskanja med vgrajevanjem. Absorbirajo lahko
velike količine vode in glede na to so preprečene morebitne hidravlične reakcije. [118]
Prednost biomase je dobra izolativnost ter izvor iz obnovljivih virov. Njihove največje
prednosti v betonih oz. betonskih konstrukcijah so:
Izolativnost zaradi poroznosti surovin končnega materiala (kot izolacijski
materiali lahko nadomeščajo alternative na osnovi nafte kot je poliuretanska
pena.
Paroprepustnost, saj preprečujejo vlaţenje sten ter stabilizirajo notranjo
temperaturo zgradb (anorganski materiali največkrat niso paroprepustni).
Nizek ogljični odtis, saj se z materiali iz rastlinske biomase zaradi njihove
rastlinske osnove lahko uporabljajo za gradnjo ''brez ogljičnih'' zgradb, kjer
absorbirajo več CO2 kot se ga porabi med gradnjo.
Cenovna dostopnost agregatov iz biomase.
Njihova proizvodnja lahko mobilizira kmetijske površine za neprehrambene
namene.
Z upoštevanjem načel pasivne gradnje za zgradbe iz biomase, se prav tako lahko zniţa
poraba energije med dobo uporabe. Zgradbe iz konoplje in apna imajo izjemno nizek
ogljični odtis. Izdelava 1 tone jekla izpušča 1,46 tone CO2, proizvodnja 1 tone
armiranega betona izpušča 198 kg CO2, proizvodnja 1 m2 stene iz konopljino-apnenega
betona v lesenem okvirju (120 kg) pa shrani 35,5 kg CO2 ter je ogljično negativna. [119]
Izboljšani materiali iz biomase lahko tudi pasivno izboljšajo kvaliteto notranjega zraka
zgradb. Zgradbe dobre kvalitete so lahko zgrajene iz lesenih okvirnih konstrukcij, ki so
zapolnjene s slamo, konopljinim betonom ali drugimi sistemi, pri čemer se uporabljajo
olesenela vlakna ali druga celulozna vlakna.
Gradbeni materiali oz. betoni iz biomase pogosto nimajo takšne trpeţnosti, kot jih imajo
običajni betoni, niso tako dobro odporni na vlago, gnitje in ogenj, imajo krajšo
ţivljenjsko dobo od običajnih betonov ter zaradi svoje poroznosti ne omogočajo dobre
toplotne kapacitete, kot jo imajo običajni betoni. Zato so primernejši za vgrajevanje v
tehnološko nezahtevne, na primer lesene ali druge okvirne stanovanjske, javne in
poslovne konstrukcije, ki prenašajo manjše obremenitve, ter za nezahtevne zgradbe. Po
drugi strani pa so ti materiali obnovljivi, biorazgradljivi, nevtralni v okviru izpustov
toplogrednih plinov in zahtevajo malo energije za predelavo. Vsi niso primerni, zato so
potrebne specifikacije za nadaljnjo selekcijo. Lastnosti lesa in betona iz industrijske
konoplje poleg lastnosti še drugih materialov vidimo na spodnji tabeli. Najbolj izstopata
dobra izolativnost in slabša tlačna trdnost (Tabela 6.4).
Tabela 6.4: Nekatere značilnosti gradbenih materialov [120]
Primer vse večje razširjenosti rabe biomase v gradnji je stanovanjska soseska iz zgradb,
zgrajenih iz konopljinega betona leta 2011 v Angliji (Slika 6.19).
Slika 6.19: Podjetje SDC Builders Ltd iz Anglije je leta 2011 zgradilo 60 stanovanjskih objektov
iz konopljinega betona [121]
Betonska vozišča 6.14
Betoni se uporabljajo tudi za betonska vozišča. Gradbena tehnika izdelave betonskih
vozišč v Evropi sega v začetek 20. stoletja. Poleg znanja o betonu je potrebna tudi dobra
mehanizacija. Danes obstaja veliko različnih pristopov pri uporabi betona za gradnjo
cest v Evropi (Avstrija, Belgija, Češka, Nemčija, Poljska in v manjšem obsegu tudi
Nizozemska), kot tudi v ostalih delih sveta (Kanada, ZDA, Indija, Japonska itd.)
Poznamo štiri tipe betonskih vozišč, ki se uporabljajo v različne namene, in sicer:
Material Youngov modul Tlačna trdnost Gostota Toplotna prevodnost
E (MPa) σ (MPa) ρ norm (kg/m³) λ norm (W/m·˚C)
Kovina 210000 350 1000 7500 8500 52
Beton 20000 12 80 2300 1,5
Aeriran beton 1000 2500 5 420 1250 0,14 0,23
Zidak 10000 25000 25 60 1300 1700 0,27 0,96
Les 230 – 20000 4Ʇ 341
‖ 350 900 0,12 0,3
Konopljin
beton 24 0.4 445 0,17
1 Ʇpravokotno na smer vlaken, ‖ vzporedno na smer vlaken
nearmirana betonska vozišča,
armirana betonska vozišča (s fugami),
neprekinjeno armirana betonska vozišča,
prednapeta betonska vozišča.
Betonska vozišča se v cestogradnji uporabljajo predvsem zaradi togosti betona.
Obstajata dva tipa prekrivanja vozišč in sicer toga in fleksibilna. Togo prekrivanje
običajno izvajamo z betoni, fleksibilno z asfalti. Togo betonsko vozišče omogoča
distribucijo teţkih obremenitev na relativno široko območje z minimalnim pritiskom na
spodnje plasti vozišča (naravno zemljino pod cestiščem). Pri asfaltih je distribucija
obremenitve porazdeljena oţje in globlje, zato je pri njih potreben debelejši spodnji
ustroj ceste iz finega in grobega agregata kot je prikazano na sliki (Slika 6.20). [122]
Slika 6.20: Porazdelitev tlačne napetosti pri betonskem vozišču in asfaltnem vozišču [122]
Še pomembnejša od togosti betonskega vozišča in drugih zgoraj naštetih prednosti je
trajnost takšnih vozišč. Transportna infrastruktura in še posebej ceste so trajnostne,
kadar omogočajo učinkovito rabo naravnih virov in spoštujejo okolje skozi celoten
ţivljenjski cikel. Izboljšani transportni objekti za celotno skupnost zagotavljajo druţbi
mobilnost, varnosti in udobja s premišljenimi izbirami v zvezi s projektiranjem, gradnjo,
vzdrţevanjem in rušenjem. Izbira betonskih cest zahteva razmislek in dolgoročno vizijo
kot izbiro za trajnostno gradnjo. Pri tem se ne bi smeli posluţevati takšnih ukrepov pri
gradnji cest, ki obetajo kratkoročne trajnostne učinke/dobičke. Zato je temeljnega
pomena učinkovitost betona v vseh fazah ţivljenjske dobe betonskih vozišč.
Okoljski vidiki betonskih vozišč
Med okoljske vidike betonskih vozišč spadajo:
Manjši izpusti toplogrednih plinov: ker imajo relativno dolgo ţivljenjsko dobo
(3040 let ali več let), ni potrebnega veliko vzdrţevanja in popravil.
Vpliv tipa cestišča na porabo goriva pri teţkih tovornih vozilih: ugotovljeno je
bilo, da je povprečen prihranek pri letni porabi goriva 2.35 %, ki vsekakor ni
zanemarljiv.
Raba nizko-energetskih cementov: okoljski vpliv se lahko zniţuje npr. z rabo
cementa III/A z jeklarsko ţlindro v betonskih mešanicah in z uporabo odpadkov
kot so odpadne pnevmatike, olje, voda itd. v cementnih pečeh.
Odsotnost nevarnega iztekanja kemikalij.
Recikliranje: 60 % grobega agregata se lahko nadomesti z recikliranim cestnim
betonom.
Boljši odboj svetlobe in manj segrevanja v velikih mestnih območjih (glej 6.3
Toplotni otoki).
Ekonomski vidiki betonskih vozišč
Trajnostni ekonomski parametri so lahko odločilni, kadar izbiramo določeno
konstrukcijo. Med te parametre štejemo:
Izdatke, ki so povezani z gradnjo infrastrukture ali stroški kapitala.
Proračun za poznejše vzdrţevanje in ohranitvena dela.
Ţivljenjsko dobo, kjer je pomembno vzdrţevanje in analize stroškov
ţivljenjskega cikla (ang. Lifecycle cost analysis LCAC). S temi orodji se lahko
izdela strateške dolgoročne načrte za stroške.
Podnebno oz. meteorološko učinkovitost betonskih vozišč se ne more graditi v
vseh vremenskih pogojih. Ko je vozišče zgrajeno, ni več predmet podnebnih
vplivov.
Stroške osvetljevanja, ker se lahko prihrani na električnem osvetljevanju cest in
pločnikov zaradi dobre reflektivnosti betonskih površin.
Cenovno stabilnost, ker se cement običjano proizvaja lokalno in njegova cena ni
odvisna od globalnih trgov kot je to pri asfaltih zaradi globalne cene bitumna.
Konkurenčnost med različnimi tipi prekrivanja cest (tlakovanja) npr. v drţavah,
kjer je ponudba asfaltnih in betonskih vozišč na pribliţno enaki ravni, zato se je
laţje odločati za najbolj primerno moţnost in sicer po namenu vozišča, obsegu
prometa in pogojih uporabe zato ima konkurenčnost pozitiven vpliv na trg.
Socialni vidiki (prednosti) betonskih vozišč
V tem kontekstu sta zelo pomembna udobje in varnost uporabnikov. Iz socialnega
vidika ima raba betonskih vozišč vrsto prednosti, in sicer zaradi:
Manj vzdrţevalnih del na cestah posledično pomeni tudi manj zastojev med
ţivljenjsko dobo betonskega vozišča in zato manj intervencij ter manj
neprijetnosti za uporabnike cest.
Izboljšanih karakteristik površine skozi ţivljenjsko dobo ceste, ki se doseţejo z
modernim projektiranjem, novimi metodami grajenja, boljšimi zaključnimi
površinami in moderno mehanizacijo.
Udobja med voţnjo gladke betonske površine se lahko danes gradijo ker se
danes optimizirane betonske mešanice omogočajo stalno obdelovalnost in
pripravo z nadzorovanimi modernimi računalniško vodenimi mešalniki.
Varnosti, ki je najpomembnejši vidik voziščnih konstrukcij. Sem spada tudi
udobje med voţnjo, odpornost proti drsenju, odnašanje v ovinkih (ang.
aquaplaning), površinsko trenje (ki se ga rešuje s prečnimi fugami, prečnim
ščetkanjem, z uporabo jute, z izpostavljanjem površine agregata itd.) in
vidljivost (svetle površine betona, cestna oprema kot so oznake, signalizacija,
osvetljevanje itd.).
Hrupa, ki se zmanjšuje s tehnikami fino izpostavljenega agregata na površini
cest. Druge učinkovite tehnike vključujejo ustvarjanje longitudinalnih fug in
obdelavo fug z diamantnim brušenjem (da so manj hrupne). Najboljši rezultati se
dosegajo z rabo dvojne plasti betona, pri kateri zgornja plast vsebuje samo fine
agregate z največjo velikostjo od 6 do 8 mm.
Druge rešitve za trajnostno rabo betona predstavljajo širok spekter rešitev v prid
mobilnosti vključno z zagotavljanjem kroţnih kriţišč z običajnim betonom ali
neprekinjeno armiranim betonom, z varnostnimi barierami (montaţna gradnja), ki
predstavljajo zvočno, trpeţno in varno rešitev (betonski tlakovci ali obarvan
izpostavljen agregat, betonski pločniki in kolesarske steze itd.), s poţarno varnostjo v
tunelih, z recikliranjem na samem kraju in imobilizacijo kontaminirane zemlje, ki
pomeni mešanje zemljine z vezivom (cement, apno ali hidravlično gradbeno vezivo na
za izboljševanje ali stabiliziranje plasti zemljine), s čiščenjem betonskih pločnikov z
rabo titanijevega dioksida TiO2 (glej 6.9 Samočistilni beton – fotokatalitski beton).
Na sliki vidimo kroţišče v Speizu pri avtocesti A8, v Švici, kjer se jasno vidi, kje se se
konča beton in prične asfalt (Slika 6.21).
Slika 6.21: Krožišče v Speizu pri avtocesti A8, v Švici [123]
V praksi se večinoma uporablja za vozne površine asfaltna prevleka, ki pa v nekaterih
primerih ne zadosti kriterijem trajnosti. To je še posebej izpostavljeno pri teţki prometni
obremenitvi. Betonska površina je smiselna zaradi stopnje izpostavljenosti kroţnih
kriţišč v povezavi s temperaturnimi razmerami. Prednost betonske površine je tudi
moţnost pigmentiranja sveţega betona, pri čemer je ţe sama betonska površina
svetlejša, kar pripomore k boljšim voznim pogojem. Smiselna uporaba asfalta in betona
je trend tudi v drţavah EU in drugje po svetu, kar je razvidno tudi iz ţe izdanih smernic
za izvedbo betonskih kroţnih vozišč in kroţišč. [124] Takšna uporaba je deloma
uveljavljena tudi v Sloveniji. Na avtocesti pred tunelom Dekani je betonsko vozišče na
na pasu za počasna vozila in odstavnem pasu zaradi povečanih obremenitev (Slika 6.22).
Slika 6.22: Betonsko vozišče na na pasu za počasna vozila na avtocesti pred tunelom Dekani
(Slovenija, vir: Milan Kuhta)
Betonske konstrukcije in trajnostni razvoj v mestih 6.15
Trajnostna mesta 6.15.1
Mesta so največji človeški posegi v prostor, urbanizacija pa osrednji proces preobrazbe
sveta, v katerem ţivimo in delamo. Masovna rast (glej 2.4 Okoljske, socialne in
ekonomske groţnje) mest ogroţa njihov trajnostni razvoj in kvaliteto ţivljenja.
Masovna urbanizacija lahko vodi k socialnim neravnovesjem ter ogroţa zmoţnosti mest
za okoljsko trajnost in gospodarsko ravnovesje oz. uspešnost. Potrebni so novi modeli
trajnostnega razvoja mest, ki bi omogočali energetske prihranke, zmanjšali porabo,
ščitili okolje ter obenem izboljševali blaginjo mestnih prebivalcev. Mesta prihodnosti bi
morala biti socialno raznolika okolja, kjer se druţbene in gospodarske dejavnosti
medsebojno povezujejo in kjer se vključuje obdajajoče okolje oz. soseske. Morajo biti
razvita ali prilagojena tako, da so lahko prebivalci ustvarjalni in produktivni v vseh
pogledih trajnostnega razvoja. Za izzive, ki jih prinašajo mesta prihodnosti, obstaja
upanje, da se rešijo na trajnosten način.
Preden pojasnimo, kaj so trajnostna mesta, nas zanima definicija mesta samega. Enotna
razlaga o sestavi mesta oz. njegovi definiciji ne obstaja predvsem zaradi raznolikosti
urbanih poselitev po vsem svetu. Vsaka drţava definira mesta po lastnih kriterijih. Tudi
razlike in meritve, povezane s podatki o mestih, omejujejo točnost pri napovedih in
mednarodnih primerjavah o stopnjah urbanizacije in velikostih mestnih populacij. Mesta
so raznolika po velikosti, strukturi, prostorski obliki, gospodarstvu, bogastvu,
dostopnosti lokalnih virov in ekološkemu vplivu. Glede na velikost populacije in pogoje
so lahko mestna središča npr. majhna, srednja, velika ali mega. Populacija v mestnih
središčih lahko variira od nekaj tisoč do preko 10 milijonov prebivalcev ali več. V
svetovnem merilu imajo majhna mestna središča (ang. "small urban centres")
populacijo, ki je manjša ali enaka 500.000 (npr. Ljubljana, Slovenija, 280.000
prebivalcev, 2016), srednje velika mestna središča med ena in pet milijoni prebivalcev
(npr. Ankara, Turčija, 4,5 milijona prebivalcev, 2014) in mega mestna središča s
populacijo, ki ima deset ali več milijonov prebivalcev (npr. Shanghai, Kitajska, 24
milijonov prebivalcev, 2015). [125]
Z ozirom na poročilo Zdruţenih narodov UN-HABITAT ''Global Activity Report
2015'' – se je svet izjemno hitro urbaniziral. Prvič v zgodovini je leta 2008 število
populacije v mestih preseglo ruralno (glej 2.4 Okoljske, socialne in ekonomske
groţnje). To je mejnik, ki je zaznamoval prihod novega ''urbanega'' tisočletja. Do leta
2050 bo okoli dve tretjini svetovnega prebivalstva ţivelo v mestih, kar pomeni, da bo
večina naše vrste ţivela v umetnih okoljih, zato bo evolucija urbanih pokrajin ena
največjih okoljskih sprememb, ki nas bo doletela. Število mestne populacije naraste
vsako leto za pribliţno 73 milijonov. Zaradi intenzivnega razvoja je mestni prostor
okoljsko vse bolj obremenjen. Mesta prispevajo tudi okoli 70 % svetovnega bruto
domačega proizvoda BDP na leto in zato ustvarjajo gospodarsko rast in blaginjo za
mnogo ljudi. [125]
Urbanizacija je sicer bila iz zgodovinskega vidika vedno povezana z gospodarsko rastjo.
Medtem, ko je rast nekaterih starejših mest v Evropi in Severni Ameriki pospešeno
naraščala v 19. stoletju, je v večini mest dosegla vrh v sredini 20. stoletja. Prebivalstvo
v mestih v drugih svetovnih regijah je najbolj naraščalo od 50-ih let prejšnjega stoletja
dalje. V Tokiu je na primer med leti 1950 in 1990 naravni prirastek predstavljal več kot
pol milijona prebivalcev na leto, v Mexico Cityju in São Paulu več kot 300.000 in v
Mumbaiu okoli 240.000. Edina izjema v tem obdobju so bila mesta na Kitajskem in
Podsaharski Afriki, kjer je bila rast povprečna. Od 90-ih let prejšnjega stoletja dalje so
mestne populacije v juţni in jugovzhodni Aziji zaradi vpliva globalizacije in odpiranja
kitajskega gospodarstva naraščale še hitreje. Kitajska je izkusila izbruh stalnega
naraščanja prebivalstva, ki ga občutimo še danes (glej poglavje 2.4 Okoljske, socialne in
ekonomske groţnje). Rezultat tega procesa rasti in sprememb je neenakomerna
porazdelitev urbanizacije po svetu. Evropa, Juţna in Severna Amerika so od vseh petih
kontinentov najbolj urbanizirane s 73 %, 83 % in 82 % populacije ţiveče v mestih in
drugih urbanih naseljih. V Afriki znaša sedanja raven urbane poselitve okoli 40 % in v
Aziji okoli 48 %. V obeh regijah se v naslednjih desetletjih pričakuje eksponentna rast,
ki je kombiniran učinek naraščujočih rojstev in migracij iz ruralnih v urbana območja,
kar je npr. značilno tudi za Azijo.
Zgodovinsko gledano je mesto Rim ţe v času Rimskega imperija štelo preko 1,6
milijona prebivalcev. London je imel milijon prebivalcev šele po letu 1801 in je svoj
prvi vrh po številu prebivalstva dosegel v obdobju druge svetovne vojne (preko 8
milijonov). Medtem, ko se je rast prebivalstva v Londonu v primerjavi z drugimi
svetovnimi mesti stabilizirala z le s štirimi novimi prebivalci na uro (v lanskem letu
(2015) je število prebivalstva v Londonu preseglo 8,6 milijonov), takšna rast v Delhiju,
Lagosu in Dhaki presega število 70. Na primer Shenzhen na jugovzhodu Kitajske je bil
še leta 1950 ribiška vas s 3148 prebivalci. Danes Zdruţeni narodi predvidevajo, da bo v
tem kraju do leta 2025 populacija presegla 12 milijonov. [126]
Milijonsko mesto za svoje delovanje vsak dan potrebuje okoli 320.000 ton vode in
2.000 ton hrane, pri čemer proizvede 300.000 ton odpadne vode, 1.600 ton trdih
odpadkov ter se spopada s številnimi okoljskimi problemi. [127] Pri vse večji rasti mest
oz. populacije v mestih se pojavlja vrsta teţav, ki so z njimi povezane (glej 2.4
Okoljske, socialne in ekonomske groţnje). Če se dobro premisli o načinu delovanja
naraščujočega števila mest na planetu, bi lahko le-ta zagotovila rešitve za veliko
okoljskih in socialnih problemov (npr. problem slumov, teţave, s katerimi se srečujejo v
velikih mestih, glej 2.4 Okoljske, socialne in ekonomske groţnje). V zvezi s tem se je v
svetu pojavila potreba po rešitvah in trajnostnem ţivljenju v človeških naseljih, ki velja
za vse vrste poselitev od osamljenih bivališč v odmaknjenih krajih do mestnih središč.
Mesta bi v prvi vrsti morala postati finančno neodvisne enote, v katerih bi bili
vzpostavljeni finančni in socialno avtonomni modeli delovanja. [128] Agenda za
trajnostni razvoj Zdruţenih narodov 2030 (ang. ''The 2030 Agenda for Sustainable
Development'') se zavzema za rešitev tega izziva s ciljem trajnostnega razvoja št. 11
(ang. Sustainable Development Goal 11), ki pravi ''ustvariti mesta in človeške naselbine
vključujoče, varne, trpeţne in trajnostne''. [125] Trajnostni razvoj človeških naselij
obravnava tudi Komisija za trajnostni razvoj (CSD) pri Zdruţenih narodih.
Vzpodbujanje trajnostnega razvoja človeških naselij je predmet 7. poglavja Agende 21,
ki poziva k:
1. Zagotavljanju primernih zatočišče za vse;
2. Izboljšanje upravljanja s človeškimi naselji;
3. Spodbujanje trajnostnega projektiranja in upravljanja rabe zemljišč;
4. Spodbujanje celostnega zagotavljanja okoljske infrastrukture: vode, sanitarij,
drenaţe in upravljanja s trdnimi odpadki;
5. Spodbujanje trajnostnih energetskih in prometnih sistemov v človeških naseljih;
6. Spodbujanje projektiranja in upravljanja človeških naselij na območjih, ki so
izpostavljena nesrečam;
7. Spodbujanje trajnostnih dejavnosti gradbeništva;
8. Spodbujanje razvoja človeških virov in krepitev kapacitet za razvoj človeških
naselij. [129]
V 90-ih letih prejšnjega stoletja je David Satterthwaite določil glavne značilnosti
''uspešnega'' mesta. Trdil je, da mora mesto zagotavljati zdrava delovna in ţivljenjska
okolja ter infrastrukturo za osnovne storitve, kot so čista voda, higiena in upravljanje z
odpadki. Prav tako je izpostavil pomen povezanosti mest s tremi strebri trajnostnega
razvoja. Mesto mora obstajati v ravnovesju z okoljskimi sistemi, npr. z zagotavljanjem
uravnovešenih vodnih bilanc in nizkim onesnaţevanjem okolja. [130] Definicija se je
razvijala še naprej z vključevanjem idej o tem, kako bi bilo potrebno upravljati z viri, ne
da se jih v prihodnosti ogroţa. Predlagano je bilo, da bi vsa mesta morala upoštevati
potrebe svojih prebivalcev z namenom, da bi mesto bilo zares trajnostno.
Razprave o urbani/mestni trajnosti so se pričele s prostorskim projektiranjem (uporablja
se tudi izraz ''urbana forma'', ang. ''urban form'') ter ustvarjanjem ''porabnikom
prijaznih'' mest zaradi transportnih sistemov, ki so vsem dostopna. Zato je definicija
''urbane forme'' postala bolj natančna, v odvisnosti od gostote, zgoščenosti, mešane rabe
prostorov/območij, z vključevanjem javnega transporta, okoljske politike in upravljanja.
Na prvi urbani konferenci so v letu 2000 (URBAN21 Conference, julij 2000) urbano
trajnost definirali kot ''izboljševanje kvalitete ţivljenja v mestu z vključevanjem
ekološke, kulturne, politične in institucionalne, socialne in ekonomske komponente, ne
da se ogroţa oz. obremenjuje prihodnje generacije''. [130] Pri tem pa mesta poskušajo
preseči ključna vprašanja, s katerimi se soočajo, in sicer: revščina, energija, hrana,
transport, trdni odpadki, voda in higiena, zdravje, podnebne spremembe, tveganje za
naravne katastrofe in stanovanja. [130]
Če povzamemo, je lahko trajnostno mesto definirano kot ustvarjanje in odgovorno
upravljanje zdravega zgrajenega okolja, ki temelji na načelih učinkovitosti virov in
ekologije, je torej zasnovano z upoštevanjem vplivov na okolje, kjer ţivijo ljudje,
namenjeno zmanjševanju potrebnih vloţkov energije, vode in hrane ter zmanjševanju
odpadkov proizvodnje toplote, onesnaţenega zraka CO2, metana in onesnaţene vode
(Slika 6.23). [131] Trajnostna mesta v skladu z načeli trajnostnega razvoja ponujajo
dobro kvaliteto ţivljenja sedanjim prebivalcem in pri tem ne zmanjšujejo moţnosti za
uţivanje kvalitete ţivljenja prihodnjim generacijam. Trajnostno mesto bo raslo v skladu
s trajnostno stopnjo in porabljalo vire na trajnosten način. [125]
Slika 6.23: Cilji za doseganje trajnosti mest [125]
Projektiranje in gradnja v trajnostnih mestih 6.15.2
Nekatera mesta so v preteklosti vsaj deloma projektirali. Pogosteje so kaotično rasla z
minimalnim strateškim projektiranjem in zagotavljanjem storitev. Mesta so najbolj
nenačrtovano rasla zaradi pritiska rasti populacije, ko so se ljudje priseljevali iz ruralnih
območij med obdobji agrarne mehanizacije in industrializacije. Posledica takšne rasti so
visoke stolpnice in ulice z visokimi zgradbami iz začetka 20. stoletja (npr. v mestu New
York), zgrajene iz armiranega betona in na način, ki je zaradi nizkih tehničnih in
druţbenih standardov pomenil zelo slabo gradnjo zaradi socialne izoliranosti in zato
tudi izpostavljenosti kriminalu. Da bi se izognili kaosu iz preteklosti, se morajo mesta
prihodnosti projektirati. projekti za mesta v prihodnosti morajo biti integrativni,
fleksibilni, prilagodljivi na nove tehnologije in kulturne spremembe. V kontekstu
sodobnega projektiranja mest obstajajo različna poimenovanja, kot so trajnostna mesta,
eko-mesta8, zelena mesta
9, nizko-ogljična mesta
10, ''pametna'' mesta
11 ali nič-energijska
8Eko-mesta (ang. Eco-cities) so mesta, zgrajena na načelih ţivljenja z okoljskimi omejitvami. Mnogo eko-mest si
prizadeva k izločitvi ogljikovih izpustov, proizvodnji energije iz obnovljive energije ali v glavni meri k vključevanju
''zelenih'' načel v načrtovanje mest. Mesta z nekoliko manj strogimi načeli se lahko opišejo kot ''zelena'' mesta.
9 ''Zelena'' mesta (ang.''Green'' cities) so mesta, ki so postala okoljsko odgovornejša in je to načelo njihova prioriteta.
Uporabljala naj bi tehnike upravljanja za zmanjševanje okoljskega vpliva, za računanje njihovega ''ekološkega'' odtisa
(merjenje količine porabljenih virov) ali za doseganje ciljev energetske učinkovitosti in rabe obnovljive energije.
Mesta s podobnimi značilnostmi lahko opišemo tudi kot eko-mesta.
mesta12
. Vsa pa si prizadevajo k ustvarjanju varnih in zdravih okolij za vse prebivalce.
Delijo si ključne značilnosti trajnostnega razvoja, ki so: zmanjšanje rabe energije,
minimalni posegi v ekološka območja, zmanjšanje rabe škodljivih gradbenih materialov
in več ''zaprto-zančnih''13
sistemov za upravljanje z odpadki. Rešitve za dosego teh
prizadevanj so lahko velike ali majhne. [130]
Glavnega pomena v mestih je infrastruktura različnih oblik in namenov. Brez nje bi si
bilo ţivljenje v mestih teţko predstavljati. Infrastruktura za nova, pametna trajnostna
mesta v nekaterih drţavah, hitra rast industrializacije povzročajo preseljevanje
prebivalstva iz ruralnih v urbana območja v glavnem zaradi večjih moţnosti pri iskanju
bolje plačanih del in drugih prednosti. Ta trend se bo nadaljeval najmanj do leta 2050
(glej 2.4 Okoljske, socialne in ekonomske groţnje, Slika 2.3). Takšna situacija
poslabšuje teţave v mestnih območjih, vendar po drugi strani zagotavlja priloţnosti
mestnim projektantom za projektiranje novih mest ali mestnih četrti povsem na novo.
Projektanti se srečujejo s teţavami v mestih, ki so ţe zgrajena in v katera je potrebno
vključiti trajnostni razvoj (primer mesta Frankfurt je opisan v nadaljevanju), in z izzivi,
ki jih ponujajo prazne, zazidljive površine, namenjene gradnji mest (primer Masdar city,
Abhu Dhabi). Pri tem se srečujejo z vprašanjem, kako bi se morala projektirati nova ali
stara mestna infrastruktura na ''pameten'' in ''trajnosten'' način.
Vsako mesto bi moralo razviti svojo strateško vizijo prihodnosti za realizacijo osnovnih
konceptov z namenom čim večjega vključevanja celotnih okoljskih, ekonomskih in
10Nizko-ogljična mesta (ang. Low-carbon cities) so mesta, ki se osredotočajo na zmanjševanje ogljičnega odtisa in
ohranjanje oz. zniţevanje ogljikovih izpustov v čim večji meri (glej tudi eko-mesta in nič-energijska mesta).
11''Pametna'' mesta (ang.''Smart'' cities) so mesta ki imajo tehnologijo in informacijske sisteme integrirano v njihovo
upravljanje oz. dejavnosti za bolj učinkovito upravljanje z viri, za izboljševanje spremljanja (monitoringa) in
olajševanje odločevanja. Vizija pametnih mest je mreţni urbanizem (ang. ''networked urbanism''), v katerem so vsi
sistemi dnevno vključeni v centralni nadzorni mehanizem.
12(Neto) nič-energijska mesta (ang. (Net) Zero-energy cities) so mesta, ki so osredotočena na proizvodnjo energije, ki
jo potrebujejo v danem letu z rezultatom neto-ničelne porabe energije. Nič-energijska mesta imajo tri glavne
značilnosti (vključevanje maksimalne energetske učinkovitosti v projektiranje celotnega mesta, ustvarjanje energije
na kraju samem (ang. generating energy on-site), in nakupovanje obnovljive energije prozvedene izven kraja
nastanka (ang. energy produced off-site) za zadovoljevanje kakršnihkoli zahtevanih potreb po energiji (glej nizko-
ogljična mesta).
13Sistemi zaprte zanke so sistemi, kjer so vsi odpadki reciklirajo in ponovno uporabijo.
socialnih vrednot. Glavni cilj je transformirati mesta v zelena, dobro-projektirana,
vključujoča, trpeţna, produktivna, varna in zdrava mesta za ţivljenje. Pomembno je tudi
učenje po zgledih, ki jih predstavljajo informacije o trajnostnih razvojih in rešitvah v
mestih po svetu, ki bi pomagali vključiti raznolika prizadevanja na različnih področjih
in njihove sinergijske učinke. Takšni primeri so npr. Masdar City (Abu Dhabi),
vizionarski projekt ''The Venus Project'' inovatorja Jacqua Fresca, Kopenhagen
(Danska), Seoul (Juţna Koreja), London (Velika Britanija) itd. [128]
Preden se išče rešitve za gradnjo oz. ustvarjanje trajnostnih mest, moramo poznati
vzroke ali dejavnike, ki vplivajo na kvaliteto ţivljenja v mestih (Slika 6.24) ter jih
upoštevati pri integrativnem trajnostnem projektiranju.
Slika 6.24: Dejavniki, ki vplivajo na trajnost mest [127]
Na tabeli spodaj (Tabela 6.5) vidimo glavne vplive globalne urbanizacije in moţne
ublaţitvene strategije. Velik del ublaţitvenih strategij je na posreden ali neposreden
način povezan z gradnjo. Izziv za trajnostno gradnjo je, da je le-to potrebno vključiti
poleg posameznih gradbenih projektov tudi v gradnjo mest po trajnostnih načelih.
Graditi je potrebno upanje za navdih in novo razmišljanje, sodelovanje, partnerstva
kakor tudi inovativne, integrirane in celostne rešitve za klimatske spremembe. Pri tem je
potrebna transformativna revolucija, gibanje za zeleno gradnjo, da se oblikuje trajnostna
prihodnost za prihajajoče generacije.
Tabela 6.5: Vplivi globalne urbanizacije in možne ublažitvene strategije, poslovenjeno po [128]
Med pomembnejše izzive trajnostne gradnje, ki so del celotnega ţivljenjskega cikla
posamezne zgradbe, ki je del mesta ali mestne infrastrukture, štejemo:
primernost lokacije gradnje: ključen element, ki določa najbolj trajne zgradbe na
svetu, je njihova harmonija z okoljem, v katerem so zgrajene; [132]
neto pozitivne vodne zgradbe: 100 % potreb po vodi mora biti kritih iz
padavinske vode ali drugih naravnih kroţnih vodnih sistemov in/ali z
recikliranjem rabljene projektirane vode, ki mora biti očiščena brez rabe
kemikalij; [132]
neto pozitivne energijske zgradbe: 105 % projektiranih energetskih potreb mora
biti pokritih iz obnovljivih virov energije na kraju samem, na neto letni osnovi,
brez rabe izgorevanja na samem kraju; [132]
zdrave, srečne zgradbe: projekt mora biti projektiran tako, da vključuje
elemente, ki negujejo človeško/naravno povezanost; [132]
netoksične zgradbe: to so zgradbe, kjer so v celoti odpravljeni materiali, ki so
strupeni, rakotvorni, mutageni ali so endokrini-motilci; [132]
pravične zgradbe: cilj pri podpiranju pravičnega in enakopravnega sveta; [133]
lepe zgradbe: projektiranje, ki podpre človeškega duha. [133]
Vplivi
Povečevanje učinkovitosti naprav/procesov
Ublažitvene strategije
Gradnja nizko-energijskih zgradb
Učinkovit javni transport
Načrtovanje strnjenih mest
Recikliranje
Povečevanje zelenih površin
Raba reflektivnih materialov
Zajemanje CO2
Filtriranje izpušnih plinov
Povečevanje učinkovitosti industrijskih dejavnosti/transporta
Raba obnovljivih virov
Izginjevanje vodnih virov
Rast povpraševanja po hrani/revščine
Pomanjkanje zemljišč za gradnjo stanovanj
Šibka socialna kohezija
Zviševanje porabe energije/izginjevanje
virov
Povečevanje števila organiziranih prireditev, ki združujejo ljudi
Povečevanje zelenih prostorov
Razvoj zaščitenih živalskih/rastlinskih območij
Čiščenje vode
Razsoljevanje vode
Zbiranje deževnice
Vertikalno kmetijstvo
Proizvodnja umetne hrane
Ozelenjevanje puščav
Gradnja multifunkcionalnih zgradb
Kreativni arhitekturni projekti
Izboljšanje družbeno-kulturnega okolja
Zviševanje onesnaženosti zraka
Mestno segrevanje
Visoka gostota prometa
Visoka količina odpadkov
Pomanjkanje biodiverzitete/naravnega
habitata
Zgradbe imajo velik vpliv na okolje zaradi rabe energije, porabe vode in električne
energije ter izpustov CO2 oz. toplogrednih plinov. Zato so potrebni drugačni, trajnostni
pristopi k novogradnjam, obnovam, dekonstrukciji ter uporabi in vzdrţevanju, ki bi to
statistiko izboljšala. Večina današnjih raziskav je ţe pokazala, da se je potrebno
osredotočati na integrirano projektiraanje z vključevanjem okoljsko trajnostnih ciljev,
kot so ponovna uporaba materiala in recikliranje ter raba polnega stroškovnega
računovodstva za merjenje smiselnosti investiranja pri cenovno ugodnih zelenih
gradbenih projektih.
Evropska iniciativa za ''pametna mesta in skupnostno iniciativo'' (ang. The European
''Smart Cities & Communities Initiative'') strateškega projekta za energetsko tehnologijo
(ang. Strategic Energy Technology Plan SET-Plan) vzpodbuja k zmanjšanju
toplogrednih plinov do leta 2020 v mestnih okoljih za 40 %, kar se lahko doseţe s
trajnostno in učinkovito proizvodnjo, pretvorbo (conversion) in rabo energije.
Slika 6.25: Zahtevani vidiki za nič-energijske zgradbe (ZEB); poslovenjeno po [128]
Vidiki ZEB kot integriran del pametnih mest
Okoljsko načrtovanje in gradbene prakse
- Okoljsko načrtovane zgradbe
- Moderni in inovativni gradbeni materiali
- Najboljše načrtovalske prakse
Tehnologije obnovljive energije
Obnovljivi viri na licu mesta
- Solarni paneli
- Solarne toplotne
- Bojlerji na biomaso
Obnovljivi viri izven lica mesta
- Vetrne turbine
- Vodne turbine
- Geotermalne elektrarne
Označevanje elektromehanskih naprav v zgradbah
- Eko-označevanje za klimatske naprave,
bojlerje, pralne stoje, hladilne naprave, TV,
fene, pomivalne stroje, sušilne stroje, vodne
črpalke
- Minimalne zahteve za ogrevalne sisteme,
sisteme za toplo vodo, klimatske sisteme in
velike ventilacijske sisteme
Inteligentno upravljanje z energijo
Glavno vlogo za dosego trajnostnih in pametnih mest imajo lahko pri tem projektu t. i.
nič-energijske zgradbe14
(ang. Zero energy buildings - ZEB) ali brez-ogljične zgradbe
(ang. Zero carbon buildings - ZCB). Na zgornji sliki so prikazani zahtevani vidiki za
nič-energijske zgradbe (ZEB) kot del pametnih mest prihodnosti (Slika 6.25). [128]
Predlaga se, da bi gradnja ''zelenih'' mest bila enakovredna trajnostni gradnji. Mnogo
drţav v okviru trajnostnega razvoja ţe projektira in se vključuje v gradnjo zelenih mest
in ''eko-mest''. Pri tem je pomembno razumeti trajnost mest kot širši koncept, ki
vključuje socialni in ekonomski razvoj ter okoljski menedţment tako, da se razume
gradnjo ''zelenega'' mesta enakovredno trajnostni gradnji. [125]
Primer mesta Frankfurt (Slika 6.26) v Nemčiji s 664 tisoč prebivalci (2011), ki je bilo
leta 2015 proglašeno za najbolj trajnostno mesto na svetu kaţe dober zgled trajnostnega
razvoja mest. Mesto Frankfurt se zavezuje k dobri energetski učinkovitosti z
upoštevanjem dolgoročnega načrta učinkovitosti proizvodnje električne energije, k
stalnemu razvoju kogeneracijskih elektrarn (ang. co-generation plant slo.
soproizvodnja), vključevanju energetskerga akta (ang. Energy Act), ki vključuje javne in
zasebne investicije ter ohranitev energije. Vse nove zgradbe v Frankfurtu morajo biti
pasivne ter morajo upoštevati jasna pravila o rabi energije. Mesto vključuje novo Zeleno
politiko javnih naročil (ang. Green Public Procurement policy), še posebej v gradbenem
sektorju. Mesto Frankfurt je prepovedalo uporabo tropskega lesa ţe leta 1999. Raba
PVC je prav tako prepovedana. V gradbeni industriji se uporablja vodič za stroškovno
učinkovito gradnjo. Mesto je veliko investiralo v moderno predelavo odpadkov in v
naprave za recikliranje po celotnem mestu, tako da so se zniţali stroški transporta.
Okoljske kampanje na področjih, kot sta voda in elektrika, so povzročile zmanjšanje
porabe energije in vode pod nacionalno povprečje. 100 % metrične in kvalitativne
sheme za preverjanje porabe vode v gospodarstvu in v zasebni rabi ter zelo nizke vodne
izgube iz vodovodnega omreţja (3,3 %) kaţejo učinkovito zavezanost mesta k smiselni
porabi vode. Del strategije e-mobilnosti mesta Frankfurt do leta 2025 (ang. Frankfurt e-
mobility 2025) je veliko število individualnih projektov, ki vzpodbujajo rabo električnih
avtomobilov, drugih električnih vozil in infrastrukture polnilnih postaj ter učinkovitih
14Nič-energijske zgradbe (ang. Zero-energy buildings ZEB) ali brez-ogljične zgradbe (ang. Zero carbon buildings -
ZCB) so zgradbe, ki imajo ničelne izpuste ogljika na letni osnovi.
medsebojnih povezav z raznolikimi vrstami transporta (ang. ''travel chains''). [134]
Značilno za mesto Frankfurt je tudi, da je glavni konstrukcijski material za gradnjo
nebotičnikov, beton, katerega smiselnost za rabo v trajnostnih mestih smo predstavili v
naslednjem podpodpoglavju. Na spodnji tabeli vidimo sestavo po glavnih
konstrukcijskih materialih 17-tih nebotičnikov, višjih od 150 m v mestu Frankfurt,
zgrajenih v zadnjih 50-tih letih (Tabela 6.6).
Tabela 6.6: Sestava po glavnih konstrukcijskih materialih 17. Nebotičnikov višjih od 150 m, v
mestu Frankfurt [135]
Slika 6.26: Mesto Frankfurt [136]
Trajnostne betonske konstrukcije za trajnostna mesta 6.15.3
Mestom ali mestnim središčem predvsem velikih mest pogosto pravimo ''betonske
dţungle'', saj je običajno večina zgradb in infrastrukture v mestih zgrajenih iz betona.
Vse prednosti oz. lastnosti betonov in betonskih konstrukcij, trajnostnih ali tehnoloških
prednosti lahko pri vse večji poseljenosti mest pomenijo veliko prednost. Beton je
ekonomičen, trpeţen, trajen in uporaben gradbeni material, ki lahko, kot smo pokazali v
prejšnjih poglavjih, ustreza trem stebrom trajnosti. Brez betona v mestih ne bi mogla
obstajati učinkovita in cenovno dostopna infrastruktura.
V zadnjem času se pri gradnji mestne infrastrukture, predvsem visokih zgradb,
nebotičnikov opaţa trend vse večje uporabe betona. V zadnjih letih (Tabela 6.8) je pri
gradnji nebotičnikov videti zanimiv preobrat k uporabi izključno betonskih in
sovpreţnih konstrukcij. V letu 2015 je bilo 52 % materiala uporabljenega pri gradnji
nebotičnikov višjih od 200 m, ki so bili v tem letu tudi dokončani, iz betona (Tabela 6.7).
Še v letu 2014 je beton predstavljal le 39 % materiala od vseh dokončanih tako visokih
nebotičnikov. Pred leti je bila situacija še drugačna. V prvi polovici prejšnjega stoletja
je bila pri visokih nebotičnikih raba betona zelo majhna. Trend se je začel obračati v
drugi polovici prejšnjega stoletja (Tabela 6.8) predvsem zaradi razširjenosti betona in
njegove cenovne dostopnosti v primerjavi z jeklom. [137]
Tabela 6.7: 200 m visoke zgradbe ali višje, ki so bile dokončane leta 2015 (sestava po
materialih) [137]
Tabela 6.8: Spremembe deležev gradbenih materialov v sto najvišjih zgradbah v obdobju od
1930 do 2015 [137]
Kot smo ţe prikazali, obstaja mnogo načinov za povečanje trajnosti betona in betonskih
konstrukcij kot so:
Izboljšanje proizvodnje betona in cementa (energetska učinkovitost, učinkovitost
virov itd.) ter tehnologije grajenja. Ponovna uporaba betonskih in drugih
raznovrstnih odpadkov za recikliran agregat za ustvarjanje okolju prijaznih
betonov, ponovna uporaba industrijskih stranskih proizvodov (elektrofiltrski
pepel, jeklarska ţlindra, steklo itd.) kot nadomestnih materialov za cemente in
agregate v betonih, inovacije pri rabi dodatkov (dodatki lahko izboljšajo
lastnosti betona – manj porabe vode, boljša trdnost, trpeţnosti itd.) in ojačitev
betona (ojačevanje z vlakni, prednapenjanje itd).
Izraba njegovih prednosti, kot so prilagodljivost, toplotna kapaciteta (je lahko
skupaj z naravno ventilacijo in dnevne svetlobe nizkoenergetska strategija v
izogib pregrevanju), poţarna odpornost, zvočna izolativnost (npr. protihrupne
zgradbe ali infrastruktura), odpornost na vodo, zrakoneprepustnost, trpeţnost,
robustnost itd., ki lahko pokrivajo veliko vrst potreb.
Uporaba betonov in betonskih konstrukcij v okviru raznolikih sodobnih
konstrukcijskih rešitev. Nekatere smo prikazali v podpoglavjih poglavja 6
Sodobne konstrukcijske rešitve pri uporabi betonov. Ker se ga lahko oblikuje v
katero koli obliko, projektantom pri uporabi omogoča veliko svobode in
raznolikosti. Beton je pogosto kombiniran z drugimi materiali in lahko
integrirano prispeva svoje prednosti v celoto. Uporabljajo se novi materiali, kot
so mikroarmirani visokotrdnostni betoni, montaţni betoni, hibridne rešitve za
stene, okvirne konstrukcije, stropi, protipoplavne konstrukcije, drenaţni sistemi,
robustni materiali za fasade in zunanje površine itd. Zaţeljeno je tudi
recikliranje, ponovna raba ali obnavljanje (ponovna raba obstoječe konstrukcije,
efektivno zmanjšanje ECO2 s podaljševanjem ţivljenjske dobe kosntrukcije itd.).
Beton je najbolj učinkovit material za vsestransko rabo pri nadzemni in
podzemni infrastrukturi v mestih, ki je lahko izpostavljena zunanjim vplivom in
vodi ter ima pomembno vlogo pri gradnji cest in inovativnih podzemnih
transportnih rešitvah.
Nove ali izboljšane tehnike projektiranja kot je integrirano projektiranje
konstrukcij (raba metode LCA, programi učinkovitosti materialov in virov,
vodne strategije, nizkoogljično projektiranje, učinkovitost trajnostne proizvodnje
itd.) ali računalniško modeliranje, pomagajo projektantom ugotavljati, kako bi
njihove zgradbe funkcionirale – na primer, kako bi se v teh največkrat visokih
zgradbah ljudje gibali, ţiveli in se sproščali. Projektantom omogoča
preizkušanje in izboljševanje njihovih projektov, preden so izvedeni kot so na
primer izboljšani prezračevalni in ogrevalni sistemi z izkoriščanjem naravnih
virov energije in vode ter njihovega kroţnega toka, izboljšane poţarno varne
poti ali stopnišča, transportne poti ali optimizirane lokacije stanovanj z razgledi,
usmerjenimi proti soncu.
Za širšo uporabo trajnostnega betona so potrebne natančne specifikacije, upoštevanje
zahtev o trajnosti, izobraţevanje gradbenih inţenirjev, projektantov, investitorjev in
gradbene skupnosti o novih konstrukcijskih materialih in tehnologijah ter izvajanje
pogodbenih projektov med gradnjo. Dobro projektirani objekti in infrastruktura
posnemajo naravno okolje ter omogočajo ljudem, da se ne počutijo ujeti, zato je med ali
v konstrukcije pomembno vključevanje zelenih površin, parkov, rekreacijskih površin,
zasaditve dreves itd. Urbane pokrajine bi zato bilo potrebno čim bolj pribliţati naravi,
saj lahko človek le tako ţivi in ustvarja v ravnovesju. Pri tem imajo betonske
konstrukcije in infrastruktura zelo velik pomen. Beton predstavlja temelj mest v
prihodnosti.
Poznamo veliko trajnostnih primerov rabe betonov, ki prispevajo k trajnosti mest.
Nekatere smo ţe omenili v prejšnjih poglavjih (glej Slika 3.4: The West 7th Street Bridge v
Fort Worth v Texasu (2014, ZDA) , Slika 3.5: Mikroarmirani betoni ultra visokih trdnosti, Slika
5.7: Iz GFRC je zgrajen Masdar institute of science and technology v Abu Dhabiju., Slika 5.9:
Ponovna raba obstoječe AB konstrukcije – Gemini Residences v Kopenhagnu (Danska,
2005), (vir: Milan Kuhta), Slika 6.1: Rekonstrukcija stropne plošče v proizvodni hali Škode,
(2003/2004) , Slika 6.7: Bosco Verticale, Milano, Italija (vir: Milan Kuhta), Slika 6.9:
Montažna gradnja stanovanjske zgradbe v bodoči soseski "Kærholm" v Kobenhavnu na
Danskem (Julij, 2016, vir: Milan Kuhta), Slika 6.14: Letališče Brisbane West Wellcamp v
Avstraliji, zgrajeno iz geopolimernega betona (BWWA), Slika 6.15: Cerkev “Dives in
Misericordia”, Rim (2000), Slika 6.18: 164 m visoka 3,3 MW vetrna turbina z betonskim
stebrom podjetja Nordex v Nemčiji (2016) , Slika 6.19: Podjetje SDC Builders Ltd iz Anglije je
leta 2011 zgradilo 60 stanovanjskih objektov iz konopljinega betona). Dober primer
trajnostne gradnje v mestih je tudi poslovna zgradba ''The Edge'' v Amsterdamu (2015,
Slika 6.27), ki je trenutno največja trajnostna zgradba na svetu. ''The Edge'' v območju
Zuidas business v Amsterdamu meri 40.000 m² ter ustvarja povsem novo delovno
okolje, ki je omogočeno s trajnostnimi tehnologijami. Po orodju BREEAM je dobil
najvišjo oceno trajnosti za poslovne zgradbe. Zgradba predstavlja celoto ţivahnega
delovnega okolja, v kateri so doseţene najvišje ravni trajnosti. Zgradba porabi 70 %
manj energije od običajnih porab v takšnih zgradbah. Usmerjena je na osnovi poti
sonca. Atrij sprejema svetlobo s severne strani, medtem ko sončni paneli na juţni fasadi
ščitijo delovne prostore pred soncem. Glavna funkcija betonskih nosilnih sten na juţni,
vzhodni in zahodni strani je njihova toplotna kapaciteta. Nanje so pripeti paneli za
senčenje in ventilacijo. Zgradba je opremljena še s pametnim osvetljevanjem z
razsvetljavo LED, streha je prekrita s solarnimi paneli, preseţni ventilacijski zrak iz
pisarn se uporablja za ogrevanje atrija. Deţevnica se zbira za splakovanje stranišč in za
zalivanje vrtov. 29 metrov globoke vrtine do vodonosnika omogočajo shranjevanje
toplote. Zeleni pas, ki ločuje zgradbo od bliţnje avtoceste, deluje kot ekološki pas, ki
omogoča prehodno območje ţivalim itd. [138] Takšne zgradbe so zgled, ki vleče v
trajnostno prihodnost mest.
Slika 6.27: Trajnostna poslovna zgradba ''The Edge'' v Amsterdamu (2015) [138]
Primer dobre prakse trajnostne gradnje z betonom v mestih (pri ravnanju s površinskimi
vodami v kombinaciji s protipoplavnimi objekti je podzemni sistem za odvodnjavanje v
Tokiu na Japonskem (ang. The Metropolitan Area Outer Underground Discharge
Channel) (Slika 6.28). To je podzemna infrastruktura, ki je največji podzemni objekt na
svetu za preusmeritev poplavnih voda. Zgrajen je za ublaţitev poplavljanja glavnih
mestnih vodnih poti in rek med deţevnimi dobami in sezonami tajfunov.
Slika 6.28: Podzemni sistem za odvodnjavanje v Tokiu, Japonska [139]
Arhitekt Marc Mimram je izdelal projekt za ultralahko zeleno ţelezniško postajo (ang.
Ultralight Garden-Filled TGV station, Slika 6.29) za Montpellier v Franciji. Zgrajena bo
leta 2017. Zgradba je zasnovana kot "vrtna postaja" z ultralahkim ostrešjem iz
trajnostnega visokozmogljivega betona, armiranega z vlakni, debeline ostrešja le 5 cm,
ki bo podprto z jeklenimi stebri. Strešna konstrukcija postaje bo pripomogla k
zmanjšanju ogljičnega odtisa zgradbe. Betonska streha bo oblikovana v pet kupol,
širokih osem metrov. Vsaka od njih bo namenjena senčenju postaje. Raznolikost
svetlobe in sence naj bi potnikom omogočala prepoznati spreminjanje vremenskih
pogojev in letnih časov v zunanjem okolju. [140]
Slika 6.29: Ultralahka zelena železniška postaja (ang. Ultralight Garden-Filled TGV station),
Francija (2017)
Trajnostna raba betonov in betonskih konstrukcij bo v prihodnosti vsekakor imela
pomembno vlogo v razvoju trajnostnih mest. Kam seţe armirani beton kot glavni
material lahko vidimo na primeru najvišje stanovanjske zgradbe na zahodni polobli
432 Park Avenue, ki ima pri svoji višini 426 m 96 nadstropij ter presega višino Empire
State Building-a in celo novi One World Trade Center, brez njunih špic. Na spodnji
sliki jo vidimo v ozadju, desno od sredine, kjer po višini presega ostale zgradbe (Slika
6.30).
Zgradba ni posebej grajena po trajnostnih kriterijih USGBC (ang. United States Green
Building Council). Vendar so bile pri njeni gradnji upoštevane raznolike "zelene"
funkcije. Na celotni konstrukciji so nameščena okna z dvojno zasteklitvijo. Pri tem so
upoštevali ugotovitve presoje učinkov sončne energije ob različnih višinah zgradbe v
različnih letnih časih. Iz teh ugotovitev so ocenili zmogljivost filtriranja glazure, ki je
bila predvidena za premaz oken za maksimiranje prehoda svetlobe in minimiziranje
izgub ali vdorov toplote. Stanovanja so zgrajena po merilih visoke energetske
učinkovitosti. Gradnja se je v skladu z modernimi konstrukcijskimi metodami in
zakonodajo izvajala tako, da se je z materiali in gradbenimi odpadki ravnalo okoljsko
varno. [141]
Prizadevanje za trajnostno gradnjo s trajnostnimi betoni lahko celovito zmanjša
kratkoročne in dolgoročne stroške, je lahko varna in prijetna za okolje in druţbo ter je
nosilec razvojnega potenciala. Naša naloga je, da ga uresničujemo.
Slika 6.30: Nebotičnik 432 Park avenue, New York, ZDA (426 m, 2015, vir: Milan Kuhta)
7 SKLEP
Vse večje zavedanje o vlogi zgrajenega okolja pri vzdrţevanju občutljivega ravnovesja
med človekom in naravo je postavilo trajnost in trajnostni razvoj v srce moderne
gradnje in projektiranja. Gradbene konstrukcije in infrastruktura so kot osnova za
preţivetje, rast in blaginjo nujne za razvoj in vzdrţevanje moderne druţbe. Velik del
gradbenih konstrukcij predstavlja beton in z njim se pojavi vprašanje o njegovi trajnosti.
Trajnostni pristop k gradnji prinaša trajne okoljske, socialne in ekonomske prednosti v
druţbi.
V našem diplomskem delu smo skušali odgovoriti na mnoga vprašanja o razvoju
trajnostnih betonov. Proizvodnja betona in jekla sta energetsko zelo intenzivna procesa,
zato imajo zgradbe iz armiranega betona velik ogljični odtis. Poleg tega pa je
problematično tudi izčrpavanje naravnih oz. surovinskih virov. K proizvodnji je
potrebno pristopiti s posebno odgovornostjo v smeri trajnostnega razvoja.
Ugotovili smo, da se lahko cement in beton proizvedeta po različnih recepturah in iz
različnih sestavin. Različne proizvodne metode, energetsko manj intenzivne tehnologije,
ki povzročajo manj izpustov in manjšo uporabo vode ali zmanjšanje potrebe po uporabi
portlandskega cementa, vodijo k različnim kvalitetam in različnim okoljskim vplivom in
splošno predstavljajo moţnosti za izdelavo bolj trajnostih betonov. Največji izziv je
sestava mešanic s takšnimi tehnologijami grajenja, da zadovoljijo zahteve po trpeţnosti
in funkcionalnosti ter obenem povzročajo minimalne okoljske vplive. Cemente se lahko
nadomešča z dodatnimi cementnimi materiali in nekaterimi odpadnimi materiali, kot so
elektrofiltrski pepel, jeklarska ţlindra itd., betonske agregate pa z recikliranimi ali
odpadnimi materiali, kot so recikliran beton, reciklirano steklo itd.
Videli smo, da ima lahko beton sam po sebi kot gradbeni material z okoljskega,
ekonomskega in socialnega vidika trajnosti zelo dobre lastnosti. Beton je osnovni temelj
in gradbeni material, ki je lahko trajnosten in je upravičeno primeren za gradnjo
trajnostne, močne, zanesljive, trpeţne infrastrukture in različnih konstrukcij ter
predstavlja vitalno komponento pri zagotavljanju zatočišč še posebej, če so betonske
konstrukcije skrbno projektirane ob upoštevanju kriterijev trajnostne gradnje. Betonske
konstrukcije lahko zagotavljajo varen, čist in zdrav ţivljenjski slog, stanovanja,
poslovne in industrijske objekte, zdravstvene ustanove, bolnice, šole in druge javne
objekte ter varen in učinkovit transport. Brez betona bi bilo v velikih mestih teţko
zagotoviti ekonomično, energetsko in okoljsko učinkovito, dolgotrajno in trpeţno
infrastrukturo z malo vzdrţevanja. Beton je široko dostopen, poceni, robusten in
trpeţen. Oblikuje se lahko v katero koli obliko. Lahko se ga reciklira, njegove sestavine
lahko zamenjamo z recikliranimi ali drugimi vrstami materialov, ki ne terjajo velike
energetske intenzivnosti pri proizvodnji, proizvodnje odpadkov ali izčrpavanja naravnih
virov. Z njim se lahko ustvarijo prijetne, umetniške in uporabne ter tehnološko zahtevne
konstrukcije. Nekatere njegove moţnosti za uporabo smo prikazali v poglavju 6
Sodobne konstrukcijske rešitve pri uporabi betonov. Glavne prednosti betonskih
konstrukcij v gradbenih konstrukcijah so:
varnost (nosilnost), vključno z visoko odpornostjo na naravne vplive, kot so
naravne katastrofe (poplave, nevihte, vetrovi, hurikani, tornadi, poţari, potresi
itd.) in drugi vplivi;
toplotna kapaciteta betona prispeva k prihrankom energije
(shranjevanje/sproščanje toplote, ogrevanje in hlajenje z betonom);
akustične lastnosti – zaradi visoke specifične teţe betona se lahko izboljša
zvočna izolacija konstrukcije (plošče in/ali stene, ki ločujejo različne delovne
površine);
visoka poţarna odpornost – je pomembna, posebno za delitev zgradbe na
različna poţarna območja (prekate);
dolgotrajnost ali trpeţnost, ki omogoča daljšo ţivljenjsko dobo zgradb;
vzdrţevanje zmanjšuje stroške poslovanja (operativne stroške) in povečuje
celostno kvaliteto zgradbe. [84]
K trajnostnemu razvoju na splošno in k trajnostnemu razvoju betonov in betonskih
konstrukcij lahko poleg drţavnih regulativ in ozaveščenosti posameznikov veliko
prispeva tudi izobraţevalni sistem. Z izobraţevanjem naslednjih generacij inţenirjev, ki
bi bili opremljeni z vsaj temeljnimi znanji trajnostnega razvoja, bi lahko spremenili
delovanje industrije betona v svetu. S tem bi dosegli ničelno toleranco do starih
potratnih načinov rabe naravnih virov in do onesnaţevanja.
Za trajnostno gradnjo in infrastrukturo, za trajnostne druţbe in za trajnostna mesta je
beton lahko odgovorna in primerna izbira.
8 LITERATURA IN VIRI
[1] Friedman T., Hot, flat and Crowded, 1st ed. New York, ZDA: Picador by
Farrar, Straus and Giroux, 2008.
[2] United nations environmental programme. (2015) http://www.unep.org.
[Online]. http://www.unep.org/sbci/AboutSBCI/Background.asp
[3] Jalali S. Torgal. F.P., Eco-efficient construction and building materials. London,
Velika Britanija: Springer-Verlag London, 2011.
[4] United States (ANSI) ISO/TC 71 - Secretariat. (2005) http://www.iso.org.
[Online].
http://www.iso.org/iso/standards_development/technical_committees/other_bod
ies/iso_technical_committee.htm?commid=49898
[5] Moeller M.G. Cohen J.L., "Liquid stone, New architecture in concrete," in
Liquid stone, New architecture in concrete. New York, ZDA: Princeton
Architectural Press, 2006, p. 218.
[6] CEMBUREAU. (2014) http://www.cembureau.be. [Online].
http://www.cembureau.be/about-cement/key-facts-figures
[7] Price L., Martin N., Hendriks C., Meida L.O. Worell E. (2001, Januar) Carbon
dioxide emissions from the global cement industry. Annual Review of Energy
and the Environment.
http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.energy.26.1.303.
[8] Glouannec P., Chauvelon P. Colinart T., "Construction and building
materials;Infleunce of the setting process and the formulation on the drying of
hemp concrete.," vol. 30, pp. 372–380, Maj 2012.
[9] IEA OECD. (2009) https://www.iea.org/. [Online].
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/Cement.pdf
[10] Wandemberg J.C., Sustainable by Design. New Mexico, ZDA: JC Wandemberg
Ph.D. , 2015.
[11] http://www.un-documents.net/our-common-future.pdf. (1987, 20 marec)
http://www.un-documents.net. [Online]. http://www.un-documents.net/our-
common-future.pdf
[12] ZRC SAZU, "Terminološki kandidat: trajnostnni, trajnostnost," Sekcija za
terminološke slovarje ZRC SAZU, Inštitut za slovenski jezik Frana Ramovša,
Ljubljana, 2016.
[13] Roskelly A. (2013, Januar) https://tinahtang.wordpress.com/. [Online].
https://tinahtang.wordpress.com/2013/01/01/amari-roskelly-jacobs-engineering/
[14] Haugan G.T., "Sustainable program management," in Sustainable program
management. New York, ZDA: CRC press, Francis and Taylor group, 2014, ch.
2, p. 7.
[15] W.M. Adams, "The Future of Sustainability: Re-thinking Environment and
Development in the Twenty-first Century." Report of the IUCN Renowned
Thinkers Meeting," WACCOS, Report of the IUCN Renowned Thinkers
Meeting 2006.
[16] Woodcraft S., Design for Social Sustainability. London: Social Life, 2011.
[17] Paul J., Urban Sustainability in Theory and Practice: Circles of Sustainability.
London, Velika Britanija: Routledge, 2015.
[18] Wolfram research. (2016, Maj) http://mathworld.wolfram.com. [Online].
http://mathworld.wolfram.com/VennDiagram.html
[19] United Nations. (2012, julij)
https://en.wikipedia.org/wiki/Sustainable_development. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Sustainable_development#/media/File:Circles_of_
Sustainability_image_(assessment_-_Melbourne_2011).jpg
[20] John Richard Hicks. (1939) http://la.utexas.edu/. [Online].
http://la.utexas.edu/users/hcleaver/368/368hicksVCdemand.pdf
[21] (2014) http://www.thwink.org. [Online].
http://www.thwink.org/sustain/glossary/EconomicSustainability.htm
[22] Faber M., "How to be an ecological economist," Ecological Economics, p. 7,
Marec 2008.
[23] G. Arendal. (2009) http://www.grida.no. [Online].
http://www.grida.no/graphicslib/detail/trends-in-population-developed-and-
developing-countries-1750-2050-estimates-and-projections_1616
[24] Wikipedia. (2010) https://en.wikipedia.org. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Chongqing
[25] Foster P. Moore M. (2011, Januar) http://www.telegraph.co.uk/. [Online].
http://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/asia/china/8278315/China-to-
create-largest-mega-city-in-the-world-with-42-million-people.html
[26] Wikipedia. (2015, Julij) https://en.wikipedia.org/. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Jingjinji
[27] Gajanam M.S., Green building with concrete. New York, ZDA: CRC Press,
Taylor & Francis Group, 2016.
[28] Manion R. (2013, Oktober) https://rwm9fc.files.wordpress.com/. [Online].
https://rwm9fc.files.wordpress.com/2013/10/slum.jpg
[29] Tomlinson S. (2013, Februar) http://www.dailymail.co.uk. [Online].
http://www.dailymail.co.uk/news/article-2282764/Hong-Kongs-human-battery-
hens-Claustrophobic-images-slum-families-squeeze-lives-tiniest-
apartments.html
[30] British Petroleum. (2015) http://www.bp.com. [Online].
http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/energy-economics/statistical-review-
2015/bp-statistical-review-of-world-energy-2015-full-report.pdf
[31] Zdruţeni narodi. (2012, Marec) http://www.un.org/. [Online].
http://www.un.org/waterforlifedecade/scarcity.shtml
[32] European environmental agency. (2016) http://www.eea.europa.eu. [Online].
http://www.eea.europa.eu/themes/water/wise-help-centre/glossary-
definitions/water-stress
[33] David Molden. (2011) http://www.the-scientist.com/. [Online]. http://www.the-
scientist.com/?articles.view/articleNo/31068/title/Opinion--The-Water-Deficit/
[34] Advocates for International Development Cliford C. (2011)
http://www.a4id.org/. [Online].
http://www.a4id.org/sites/default/files/Tackling%20Water%20Scarcity.pdf
[35] Slovar okoljske statistike ZN. (1997) http://unstats.un.org. [Online].
http://unstats.un.org/unsd/publication/SeriesF/SeriesF_67E.pdf
[36] Dalhousie University - Office of Sustainability. (2011, Junij) http://www.dal.ca/.
[Online].
http://www.dal.ca/content/dam/dalhousie/pdf/sustainability/Waste%20Manage
ment%20Literature%20Review%20Final%20June%202011%20(1.49%20MB).
[37] Polanec V., Ravnanje z odpadki v občini Videm, Diplomsko delo. Ljubljana,
Slovenija: Univerza v Ljubljani, 2009.
[38] Intergovernmental panel on climate change. (2014) https://www.ipcc.ch.
[Online]. https://www.ipcc.ch/report/ar5/
[39] Ishikawa S., Silverstein M. Alexander C., A Pattern Language: Towns,
Buildings, Construction. Oxford, Velika Britanija: Oxford university, 1977.
[40] Muravljov M., Osnovi teorije i tehnologije betona. Beograd, Srbija:
Gradjevinska knjiga d.o.o., 2010.
[41] The European union per regulation. (2004, december) https://law.resource.org/.
[Online]. https://law.resource.org/pub/eu/eurocode/en.1992.1.1.2004.pdf
[42] D. Saje. (2015) http://www.fgg.uni-lj.si. [Online]. http://www.fgg.uni-
lj.si/kmlk/Drago/IPiMK/IPiMK_2015_2016/2015_10_02_0003_Tehnologija_be
tona_TEORIJA.pdf
[43] Bob Moore Construction. (2014) http://www.concretecontractor.com. [Online].
http://www.concretecontractor.com/concrete-history/
[44] Steiger R.W. (1995) http://www.theconcreteproducer.com/. [Online].
http://www.theconcreteproducer.com/Images/The%20History%20of%20Concre
te,%20Part%202_tcm77-1306954.pdf
[45] PRO-gradnja. (2010, Julij) http://www.gradimo.hr/. [Online].
http://www.gradimo.hr/clanak/povijest-betona/37675
[46] Guardini M. Barbisan U. (2005) http://www.arch.mcgill.ca/. [Online].
http://www.arch.mcgill.ca/prof/sijpkes/abc-structures-2005/concrete/history-of-
concrete_files/concrete.html
[47] (2016, Maj) http://static.planetminecraft.com/. [Online].
http://static.planetminecraft.com/files/resource_media/screenshot/1328/Tokyo-
City-Hall-PMC-Contest-PvM1_5908595.jpg
[48] (2014, Oktober) http://www.cement.org. [Online].
http://www.cement.org/news/2014/10/06/2014-concrete-bridge-award-winners-
announced
[49] Zaletel Špela. (2007, Junij) http://drugg.fgg.uni-lj.si. [Online].
http://drugg.fgg.uni-lj.si/410/1/GRU_2962_Zaletel.pdf
[50] D. Lisec. (2013, September) Vpliv notranjih rezervoarjev vode v betonih visoke
trdnosti na krčenje zaradi sušenja. http://drugg.fgg.uni-
lj.si/4358/1/BG1063_Lisec.pdf.
[51] Ferreira R.M. Camões A. (2010) Technological evolution of concrete: from
ancient times to ultra-high performance concrete. [Online].
http://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/17654/1/ICSA2010_AC%2
6RMF_final.pdf
[52] Newtson C.M. Allena S. (2010) http://www.nrmca.org. [Online].
http://www.nrmca.org/ctf/2010cscproceedings/documents/allena%20paper%204
-14-10.pdf S
[53] (2016, Maj) https://en.wikipedia.org. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Burj_Khalifa
[54] Mehta K.P. (2016, Maj) http://www.ctre.iastate.edu/. [Online].
http://www.ctre.iastate.edu/pubs/sustainable/mehtasustainable.pdf
[55] USA EPA-Environmental protection agency. (2014) https://archive.epa.gov/.
[Online]. https://archive.epa.gov/greenbuilding/web/html/about.html
[56] Xenophon. (2003, Marec) http://www.classicreader.com/. [Online].
http://www.classicreader.com/book/1792/25/
[57] The Canadian Encyclopedia. (2016)
http://www.thecanadianencyclopedia.ca/en/article/architectural-history-early-
first-nations/. [Online].
http://www.thecanadianencyclopedia.ca/en/article/architectural-history-early-
first-nations/
[58] Brad N., McDowell S. Krygie E.l, Green BIM: Successful Sustainable Design
with Building Information Modeling. Indianapolis, Indiana, Kanada: Sybex, a
Wiley brand, 2008.
[59] The university of Chicago. (2007) http://people.ucls.uchicago.edu/. [Online].
http://people.ucls.uchicago.edu/~snekros/2007-
8%20webquests/Structures%2089/structures89.html
[60] Keya L. (2010, April) https://greenpassivesolar.com/. [Online].
https://greenpassivesolar.com/2010/04/mesa-verde-cliff-dwellings/
[61] Lorax. (2003) https://en.wikipedia.org. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Cliff_Palace#/media/File:Mesaverde_cliffpalace_2
0030914.752.jpg
[62] Mazria E. (2002) http://architecture2030.org/. [Online].
http://architecture2030.org/
[63] Greg Simon. (2013, Oktober) http://www.ha-inc.com. [Online]. http://www.ha-
inc.com/blog/entry/green-building-timeline/#sthash.2Rkf0dK9.BP9gexm4.dpuf
[64] Greenbuilding.com. (2008-2010) http://assets.newmediaretailer.com/. [Online].
http://assets.newmediaretailer.com/12000/12392/green_history_and_timeline.pd
f
[65] USGBC. (2010, Marec) http://www.usgbc.org. [Online].
http://www.usgbc.org/Docs/News/CodesRelease.pdf
[66] European comission. (2014, Oktober) http://ec.europa.eu. [Online].
http://ec.europa.eu/environment/consultations/pdf/buildings/Background%20do
cument.pdf
[67] United nations. (2015, November) https://sustainabledevelopment.un.org/.
[Online]. https://sustainabledevelopment.un.org/post2015/transformingourworld
[68] Šijanec Zavrl M. (2015, Oktober) http://varcevanje-energije.si. [Online].
http://varcevanje-energije.si/novice-rss-zanimivosti/trajnostna-gradnja-koristna-
ucinkovita-in-trajno-neskodljiva.html
[69] GBC Slovenija. (2012) http://www.gbc-slovenia.si. [Online]. http://www.gbc-
slovenia.si/dejavnosti/trajnostna-gradnja/
[70] Fiala C., Jensen B.B. Hajek P., Integrated life cycle assessment of concrete
structures. Laussane, Švica: FIB, 2013.
[71] Društvo Ekologi brez meja. (2016, Avgust) http://ebm.si/. [Online].
http://ebm.si/zw/o/2014/evropa-snuje-pot-v-krozno-gospodarstvo-kaj-pa-mi/
[72] Schultmann F. Kibert C. (2005, Spetember) http://www.sb05.com. [Online].
http://www.sb05.com/academic/16_IssuePaper.pdf
[73] Müller C., Öberg M., Sakai K. Glavind M., Guidelines for green concrete
structures. Lausanne, Švica: International Federation for Structural Concrete
(fib), 2012.
[74] Lobo C., Obla K. Lemay L. (2013, April) http://www.nrmca.org/. [Online].
http://www.nrmca.org/sustainability/Specifying%20Sustainable%20Concrete%
204-24-13%20Final.pdf
[75] Wikipedia. (2016, Marec) https://en.wikipedia.org/. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_ecology
[76] Keiller S., Clements V., Denac M. Charter M., Eco-design: Okoljsko primerna
zasnova v gradbeni industriji. Priročnik za mala in srednje velika podjetja,
Denac M. Bogdan N., Ed. Maribor, Slovenija: Mariborska razvojna agencija
p.o., 2013.
[77] Radonjič G., "Ekologija proizvodov," in Ekologija proizvodov. Maribor,
Slovenija: Univerza v Mariboru, Ekonomsko-poslovna fakulteta, 2008, pp. 1-10.
[78] Minson A. Georgopoulos C, Sustainable Concrete solutions. Chichester, Velika
Britanija: John Wiley & Sons, Ltd, 2014.
[79] Radonjič G., Ekologija proizvodov. Maribor, Slovenija: Univerza v Mariboru,
Ekonomsko-poslovna fakulteta, 2008, pp. 1-10.
[80] Tongbo S. Jahren P., Concrete and Sustainability. London: CRC Press , 2013.
[81] Witkowski H., "Sustainability of self-compacting concrete," ACEE, no. 1, pp.
83-88, November 2014.
[82] Cheung W.M. Tait M. W., "A comparative cradle-to-gate life cycle assessment
of three," Life cycle sustainability assesment, vol. 21, pp. 847–860, Februar
2016.
[83] Noguchi T. Sakaji K., The sustainable use of concrete. New York, ZDA: CRC
Press, 2012.
[84] Fiala C., Novotna M. Hayek P. (2014, Oktober) http://wsb14barcelona.org.
[Online]. http://wsb14barcelona.org/programme/pdf_poster/P-035.pdf
[85] BREEAM. (2014) http://www.concretecentre.com. [Online].
http://www.concretecentre.com/Concrete-Design/Environmental-
Assessment/BREEAM.aspx
[86] Masanet E., Horvath A., Stadel A. Petek Gursel A., "Life-cycle inventory
analysis of concrete production: A critical review," Cement & Concrete
Composites , no. 51 , pp. 38–48, Marec 2014.
[87] MEKA concrete plants. (2015) https://www.mekaconcreteplants.com/. [Online].
https://www.mekaconcreteplants.com/en/service/technical-
information/environmental-aspects-of-concrete
[88] European Concrete Platform ASBL. (2009, Februar) http://www.bef.dk/.
[Online].
http://www.bef.dk/files/DanskBeton/%C3%98vrige%20publikationer/Sustainab
leBenefits.pdf
[89] SALONIT ANHOVO. (2016, Maj) https://www.salonit.si. [Online].
https://www.salonit.si
[90] SLOCEM. (2016, April) http://slocem.si/. [Online].
http://slocem.si/proizvodnja_cementa/
[91] Iiloencyclopaedia. (2011, April) http://www.iloencyclopaedia.org/. [Online].
http://www.iloencyclopaedia.org/part-xvi-62216/construction/content/153-tools-
equipment-and-materials/
[92] CEMBUREAU. (2011) http://lowcarboneconomy.cembureau.eu/. [Online].
http://lowcarboneconomy.cembureau.eu/uploads/Modules/Documents/cemburea
u-brochure.pdf
[93] Potgieter J.H. (2012, Junij) http://www.macrothink.org/. [Online].
http://www.macrothink.org/journal/index.php/emsd/article/view/1872
[94] Nina Štirmer, "Utjecaj GraĎevnog materijala na okoliš," vol. 1, pp. 293-311,
Marec 2011.
[95] Wikipedia. (2016, April) https://en.wikipedia.org. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Environmental_impact_of_concrete
[96] BRMCA. (2014) http://www.brmca.org.uk/. [Online].
http://www.brmca.org.uk/documents/Specifying_Sustainable_Concrete_Concret
e_Quarterly_248_Summer_2014.pdf
[97] Cement Concrete & Aggregates Australia. (2008, Maj) http://www.ccaa.com.au.
[Online].
http://www.ccaa.com.au/imis_prod/documents/Library%20Documents/CCAA%
20Reports/RecycledAggregates.pdf
[98] Christopher L., Yunping X. Zongjin L., Structural Renovation in Concrete, 1st
ed. New York, ZDA: CRC Press, 2009.
[99] Hajek P. (2008, Marec) http://www.ctislav.wz.cz/. [Online].
http://www.ctislav.wz.cz/publ/2008_03_SB64.pdf
[100] Malcom H.R., Tennis P.D. Leming M.L. (2007)
http://www.perviouspavement.org/. [Online].
http://www.perviouspavement.org/design/hydrologicaldesign.html
[101] Ljubljana Biotehniška fakulteta. (2016, April) http://web.bf.uni-lj.si/. [Online].
http://web.bf.uni-lj.si/agromet/KLI%20izb%20Klima%20mest.pdf
[102] Elematic. (2016, Julij) http://www.elematic.com/. [Online].
http://www.elematic.com/en/company/building-with-precast/
[103] StructureCraft. (2016, Avgust) http://www.structurecraft.com. [Online].
http://www.structurecraft.com/materials/mass-timber/timber-concrete-composite
[104] skinner J., Crews C.I, Tannert T. Dias A.M.P.G. (2015, Oktober)
https://www.researchgate.net. [Online].
https://www.researchgate.net/publication/283282515_Timber-concrete-
composites_increasing_the_use_of_timber_in_construction
[105] Ruhpolding BG Trauntal GmbH. (2010) http://www.schaffitzel-miebach.com/.
[Online]. http://www.schaffitzel-miebach.com/en/projects/timber-
bridges/timber-concrete-composite-bridge/timber-concrete-composite-bridge-
ruhpolding-de.html
[106] Fiala C., Hájek P. Kynčlová M. (2011, Junij) http://www.ctislav.wz.cz/.
[Online].
http://www.ctislav.wz.cz/publ/2011_06_CCC_Balatonfured_Kynclova.pdf
[107] Lohmeyer R., Wallbaum H. Williams Porta N. (2013)
http://publications.lib.chalmers.se/. [Online].
http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/201800/local_201800.pdf
[108] Naik R.T. Kumar R. (2013) http://www.claisse.info/. [Online].
http://www.claisse.info/2013%20papers/data/e286.pdf
[109] Wikipedia. (2016, Avgust) https://en.wikipedia.org. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Geopolymer#cite_note-53
[110] Geopolymer institute. (2014, Oktober) http://www.geopolymer.org/. [Online].
http://www.geopolymer.org/news/70000-tonnes-geopolymer-concrete-airport/
[111] Bentz D., Nilsson L-O. Persson B., "Self-dessication and its importance in
concrete technology ," Lund Institute of Technology, Lund university, Lund,
TVBM-3126, 2005.
[112] Parmar K. A., Dr. Arora N. K. Odedra R.K., "Photocatalytic Self cleaning
Concrete," IJSRD - International Journal for Scientific Research &
Development, vol. 1, no. 11, pp. 2321-0613, 2014.
[113] PCA. (2016) http://www.cement.org. [Online]. http://www.cement.org/cement-
concrete-basics/products/self-cleaning-concrete
[114] American Concrete Institute. (2015, Julij) https://www.concrete.org/. [Online].
https://www.concrete.org/news/newsdetail.aspx?f=51687456
[115] Lafarge Canada. (2013) http://www.construiredesvillesmeilleures.ca. [Online].
http://www.construiredesvillesmeilleures.ca/files/pdf/Sustainability%20Benefits
%20of%20Roller%20Compacted%20Concrete-PAVAMAX.pdf
[116] Judy L. R., Schweiger P.G. Holderbaum E.R. (2008, September)
http://cement.org. [Online]. http://cement.org/water/PL468.pdf
[117] Nordex. (2016, Junij) http://www.nordex-online.com/. [Online].
http://www.nordex-online.com/de/produkte-service/windenergieanlagen/n131-
33-mw.html
[118] Arnaud L. Amziane S., Bio-aggregate-based Building Materials: Applications
to Hemp Concretes. London, Velika Britanija: Wiley, 2013.
[119] Dr. Lawrence M. (2014, September) https://www.theguardian.com/. [Online].
https://www.theguardian.com/sustainable-business/2014/sep/25/hemp-wood-
fibre-construction-climate-change
[120] de P. Bruijn. (2008) http://pub.epsilon.slu.se/. [Online].
http://pub.epsilon.slu.se/1913/1/Lic_kappan_PdB.pdf
[121] SDC Builders Ltd. (2011, Julij) http://limecrete.co.uk/. [Online].
http://limecrete.co.uk/hempcrete-for-60-new-homes-letchworth/
[122] Cement Canada. (2016, September) http://www.cement.ca/. [Online].
http://www.cement.ca/en/Highways/Building-Sustainable-Highways-in-
Canada.html
[123] Baublatt. (2011, April) http://www.baublatt.ch. [Online].
http://www.baublatt.ch/kreiselerfurt
[124] Rens L., "Beton in trajnostna gradnja, Betonska vozišča; A smart and
sustainable solution," Zdruţenje za beton Slovenije, Ljubljana, 2013.
[125] UN. (2013) http://www.un.org. [Online].
http://www.un.org/en/development/desa/policy/wess/wess_current/wess2013/C
hapter3.pdf
[126] LSE Cities Burdett R. (2015, November) https://www.theguardian.com/.
[Online]. https://www.theguardian.com/cities/2015/nov/23/cities-in-numbers-
how-patterns-of-urban-growth-change-the-world
[127] Plut D. (2016, Julij) http://www2.uirs.si/. [Online].
http://www2.uirs.si/Portals/_default/predavanja/071120_UI_predavanje_Dusan_
Plut_Mesta_in_sonaravni_razvoj.pdf
[128] Powell R., Aydin D. Riffat S. (2016, Februar)
https://futurecitiesenviro.springeropen.com. [Online].
https://futurecitiesenviro.springeropen.com/articles/10.1186/s40984-016-0014-2
[129] Zdruţeni narodi- Komisija za trajnostni razvoj. (1992)
https://sustainabledevelopment.un.org/. [Online].
https://sustainabledevelopment.un.org/topics/sustainablecities
[130] Hawley K. (2014, November) http://m.scidev.net/. [Online].
http://m.scidev.net/global/cities/feature/transforming-cities-sustainability-facts-
figures.html
[131] Lazarus M. MendlerS., The HOK Guidebook to Sustainable Design, 2nd ed.
New Jersey, ZDA: John Wiley & Sons, 2006.
[132] Hayes D. (2016) http://www.denishayes.com/. [Online].
http://www.denishayes.com/
[133] Living Building Challenge. (2015) https://living-future.org. [Online].
https://living-future.org/sites/default/files/15-
1215%20Living%20Building%20Challenge%203_0_forweb.pdf
[134] Evropska komisija. (2015) http://ec.europa.eu. [Online].
http://ec.europa.eu/environment/europeangreencapital/winning-cities/previous-
finalists/frankfurt/
[135] The Global Tall Building Database of the CTBUH. (2016, September)
http://skyscrapercenter.com. [Online].
http://skyscrapercenter.com/city/frankfurt-am-main
[136] Wikipedia. (2013, Junij) https://upload.wikimedia.org. [Online].
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/ff/Frankfurt_Skyline_Pano.
S%C3%BCdwest.20130618.jpg
[137] Carver M., Gerometta M. Gabel J., "The Skyscraper Surge Continues in
2015,The “Year of 100 Supertalls”," CTBUH- Council on Tall Buildings and
Urban Habitat, ZDA, CTBUH Year in Review 2015.
[138] OVG Real Estate. (2016) http://www.breeam.com. [Online].
http://www.breeam.com/index.jsp?id=804
[139] Wikipedia. (2015) https://en.wikipedia.org/. [Online].
https://en.wikipedia.org/wiki/Metropolitan_Area_Outer_Underground_Discharg
e_Channel
[140] Mimram M. (2014, Oktober) http://inhabitat.com/. [Online].
http://inhabitat.com/marc-mimram-designs-ultralight-garden-tgv-station-for-
montpellier/
[141] Grabelsky M. (2015) http://www.condopedia.com/. [Online].
http://www.condopedia.com/wiki/432_Park_Avenue
[142] A. Kamm. (2016, April) http://www.the-romans.co.uk/. [Online].
http://www.the-romans.co.uk/g6/26.pantheon.jpg
[143] Boeri Studio. (2014) http://www.archdaily.com/. [Online].
http://www.archdaily.com/777498/bosco-verticale-stefano-boeri-architetti
[144] Circular Ecology Ltd. (2015) http://www.circularecology.com. [Online].
http://www.circularecology.com/carbon-footprint-v-embodied-carbon.html
[145] Glouannec P., Chauvelon P. Colinart T., "Constructioj and buildin
materials.Infleunce of the setting process and the formulation on the drying of
hemp concrete.," vol. 30, pp. 372–380, Maj 2012.
[146] Ferreira R.M. Camões A. (2010) Technological evolution of concrete: from
ancient times to ultrahigh-performance concrete. [Online].
http://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/17654/1/ICSA2010_AC%2
6RMF_final.pdf
[147] Polanec V., Ravnanje z odpadki v ovčini Videm, Diplomsko delo. Ljubljana,
Slovenija: Univerza v Ljubljani, 2009.
[148] Cheung W.M. Tait M. W., "A comparative cradle-to-gate life cycle assessment
of three," Life cycle sustainability assesment, vol. 21, pp. 847–860, Februar
2016.
[149] Witkowski H., "Sustainability of self-compacting concrete," ACEE, no. 1, pp.
83-88, November 2014.
[150] Bentz D., Nilsson L-O. Persson B., "Self-desiccation and its importance in
concrete technology," Lund Institute of Technology, Lund university, Lund,
TVBM-3126, 2005.
UNIVERZA V MARIBORU
____________________________
IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI
OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV Ime in priimek diplomanta-tke: ANICA KOSMAČ Vpisna številka: 29011287
Študijski program: GING GRADBENIŠTVO Naslov diplomskega dela: TRAJNOSTNI RAZVOJ IN RAZVOJ TRAJNOSTNIH BETONOV Mentor: doc. dr. MILAN KUHTA, prof. dr. GREGOR RADONJIČ Somentor: mag. ANDREJ SOPOTNIK Podpisani-a ANICA KOSMAČ izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Diplomsko delo sem izdelal-a sam-a ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru. Tiskana verzija diplomskega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. _____________________________________________________________________________ Zaključno delo zaradi zagotavljanja konkurenčne prednosti, varstva industrijske lastnine ali tajnosti podatkov naročnika: ne sme biti javno dostopno do __________________ (datum odloga javne objave ne sme biti daljši kot 3 leta od zagovora dela). ____________________________________________________________________________ Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum diplomiranja, naslov diplomskega dela) na spletnih straneh in v publikacijah UM.
Datum in kraj: 15.9.2016 Podpis diplomanta-tke:
Podpis mentorja _________________________ (samo v primeru, če delo ne me biti javno dostopno): Podpis odgovorne osebe naročnika in žig: _______________________________________ (samo v primeru, če delo ne me biti javno dostopno)