Проблемы экологии предприятий по производству строительных смесей. Экологические проблемы, связанные с производством строительных материалов и пути их решения

В последнее время возрастают требования к экологичности жилья. Высокие экологические свойства зданий позволяют продавать жилье быстрее и по более высоким ценам. Какие строения можно считать экологичными? Какие строительные материалы используются при их сооружении? Как повысить экологичность существующих стройматериалов?

Международный экологический стандарт

Термин "экология" в буквальном переводе означает "наука о доме". Значение производного от него прилагательного "экологичный" формально определить пока еще никто не смог, хотя все на интуитивном уровне понимают, что оно обозначает. То же самое происходит с понятием "экологичный дом". Каждый хотел бы жить в таком доме, но, опять-таки, коротко и ясно определить, что это, ни у кого не получается. Существует лишь набор свойств, которыми экологичный дом должен.

Чтобы построить экологичный (в последние годы этот термин все чаще заменяют на "зеленый") дом, необходимы экологичные строительные материалы. И опять-таки вместо четкого определения таких материалов их обычно характеризуют неким набором свойств, совокупность которых была определена сообществом специалистов и сформулирована в виде требований международного стандарта EcoMaterial 1.0/2009 "Система сертификации экологически безопасных материалов". Если свойства строительного материала соответствуют требованиям стандарта, то материал может получить право называться экологичным и на него можно наносить знак стандарта EcoMaterial . Разумеется, для получения такого права материал должен быть изучен независимой организацией EcoStandardgroup. Ее эксперты рассматривают радиологическую, электромагнитную безопасность материала, тестируют выделения вредных веществ при его эксплуатации, принимают во внимание возможность использования отходов для изготовления материала и многое другое.

В целом эксперты оценивают материал по 23 критериям, которые разделены на три блока:

Безопасность материала для здоровья человека;

Влияние материала в течение всего его жизненного цикла (от производства до утилизации) на окружающую среду;

Экологическая ответственность производителя материала, под которой понимают проводимые им мероприятия по охране окружающей среды.

Экологичность материала эксперты оценивают в баллах. Необходимый минимум для признания материала экологичным - 85 баллов.

В России первой "звания" EcoMaterial удостоена теплоизоляция ROCKWOOL, которой присвоено 137 баллов. Вслед за ROCKWOOL стандарт EcoMaterial получил теплоизолятор из штапельного стекловолокна URSA GLASSWOOL. А теплозвукоизоляционный материал URSA Pure One удостоен высшей оценки - ему выдан сертификат EcoMaterial Absolut. (При производстве Pure One не используются фенолформальдегидные связующие, он приятен на ощупь (как хлопок), не колется, практически не пылит.) Научный центр здоровья детей Российской академии медицинских наук (РАМН) рекомендует Pure One для использования при строительстве и реконструкции дошкольных, общеобразовательных и лечебно-профилактических учреждений. Пока это единственный изоляционный материал на основе минерального волокна, получивший столь высокую оценку экологичности в РАМН.

Примечание. В России существует немало строительных материалов, достойных знака EcoMaterial. Просто изготовители еще не успели представить их в EcoStandard.

Экологический ряд стройматериалов

Какие материалы в принципе могут быть признаны экологичными? Для оценки экологичности обычно используются следующие критерии:

1) экологичность сырья, то есть отсутствие в нем радиоактивных частиц, ядовитых веществ, вредных микроорганизмов;

2) воспроизводимость сырья в природе;

3) энергетические затраты на превращение сырья в готовый строительный материал (кирпич, блок, пакет, деревянную доску, брус и т.п.);

4) влияние здания, построенного с использованием этого материала, на условия обитания в нем;

5) долговечность материала, его способность противостоять разрушению под воздействием атмосферных факторов, микроорганизмов;

6) возможность рециклинга, то есть использования после сноса строения.

Основное влияние на экологичность жилища (термин, понимаемый на интуитивном уровне, но еще не определенный) оказывают ограждения - стены, потолок, пол. В наибольшей степени влияют на экологичность стены, поэтому рассмотрим в первую очередь экологичность тех строительных материалов, которые используются ныне для их возведения.

В настоящее время международным сообществом специалистов составлен так называемый ряд экологичности стеновых строительных материалов: на первом месте в этом ряду находится наиболее экологичный материал, на втором - менее экологичный и т.д. по убывающей.

Древнейшие стройматериалы - лидеры экологичности

Как это ни покажется необычным, странным, неприемлемым, на первом месте в ряду экологичности стеновых материалов находится... пшеничная солома . Более того, выращивать некоторые сорта пшеницы начали в первую очередь не ради зерна, а для получения стебля.

В России тоже началось "соломенное" строительство. Так, московское ООО "Середа" строит соломенные дома, организует обучающие семинары.

На втором месте в экологическом ряду стоит сырая (необожженная) глина . В жилищах, стены которых сооружали из этого материала, когда-то проживала большая часть населения Земли, в настоящее время живет не менее четверти. И, что самое интересное, доля глиняных домов в последние годы начала расти, в первую очередь - в наиболее развитых странах.

Примечание. В развитых странах быстро увеличивается строительство жилья из соломы и необожженной глины. Очевидно, скоро мода на такие дома придет и в Россию.

Недавно были проведены исследования влияния глиняного жилища на здоровье. Достоверно установлено, что даже получасовое пребывание человека в "глиняной" комнате приводит к улучшению его самочувствия. Учитывая это, а также дешевизну глины, в настоящее время во многих, причем отнюдь не самых бедных, странах (Англия, Германия) начинает развиваться глиняное домостроение. А в столице Австрии Вене из глины построено семиэтажное (!) здание.

На третьем месте в экологическом ряду стоит древесина. Экологичность жилищ из нее не требует комментариев. Однако древесина даже для нашей, отнюдь не безлесной, страны - весьма дорогой строительный материал, так что в деревянных домах пожить удается далеко не всем россиянам.

Стремление жить в домах, хотя бы приближающихся по экологичности к деревянным, побуждает использовать для производства стеновых материалов древесину в виде отходов - опилок, стружки, дробленки. В этих целях созданы арболит (в буквальном переводе с французско-греческого "деревянный камень"), получаемый из смеси дробленки с портландцементом, ксилолит (тоже "дерево-камень" в буквальном переводе с греческого), получаемый из смеси опилок, другой тонкодисперсной древесины и магнезиального цемента.

Гипсовые строительные материалы

На четвертом месте в экологическом ряду стоит гипс . В природе он находится в виде мощных отложений, встречающихся во многих странах. Из этих отложений можно вырезать кирпичи, блоки, превращая таким экономным способом природное сырье в стеновой строительный материал, готовый к употреблению. Однако гипсовые отложения, как правило, имеют много трещин, вырезать из них кирпичи без изъянов не удается.

Поэтому гипс используется как сырье для строительных материалов: его куски в специальных устройствах, называемых гипсоварочными котлами, нагревают до 180 - 200 град. Цельсия. При такой температуре три четверти воды, содержащейся в минерале, испаряются, а образовавшийся продукт, будучи смолотым, приобретает способность при обычной температуре вступать в реакцию с водой и становиться вяжущим, то есть образовывать подвижную вначале массу, называемую тестом, самопроизвольно превращающуюся в твердое тело. Из гипсового теста можно делать и кирпичи для стен, и штукатурку, и другие изделия, причем самых разнообразных форм.

Пористая структура гипсового камня способствует его ускоренному высыханию, что позволяет сократить время стабилизации температурно-влажностного режима во вновь построенных зданиях. Равновесная влажность гипсовых штукатурных растворов при 20 град. Цельсия и относительной влажности воздуха 50% равна 4 - 10%, тогда как цементных штукатурок - более 15%.

Гипсовые материалы создают благоприятный для организма человека климат. К тому же они не горят и поэтому используются в качестве противопожарных преград. Экологичность конечного продукта и меньшие энергетические затраты привели к тому, что в развитых странах количество гипса, производимого в расчете на одного жителя, составляет около 60 кг, в России - 13 кг. В нашей стране чаще используется портландцемент - крайне антиэкологичный вяжущий. Многие элементы жилого дома, которые можно было бы изготавливать из гипса, производят из железобетона. Примерами служат ненесущие комнатные перегородки, стяжки для выравнивания межэтажных перекрытий, штукатурка.

Более того, даже стены малоэтажных зданий можно воздвигать не из железобетона или кирпича, а из гипса. Доказательством этого могут служить трехэтажные дома в г. Октябрьском (Башкортостан), построенные накануне Великой Отечественной войны для нефтяников. Они успешно эксплуатируются до сих пор.

В нашей стране с середины прошлого века объемы использования гипса замерли на низком уровне из-за плохого качества выпускаемой на его основе продукции, а также из-за развития крупнопанельного домостроения, основанного на портландцементе.

Около 20 лет назад в Россию "пришла" немецкая промышленная группа "Кнауф", построившая несколько заводов, на которых из российского природного гипса начала изготавливать широкую номенклатуру гипсовых изделий великолепного качества. И производство гипсовых стройматериалов в России стало прирастать довольно высокими темпами: если в 2000 г. потребление гипса составляло около 2 млн т, то уже в 2007 г. оно выросло до 4,5 млн т.

Примечание. В настоящее время объемы производства строительных материалов из гипса быстро увеличиваются. Только с 2000 по 2007 г. объемы добычи гипса в России выросли более чем вдвое.

"Кнауф" впервые в России начала производство гипсовых сухих строительных смесей - материалов, которыми завершают процесс отделки поверхностей, придают им законченный вид. Новыми для России строительными материалами стали и гипсоволокнистые плиты - изделия, получаемые из смеси гипса с измельченной макулатурой. Эти плиты - великолепный материал для отделки потолков, стен. Пригодны они и в конструкциях пола в качестве подосновы линолеума , ковровых покрытий.

Сегодня "Кнауф" изготавливает в России широкий спектр строительных материалов из гипса - пазогребневые плиты, гипсокартонные листы, разнообразные строительные смеси, огнезащитные плиты "Кнауф - Файерборд" и многое другое. Появились у группы "Кнауф" и российские конкуренты.

Гипс использовали бы еще в больших объемах, если бы был устранен его основной недостаток - низкая водостойкость. Поэтому во всем мире, в том числе и в России, проводятся исследования, направленные на повышение водостойкости гипса, и уже предложено немало способов достижения этого, однако большая часть их почти не реализуется.

Наиболее простым на сегодня способом повышения водостойкости гипсовых изделий является их обработка гидрофобизаторами - веществами, снижающими как их смачиваемость водой, так и впитываемость воды. Такими гидрофобизаторами являются "Пента-811", "Пента-814", "Софэксил 40", "Софэксил - Защита М", "Протекс - Гидро" и ряд других.

Российские ученые создали так называемые композиционные гипсовые вяжущие низкой водопотребности. Они представляют собой смеси гипсового вяжущего с гидравлическим компонентом. Этот компонент получают совместной активацией (тонким измельчением) портландцемента, аморфного кремнезема и суперпластификатора С-3. Назвали его органоминеральным модификатором.

Гипсовые изделия, полученные из обыкновенного строительного гипса с добавлением такого модификатора, пригодны для эксплуатации в открытой атмосфере. Производит модификатор ООО "Эволит" (г. Москва). А компания "Петромикс" (г. Санкт-Петербург) начала производство самонивелирующегося ровнителя "Петромикс ГПС" для пола. Это сухая смесь, состоящая из высокопрочного альфа-гипса марки Г-16, микрокремнезема и гидрофобизатора. Пол, выполненный из такой смеси, столь же прочен, сколь и бетонный, но дешевле и, разумеется, экологичнее. Он может выдерживать без разрушения заливание водой в течение четырех часов.

Инновационные строительные материалы под названиями "Ротгипс - МП", "Ротгипс - МШ", "Ротгипс - Плюс" разработало ООО "Прикамская инновационная компания". Эти материалы обладают высокими скоростью твердения, прочностью, устойчивостью к агрессивной атмосфере. Предназначаются они для изготовления гипсовых изделий, с помощью которых можно придавать выразительность фасадам зданий, ремонтировать их.

Кирпич и известь экологически приемлемы

Кирпич керамический (глиняный) в экологическом ряду ставят на пятое место. В виде готового изделия этот материал экологичен, но для того, чтобы его произвести, необходимо исходное сырье (глину) нагреть до температуры около 1000 град. Цельсия и выдержать при ней несколько часов. Подобная технология никак не может быть признана экологичной, потому что для ее реализации требуется много топлива, при сжигании которого образуются большие количества оксидов азота, серы, углерода, сажистых веществ, золы, шлака. Также следует отметить, что запасы глин, которые пригодны для получения кирпича, вблизи заводов, как правило, выработаны, поэтому нередко приходится завозить их за сотни километров, что отнюдь не добавляет экологичности глиняному кирпичу.

Однако есть и способы повышения экологичности данного материала. Один из них - добавление к глине так называемых флюсов (плавней), которые понижают температуру ее спекания. Уже найден плавень, который уменьшает эту температуру почти на 300 град. Цельсия.

Другой способ - биотехнологический. Еще в Советском Союзе ленинградский ученый, профессор Е.В. Виноградов обнаружил, что силикатные бактерии (есть в природе и такие) способны поедать кварцевые примеси в глине, превращая ее из тощей в жирную.

Ради того чтобы снизить теплопроводность, изготавливают кирпич с пустотами внутри. Такой кирпич называют пустотным или пустотелым. А недавно научились делать из глины стеновые материалы, названные "теплой керамикой". Ее в России начали производить в виде блоков большого формата - до 14 НФ (1 НФ - это нормативный формат стандартного кирпича размером 250x120x65 мм) под фирменным названием POROTHERM.

Теплопроводность POROTHERM - 0,13 - 0,21 Вт/мК (сопоставимые показатели у древесины) достигается за счет образования оптимальных по форме многочисленных вертикальных пустот, причем объем каждой из них значительно меньше, чем в традиционном пустотном кирпиче. (Известно, что воздух тем лучше сохраняет теплоту, чем меньше объем замкнутого пространства, в котором он заключен. Лучше всего воздух удерживает теплоту в ячейках, диаметр которых близок к длине свободного пробега молекул.) Общий же объем пустот достигает 53%, что намного выше, чем у пустотелого кирпича.

Второй фактор, обеспечивающий высокие теплоизоляционные свойства POROTHERM, заключается в том, что структура его керамических стенок пористая. Это достигается добавлением в исходное глиняное сырье так называемых выгорающих добавок - мелких частиц древесины, пенополистирола, макулатуры. При обжиге они сгорают, образуя внутри керамического тела микропоры.

Кирпич силикатный получают, выдерживая в автоклавах при температуре около 180 град. Цельсия в течение 10 - 12 часов "прекирпичи" - заготовки, получаемые прессованием смеси, состоящей из кварцевого песка (90%), гашеной извести (8%) и воды (2%). Совокупный расход энергии на производство силикатного кирпича значительно ниже, чем на получение кирпича глиняного, а конечный продукт столь же экологичен.

Однако до сих пор в России керамического кирпича производится больше, чем силикатного. Главные недостатки силикатного кирпича - он менее водостоек и может разрушаться при интенсивных пожарах. Однако гидрофобизирование позволяет сделать силикатный кирпич более водостойким, а специальные противопожарные мероприятия - огнестойким.

На шестое место по экологичности ставят известь . Под таким обобщающим названием понимают в настоящее время несколько близких по химическому составу вяжущих веществ, основные из которых - известь негашеная и известь гашеная. Их химический состав может быть отображен формулами CaO и Ca(OH)соответственно. Известь негашеную получают обжигом известняка - горной породы, основным компонентом которой является кальцит. Его химический состав может бытьотображен формулой СаСО.

В качестве вяжущего используют гашеную известь. Ее получают, смешивая негашеную известь с водой. Ныне известь применяется для производства силикатного кирпича, газосиликата. А еще 200 лет назад, до появления портландцемента, гашеная известь была основным вяжущим веществом, использовавшимся для возведения каменных и кирпичных сооружений различного назначения, и вяжущим великолепным. До наших дней дошел не только "водопровод, сработанный еще рабами Рима", но и стены крепостных сооружений, мосты, дворцы многовековой давности.

Примечание. Распространенное предубеждение относительно низкой экологичности силикатного кирпича ошибочно. По экологическим свойствам силикатный и керамический кирпичи практически не отличаются друг от друга.

Одним из свидетельств экологичности извести являются новгородские храмы, построенные еще в те времена, когда портландцемента не было. Эти сооружения удивляют посетителей тем, что в них легко дышится: при их сооружении в качестве кладочных и штукатурных использовались известково-песчаные растворы. Они обладают высокой воздухо- и паропроницаемостью, в них не поселяются микроорганизмы.

Методы повышения экологичности бетона

Основной материал, из которого в настоящее время строят как промышленные предприятия, мосты, гидротехнические сооружения, так и жилые дома, - это железобетон. Обеспечивая строениям высокую прочность, железобетон как стеновой материал для жилищ не выдерживает критики с позиции экологов. По экологичности бетон и железобетон находятся лишь на седьмом месте в экологическом ряду стройматериалов. Экологичность железобетонных жилищ весьма точно характеризует выдержка из одного документа Организации Объединенных Наций: "Тюрьма - это место лишения свободы, а не здоровья. Поэтому камеры для заключенных из железобетона строить не рекомендуется". Кроме того, производство портландцемента (вяжущего для бетона) ужасающе энергоемко, сопровождается выбросом в атмосферу громадных количеств теплоты, углекислого газа, токсичных оксидов азота, серы.

Бетон отнюдь не вечен: изделия, изготовленные из него, постепенно разрушаются под влиянием агрессивной атмосферы и осадков. Наряду с этим многие бетонные сооружения, например знаменитые "хрущевки", морально устарели. Их сносят, возникают отходы - бетонолом (в странах ЕС, к примеру, ежегодно образуется по 0,9 т бетонолома на одного жителя). Поэтому в настоящее время очень важной проблемой является утилизация отходов бетона. Наиболее эффективным ее направлением считается рециклинг, то есть использование бетонолома для изготовления новых бетонных изделий.

Рециклинг прежде всего позволяет заменять в свежем бетоне инертные заполнители - песок и щебень, для добычи которых нужны карьеры - "язвы в теле Земли". Бетонолом дает возможность экономить и некоторое количество цемента, потому что в бетонном изделии, даже старом, часть цементных зерен с водой так и не прореагировала. При переработке бетонолома его подвергают дроблению, в процессе которого цементные зерна могут быть разрушены с обнажением их непрореагировавшей части. Поэтому неспроста бетон, приготавливаемый с использованием бетонолома, назвали "зеленым". Называют его и биопозитивным. Во многих странах рециклинг бетона начали стимулировать материально.

В настоящее время изыскиваются способы повышения экологичности железобетона . Основное направление здесь - поиск методов снижения доли портландцемента, необходимого для производства изделия, поскольку именно он вносит наибольший антиэкологический "вклад".

Один из способов - использование химических добавок - веществ, которые при введении их в исходные цементные смеси повышают прочность бетонных изделий. А если повышения прочности не требуется, то химические добавки позволяют снизить расход цемента, что приводит к повышению экологичности изделия.

Второй способ, который начал активно развиваться в последние годы, - введение в цементные смеси химических веществ, названных наномодификаторами . Их, в отличие от традиционных химических добавок, надо вводить в ничтожно малых (десятые и даже сотые доли процента) количествах. Поэтому их называют еще нанодобавками.

Третий способ - армирование бетона не стальной прутковой арматурой, а тонкими волокнами - углеродными, полипропиленовыми, полиамидными, базальтовыми. Равномерное диспергирование таких волокон в исходных цементных смесях, называемое дисперсным армированием, позволяет заметно повысить прочность бетонных изделий. А количество волокон, необходимых для того, чтобы повысить прочность, невелико. Бетоны, армированные такими волокнами, экологичнее железобетона и вследствие меньшего расхода портландцемента, и потому, что в них нет стальной арматуры.

Четвертый способ - снижение расхода цемента за счет введения в исходную смесь заполнителей , которые займут большую долю объема в изделии, оставив для цементной матрицы меньший объем (а следовательно, и массу).

В настоящее время наиболее эффективным из таких заполнителей является пенополистирол, используемый в виде гранул диаметром 2 - 5 мм. Бетон с такими гранулами назван полистиролбетоном и в настоящее время становится одним из самых востребованных стеновых материалов, поскольку он легок, имеет хорошие теплоизоляционные свойства и достаточную прочность. Гранулы пенополистирола в нем защищены от возможного пожара негорючей матрицей, по этой же причине не разрушаются и от солнечного света. Из него можно изготавливать блоки, применим он и для монолитного строительства.

Полистиролбетон оказался настолько эффективным строительным материалом, что группе московских специалистов в 2010 г. была присуждена премия Правительства РФ в области науки и техники "За создание композиционных полистиролов нового поколения при массовом строительстве энергоэффективных зданий". Отечественный полистиролбетон, разработанный лауреатами этой премии, оказался более дешевым, чем австрийский аналог - "Аустроплан".

Пятый способ - магнитная обработка воды затворения. Наверное, основным недостатком обычного портландцемента является то, что его зерна вступают в реакцию с водой лишь на треть их объема, а две трети остаются инертным заполнителем. Поэтому долгое время ведутся поиски способов повышения глубины взаимодействия воды с цементом, то есть более полного протекания химической реакции между данными веществами. Давно уже было установлено положительное влияние на эту реакцию магнитного поля. До недавнего времени поле должной интенсивности можно было создавать лишь с помощью электромагнитов. Их использование усложняло технологию изготовления бетонных изделий, не всегда обеспечивало воспроизводимость результатов, требовало квалифицированного обслуживающего персонала, расхода электроэнергии, поэтому не получило всеобщего признания.

К настоящему времени в нашей стране освоено производство суперсильных постоянных магнитов, поэтому отпала необходимость в электроэнергии, специальном персонале. Выявлены и причины, по которым не возникает эффект омагничивания. Поэтому сейчас сложилась благоприятная ситуация для широкого внедрения данного способа повышения экологичности бетонного производства.

Часто заказывая ремонт у себя дома или в офисе, мы думаем о том, как долго он нам будет служить, не сделают ли брака строители, будет ли гармоничен дизайн. И очень редко мы задаемся вопросом, а как скажется на здоровье использование тех или иных строительно-отделочных материалов в производстве ремонта или отделки? Они модно выглядят и легко чистятся, но при этом подрывают наше здоровье. Причем иногда они делают это незаметно. Некоторые синтетические материалы выделяют в окружающее пространство пары, состоящие из различных химических веществ: фенола, формальдегида, толуола, бензола и тому подобных, способствующих возникновению целого букета хронических заболеваний.

Сложилось так, что в нашей стране строители редко задумываются о том, откуда тот или иной материал и о том, как он сказывается на здоровье человека. Большинство строительных организаций не ведут экологический менеджмент применительно к строительно-монтажным работам ГОСТ Р ИСО 14001-98 (ISO 14001), некоторые о таковых стандартах даже и не знают.

Экологически безопасные материалы, конечно, стоят дороже! Поэтому возникает ситуация, что строители гонятся за дешевым и зачастую некачественным с точки зрения экологии материалам. Такие материалы строители вынуждены применять на муниципальных стройках, так как чиновники обычно следуют распространенным принципом «чем дешевле, тем лучше для государства» проводя конкурсы, торги и аукционы на выполнение строительно-ремонтных работ не учитывают то, какими материалами будут выполняться работы. А это значит, что в школах, детских садах, больницах используются материалы, о которых пойдет речь ниже.

С экологической точки зрения стройматериалы можно разделить на гармоничные и негармоничные. Негармоничными называют те материалы, присутствие которых оказывает негативное влияние на человека, а иногда наносит прямой вред здоровью. Гармоничными материалами можно считать те, которые широко распространены в природе. Прослеживается стойкая закономерность между распространенностью материала и его вредностью и токсичностью. Например: вода, земля (грунт) не токсичны, а такие сравнительно редкие элементы, как свинец, ртуть, кадмий, очень опасны для живых организмов. Согласно этой закономерности, для строительства жилища лучше применять сырье и материалы, имеющие широкое распространение. В мягком влажном климате в лесистых районах наилучшим материалом является, конечно, древесина. В жарких сухих районах — грунт и глина, в холодных горных областях наиболее распространенный стройматериал — камень. До сверхразвития промышленности строители, естественно, выбирали широко распространенные, гармоничные материалы. Технология развития сильно расширила номенклатуру материалов и конструкций. Индустриальный подход к строительству привел к широкому распространению дорогих и искусственных строительных материалов. Теперь редко кто обращается к традиционным материалам, если есть возможность использовать современные. Однако все-таки стоит учитывать не только эстетическую и практическую сторону, надо обратить внимание на экологическую безопасность материала. Портландцемент на первый взгляд кажется идеальным стройматериалом. Застывший бетон получается чрезвычайно крепким, прочным, плотным, тяжелым материалом, который лучше не применять для стен и перекрытий индивидуального дома. Схватившийся цементный раствор не дышит, не пропускает электроволны атмосферы, отклоняет или усиливает электромагнитные волны.

Железобетон (армированный металлом бетон) обладает еще более нежелательными для жилища характеристиками. Стрежни и сетки арматуры ж/б постройки экранируют электромагнитное излучение. Ж/б «давит» на человека, в таких сооружениях люди быстрее устают. Отчасти это может быть связано и с тем, что в процессе обжига цемент усваивает ядовитые вещества, а заполнителем тяжелых бетонов служат горные породы с повышенным уровнем радиации, конструкции перестают пропускать воздух и в помещении устанавливается дискомфортный микроклимат.

Заполнитель бетонной смеси существенно влияет на ее экологические характеристики. Тяжелый гранитный щебень, лавовые породы, обладающие высокой плотностью, помимо высокой естественной радиации, не имеют пор, не дышат, что (как было сказано выше) нежелательно для стеновых конструкций).

Синтетические материалы и пластики находят все большее применение в жилищном строительстве, однако в своем большинстве не являются экологически чистыми материалами. Применение металла в индивидуальном строительстве следует свести к минимуму, поскольку конструкции из металла искривляют естественный магнитный фон и космическое излучение.

Металлосодержащие краски — классический пример опасного строительного материала. По мере высыхания растворителя частицы красочного слоя попадают в воздух помещения, оседая на предметы, продукты питания и др. В 60-х годах были зафиксированы случаи отравления детей, игрушки которых были покрыты красками, содержащими ртуть и свинец. Переход к краскам на алкидной основе снимает проблемы тяжелых металлов, но возникает вопрос об экологичности других химических добавок.

Синтетические краски при высыхании издают резкий запах. Высыхание происходит не только в первые часы и дни, но и в течение ряда лет. Например, одно из составляющих современных красок — поливинилхлорид — разлагается при нормальной комнатной температуре при соприкосновении с воздухом и, особенно при солнечном свете. В воздух испаряется гидрохлорид, который, попадая в дыхательные пути, создает кислотную среду. Поливинилхлорид легко проникает через кожные покровы и оказывает вредное воздействие на кровь и печень. Виниловые плитки и линолеумы испускают в воздух токсичные газы, поскольку в процессе испарения на поверхности оказываются, все время новые слои материала. Пенополиуретан — прекрасный теплоизоляционный материал, но оказывается, что его воздействие на кожу и глаза (при прикосновении или попадании пыли) вызывает не просто раздражение. При вдыхании частички этого материала вступают в соединение с протеином в легких и со временем изменяют его структуру, в результате развивается эмфизема легких. Поливинильные покрытия пола и стен, синтетические краски являются материалами, опасными для здоровья и окружающей среды, их применение в жилище должно быть ограничено.

Сухая штукатурка и клееная древесина интенсивно насыщены синтетическими клеевыми соединениями. Полимеры используются для усиления их водостойкости и в качестве клея. При производстве пластмассы в материале остаются и постепенно улетучиваются формальдегидные, фенольные и др. химические соединения, которые оказывают неблагоприятное воздействие на дыхательную, кровяную и иммунную систему человека, находящегося в помещении, отделанном синтетическими материалами. Статическое электричество, накапливаемое на пластиковых поверхностях, не только влияет на сердечную и нервную деятельность, но и усиливает проникновение токсичных синтетических соединений и их накопление в виде пыли. Пыль становится убежищем для микробов. Синтетические пластмассовые покрытия способствуют возникновению легочных заболеваний (в частности, электрич. пневмонии). Весной, при высокой влажности, человек, идущий по синтетическому полу, может генерировать электрический заряд в тысячи вольт на 1 м3.

Следует очень осторожно относиться к выбору синтетических материалов для жилища. Пластик на кухне облегчает уборку, но портится от жара, кислот и механических повреждений. Стеновые материалы не поддаются гниению и насекомым, но испускают неприятные газы при нагреве. В целом, следует стремиться к использованию органичных, экологически безвредных материалов природного происхождения.

К сожалению, информации об экологии строительных и отделочных материалов очень мало. Кроме того, мы ведь хотим сделать ремонт быстро и дешево, а производители и продавцы - продать много и дорого, забывая рассказать о возможных негативных проявлениях, показывают товар только с хорошей стороны. Конечно, все отделочные материалы имеют экологический сертификат. Но дело в том, что нормы указываются для одного вида мебели или отделочного материала. В комнате же их набирается добрый десяток. И аккумулирующее воздействие мельчайших частичек токсичных веществ от мебели и разнообразных отделочных материалов подсчитать практически невозможно и никакими гигиеническими нормами регламентировать нельзя. Вот и получается, что каждый в отдельности рулон обоев или линолеума имеет законный сертификат, а вместе они создадут такую атмосферу, которая отрицательным образом влияет на здоровье. Разумеется, не все современные строительные и отделочные материалы опасны. Просто необходимо знать, где и какие из них можно использовать, чтобы свести к минимуму возможные проблемы.

Опасность №1. Формальдегид
Газ формальдегид - самое токсичное соединение, которое выделяется из отделочных материалов.

Причина: Формальдегид содержится в смоле, используемой при изготовлении древесно-стружечных плит (ДСП), древесно-волокнистых плит (ДВП), фанеры (ФРП), мастик, пластификаторов, шпатлевок и смазок для стальных форм.

Возможные последствия: Формальдегид раздражает слизистые оболочки и кожу, обладает канцерогенной активностью. Длительное вдыхание паров формальдегида, особенно в теплое время года, может провоцировать развитие различных кожных заболеваний, ухудшение зрения и болезни органов дыхания.

Альтернатива: При использовании в детской комнате панелей из ДСП, ДВП, ФРП необходимо обратить внимание на наличие ламинирующего покрытия, которое препятствует выделению формальдегида в окружающую среду. При покупке панелей желательно отдавать предпочтение продукции отечественного производства. Дело в том, что российские предельно допустимые нормы по формальдегиду в 10 раз жестче европейских. Хорошей альтернативой плитам из ДСП, ДВП и ФРП является МДФ. Аббревиатура МДФ представляет собой кальку с английского - MDF - Medium Density Fiberboard (древесно-волокнистая плита средней плотности). При нагревании древесины выделяется лигнин, который и выступает в качестве связующего элемента. Стоит отметить, что при производстве МДФ-панелей не используются вредные для человека смолы, поэтому их можно использовать при отделке любых помещений, в том числе детских комнат. Кроме того, от других отделочных материалов их отличает высокий уровень шумопоглощения, звуко- и теплоизоляции.

Опасность №2. Фенол
Причина: Использование лаков, красок и линолеума приводит к 10-кратному превышению уровня предельно допустимой концентрации фенола. Особенно опасно использование в помещении лаков и красок, предназначенных только для наружных работ, разрешенных к использованию на открытом воздухе.

Возможные последствия: Поражение почек, печени, изменение состава крови.

Альтернатива: Для малярных работ выбирайте лаки и краски на натуральной основе. Из современных материалов хорошую репутацию у гигиенистов, экологов и строителей завоевали алкидные или полиэфирные краски. Они обладают высокой степенью адгезии к металлическим и любым видам поверхностей на минеральной и органической основе (дерево, кирпич, бетон, ДВП, штукатурка). В процессе нанесения и последующей полимеризации такие краски не выделяют ядовитого запаха или высокотоксичных веществ и имеют небольшое по сравнению с масляными красками время высыхания. Также не столь агрессивны к здоровью человека, как органические - водоэмульсионные или, что одно и то же, водно-дисперсные краски. Срок службы таких покрытий определяется в первую очередь качеством связующего вещества. В настоящее время на смену «болтушкам» из ПВА и побелки пришли современные краски, где основными составляющими являются латексные и акриловые сополимеры. Полиакрилатные дисперсии придают необходимую износостойкость и твердость поверхностной пленке, образующейся при высыхании, а наличие латекса сообщает необходимую эластичность системе. А вот класть в детской линолеум нежелательно. Конечно, покрытый линолеумом пол удобен в эксплуатации. Но гораздо безопаснее заменить его ламинатом, паркетной доской или деревянным полом.

Опасность №3. Радиоактивное излучение
Довольно часто в жилых помещениях обнаруживается превышение радиационных норм по РАДОНУ-222 - наиболее опасному для здоровья человека радиоактивному инертному газу.

Причина: Некоторые строительные конструкции могут включать в себя природные материалы с содержанием радионуклидов, намного превышающим действующие нормы радиационной безопасности. Довольно часто при ремонте домов используется смесь бетона и гранитного щебня, которая обладает высоким радиационным фоном. Кроме того, причиной избыточного радиоактивного излучения могут быть некоторые виды распространенных в настоящее время фосфоресцирующих обоев (со светящимися в темноте элементами).

Возможные последствия: Онкологические заболевания, особенно велик риск развития рака легких.

Альтернатива: Смесь бетона и гранитного щебня строители часто используют при восстановлении стен и полов. Это один из наиболее дешевых материалов. Но чтобы потом не расплачиваться за дешевый ремонт здоровьем, для восстановления стен и полов желательно использовать разнообразные шпатлевки, штукатурки и навесные панели. А перед поклейкой обоев и настиланием полов все цементируемые поверхности желательно покрыть тонким слоем шпатлевки, которая снизит возможное радиационное излучение. Также по возможности избавьтесь от плотного арматурного каркаса, который изменяет в помещении уровень естественного радиационного излучения. Что касается обоев, то качественные фосфоресцирующие обои в обязательном порядке проходят проверку на наличие радиационного излучения. Поэтому в крупных специализированных магазинах риск купить обои- «вредители» сведен к минимуму. А вот на различных рынках часто попадаются довольно «опасные» рулоны. Без специальных приборов определить качество и наличие радиационного фона на обоях невозможно. Поэтому для собственной безопасности приобретайте отделочные материалы только в крупных специализированных магазинах.

Опасность №4. Молекулы стирола
Причина: Основным источником выделения стирола являются теплоизоляционные пенопласты, облицовочный пластик, линолеум, а также лаки, краски и клеи. Кроме того, значительно повышает концентрацию стирола в воздухе отделка стен и потолков сухой вагонкой.

Возможные последствия: Раздражение слизистых оболочек, глаз, головная боль, тошнота, спазмы сосудов.

Альтернатива: Для снижения концентрации в воздухе молекул стирола необходима абсолютная пароизоляция стен со стороны помещений. Хорошим способом пароизоляции является использование виниловых обоев. Для обеспечения теплоизоляции используйте только материалы на натуральной основе. Пенопласты использовать в детской не рекомендуется. Также нежелательно устанавливать в комнате, где живет малыш, навесные потолки из пенопластовых и пластиковых панелей. Гораздо безопаснее покрасить потолок краской на водной основе (водоэмульсионной) или оклеить бумажными обоями. Кроме того, старайтесь максимально снизить количество используемого строительного материала. От того, что вы покрасите батарею тремя слоями краски, красоты не прибавится, а концентрация в воздухе молекул стирола значительно увеличится.

Опасность №5. Аэрозоли тяжелых металлов
Суточные концентрации многих металлов внутри помещений значительно превышают содержание их в атмосферном воздухе. Для свинца эта разница составляет 2,3 раза, кадмия - 3,2 раза, хрома - 10%, меди - 29%.

Причина: Некоторые виды обоев и ковровые покрытия аккумулируют в себе огромное количество аэрозолей тяжелых металлов. Кроме того, высоким содержанием тяжелых металлов отличаются бетон, цемент, шпатлевки и другие материалы с добавлением промотходов.

Возможные последствия: Заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек и аллергические реакции.

Альтернатива: Старайтесь хотя бы раз в пять лет производить в комнате косметический ремонт с заменой обоев и плинтусов. Аэрозоли тяжелых металлов обладают неприятным свойством накапливаться с течением времени. Поэтому чем чаще вы будете менять обои и плинтуса, тем чище будет воздух в помещении. Только прежде чем приступить к ремонту, тщательно удалите старые материалы (обои, штукатурку). Некоторые строители предпочитают клеить новые обои поверх старых, объясняя это тем, что так они будут лучше держаться. На самом деле ими движет обыкновенная лень, а не желание сделать качественный ремонт. Качественно подготовленные стены обеспечат не только более чистый воздух в комнате, но и обои на них будут хорошо держаться.

В детской нежелательно класть ковролин под плинтус. У вас всегда должна быть возможность протереть под ним пол.

Опасность №6. ПВХ
ПВХ-продукты изготовлены из поливинилхлорида – опасного яда, способного разрушать нервную систему и вызывать раковые заболевания. Выделение винилхлорида в окружающую среду усиливается даже при небольшом нагреве.

К сожалению, ПВХ – весьма распространенный пластик. Найти его можно везде. В квартире он чаще всего встречается в виде линолеума (исключая некоторые дорогие марки), виниловых обоев, пластиковых оконных рам, пластмассовых игрушек (от кукол до детских зубных колец). Из ПВХ также делают различные виды упаковок, в том числе и для пищевых продуктов: бутылки, пакеты и др.

Покупая что-нибудь из ПВХ, помните:
— Для придания ПВХ эластичности в него зачастую добавляют так называемые пластификаторы – фталаты или эфиры фталатов, попадание которых в организм может вызывать поражения печени и почек, снижение защитных свойств организма, бесплодие, рак. ПВХ может содержать и другие опасные вещества: кадмий, хром, свинец, формальдегид.

— Особенно опасен ПВХ при сжигании. Известно, что при сжигании 1 килограмма ПВХ образуется до 50 миллиграмм диоксинов. Этого вполне достаточно для развития раковых опухолей у 50 000 лабораторных животных.

— Не существует безопасных технологий переработки ПВХ. Он практически не поддается повторному использованию и идет в печи мусоросжигательных заводов (МСЗ) или на свалки. Диоксины, неустанно производящиеся МСЗ, распространяются на сотни и тысячи километров.

— Производство одного окна из ПВХ приводит к образованию около 20 граммов токсичных отходов. А ремонт всей квартиры с использованием материалов, сделанных из ПВХ, влечет за собой образование 1 кг (!) токсичных отходов.

— За один год заводы, производящие ПВХ, выбрасывают в атмосферу несколько тысяч тонн винилхлорида, подвергая опасности здоровье рабочих и жителей близлежащих населенных пунктов.

— При производстве ПВХ также используется хлор, поэтому при его изготовлении и утилизации в окружающую среду выделяется большое количество диоксинов – высокотоксичных веществ, вызывающих раковые заболевания и подрывающих иммунитет.

Как определить товар из ПВХ?
В цивилизованных странах на товар из ПВХ обычно ставят специальную маркировку – цифру ”3” в окружении стрелок. Некоторые производители просто пишут PVC или Vinyl. В России, к сожалению, товары из пластика практически не маркируются. Тем не менее, ПВХ можно отличить по ряду признаков:
при сгибании упаковки на линии изгиба появляется белая полоса;
бутылки из ПВХ имеют синеватый или голубой цвет;
еще одна отличительная особенность тары из ПВХ – шов на донышке бутылки с двумя симметричными наплывами.
Контроль и сертификация.
От экологически опасной и некачественной строительной продукции рядового потребителя может защитить только система гигиенической и экологической сертификации, которая в нашей стране в полной мере начала действовать лишь в последние годы. Сейчас на территории России законодательно запрещено использовать в строительстве материалы, не имеющие специального гигиенического сертификата. В число таких материалов входят облицовочные плиты из природного камня, керамический гранит, шлакобетон, щебень, песок, цемент, кирпич и многие другие.
Гигиеническая оценка продукции включает:
определение возможного неблагоприятного воздействия продукции на здоровье человека;
установление допустимых областей и условий применения продукции;
формирование требований к процессам производства, хранения, транспортировки, применения утилизации продукции, обеспечивающих безопасность для человека.

Гигиенический сертификат выдается службой Государственного санитарно-эпидемиологического надзора.
Приобретая любой строительный или отделочный материал, покупателю стоит поинтересоваться наличием у продавца гигиенического сертификата на товар. Два, на первый взгляд, совершенно одинаковых рулона линолеума или обоев, изготовленных разными производителями с небольшими изменениями в технологии, могут различаться по уровню выделения токсичных веществ в несколько десятков раз. И только компетентные организации в состоянии решить вопрос об их экологической безопасности.

Биопозитивность материалов
Строительные материалы оказывают большое влияние на формирование качества ближней среды жизни. Понятие экологичности строительных материалов шире, чем их экологическая чистота.

К полностью экологичным (биопозитивным) можно отнести строительные материалы из возобновимых природных ресурсов, не оказывающие негативного действия на человека (и даже оказывающих позитивное влияние на здоровье человека), не загрязняющие природную среду при их изготовлении, требующие минимальных затрат энергии в процессе изготовления, полностью рециклируемые или разлагающиеся после выполнения функций подобно материалам живой природы. Всем этим требованиям отвечают очень немногие естественные материалы: дерево (и другие растительные материалы - бамбук, тростник, солома и др.), шерсть, войлок, кожа, пробка, коралловый песок и камни, натуральный шелк и хлопок, натуральная олифа, натуральный каучук, натуральные клеи и др.

Условно экологичными строительными материалами можно считать материалы, полученные из широко представленных в земной коре полезных ископаемых, или почти полностью рециклируемые материалы (следовательно, испытывающие незначительную убыль и к тому же позволяющие экономить до 80…90 % энергии на их производство). К ним относятся изделия из глины, стекла, алюминия. Остальные материалы не являются экологичными, хотя их и используют в строительстве (сюда относятся искусственные материалы на основе пластмасс, изделия, требующие значительных энергозатрат при их изготовлении и пр.).

Под экологичными материалами подразумевают такие материалы, которые удовлетворяют принципам экологичности: при их изготовлении используют возобновимые ресурсы, они поддаются саморазложению после выполнения функций без загрязнения среды; как частично биопозитивные можно рассматривать полностью рециклируемые материалы, изготовленные из широко представленного в земной коре полезного ископаемого (алюминий, кремний). Совершенствование материалов в направлении их биопозитивности будет, видимо, осуществляться как в соответствии с современными направлениями (применение рециклируемых материалов, сокращение материалоемкости, повышение их долговечности и др.), так и в направлении более полного использования природных воспроизводимых материалов, создания новых материалов с заданными свойствами и биоподобных материалов, которые могли бы подпитываться энергией.

К факторам, влияющим на экологическую безопасность жилища человека, относится качество строительных материалов – то, из чего сделан дом. Функциональное назначение жилого здания – удовлетворять потребности человека в жилье. В зависимости от вида материала, из которого изготовлены основные несущие элементы жилых зданий и конструктивного их решения здания объединяют в следующие группы:

Каменные, особо капитальные, стены кирпичные толщиной в 2,5-3,5 кирпича или кирпичные с железобетонным или металлическим каркасом, перекрытия железобетонные и бетонные;
Стены крупноблочные, перекрытия железобетонные;
Стены кирпичные толщиной в 1,5-2,5 кирпича. Перекрытия железобетонные, бетонные или деревянные;
Стены – крупнопанельные, перекрытия железобетонные;
Стены облегчённой кладки из кирпича, монолитного бетона, шлакобетона, перекрытия железобетонные или бетонные;
Стены крупноблочные или облегчённой кладки из кирпича, монолитного бетона, шлакобетона, мелких шлакоблоков, ракушечника, перекрытия деревянные;
Стены и перекрытия смешанные, деревянные рублёные или брусчатые;
Сырцовые, сборно-щитовые, каркасно-засыпные и т.п.

Установлено, что наименее желательны в качестве конструкционного материала металлы, в следующую группу входят бетон, камни с кристаллическими компонентами, стекло, различные пластики, более предпочтительны глиняный кирпич, мягкие камни осадочного происхождения. Наилучшими же считаются материалы биогенного происхождения – дерево, солома и другие растительные материалы, необожженные грунтоблоки и др.

Сейчас в городском строительстве наиболее широко применяются дома из комплекта железобетонных изделий с кирпично-монолитными ограждающими конструкциями, с «широким шагом», с квартирами свободной планировки и повышенной комфортности, улучшенными тепло- и звукоизоляцией, пожаростойкостью и архитектурно-строительными решениями, отвечающими современным требованиям.

Бетон – один из древнейших строительных материалов – является наиболее применяемым строительным материалом современности. Исследования и разработки учёных дают основания полагать, что бетон и железобетон не уступят своих лидирующих позиций и в ближайшем будущем.

Рынок строительных материалов огромен. Постоянно появляются новые материалы и технологии, но часто человек, прежде чем купить тот или иной, не имеет представления о качестве, составе и безопасности для своего здоровья.

К опасным строительным материалам относятся:
фанера, древесностружечные (ДСП), древесноволокнистые плиты (ДВП), производимые с применением фенола, формальдегида и карбамида, декоративные листы и плиты из полимерных композиций;
виниловые и другие типы самоклеющихся обоев (плёнки на синтетической основе – изоплен, девилон, сейнекс, безосновные поливинилхлоридные декоративные плёнки);
сплошные ковровые покрытия из синтетических волокон на клеевой композиции, линолеумы на основе поливинилхлорида, синтетическая плитка;
хлорвиниловые, эпоксидные другие синтетические лаки и краски;
пластиковые окна.

Древесина и ее производные - это наиболее массовый биопозитивный строительный материал, позволяющий получать легкие, прочные, несгораемые, не гниющие конструкции (с помощью специальной обработки). Дерево в период роста является также естественным фильтром для загрязнений, выделяет полезные для человека вещества в воздух, обогащает атмосферу кислородом, а почву гумусом, создает ниши для существования различных животных. Лес, использованный для изготовления строительных материалов, полностью восстанавливается, и природная среда «не замечает» изъятие небольшой части леса. Модифицированная древесина - отличный и достаточно высокопрочный материал, который можно армировать. Стены, выполненные из дерева, «дышат» и обеспечивают внутри помещений благоприятный микроклимат. Поэтому можно считать дерево одним из наиболее перспективных биопозитивных строительных материалов.

Следующие по экологичности - строительные материалы и изделия из глины: обожженные керамические изделия (кирпичи, большеразмерные пустотелые камни для стен и перекрытий, плитка, черепица, необожженные кирпичи из глины в смеси с соломой и леском и др.)- Наименее энергоемкие кирпичи из высушенной глины в смеси с армирующей ее соломой много веков используются при строительстве зданий разной этажности в условиях сухого климата или при надежной защите от увлажнения. Четверть всех жителей Земли живет в домах, построенных из высушенных на солнце глиняных кирпичей, причем эти здания в странах с сухим климатом стоят сотни лет.

Несомненное достоинство этого строительного материала - его полная рециклируемость, причем можно использовать разбираемый материал и в качестве добавки в почву для выращивания растений. Интересно, что двух-трехэтажные жилые дома из высушенной глины успешно эксплуатируются уже много столетий в высокоразвитых странах, например во Франции. Главная проблема обеспечения долговечности таких зданий - защита от увлажнения с помощью надежной кровли и гидроизоляции от грунтовых вод.

Среди невозобновимых материалов можно выделить алюминий и стекло как почти полностью (на 90 %) рециклируемые материалы, к тому же при их повторном изготовлении требуется значительно меньше энергии. Сокращение расхода энергии при производстве биопозитивных строительных материалов - очень важная задача, так как позволяет не только сокращать их стоимость и снижать расход энергоресурсов, но и меньше загрязнять среду. Так, при первичном изготовлении 1 м3 алюминия требуется очень большой расход энергии - 7250 кВт. ч (для сравнения - на получение 1 м3 цемента требуется 1700 кВт. ч, древесноволокнистых плит - 800, кирпича - 500, газобетона - 450, дерева - 180 кВт.ч).

Такой большой расход энергии, казалось бы, делает алюминий неэкологичным материалом, однако, при повторном изготовлении из лома затраты энергии составят около 600 кВт. ч, что позволяет считать алюминий экологичным материалом. Необходимо постепенно ограничивать применение строительных материалов из невозобновимых ресурсов (цемент, сталь, бетон, железобетон, пластмассы и др.), которые к тому же требуют значительных затрат энергии, являются плохо рециклируемыми, не позволяют создавать благоприятный микроклимат в помещениях, существенно загрязняют окружающую среду при изготовлении. Каждый раз при выборе строительного материала нужно сравнивать варианты с учетом экологичности материалов и местного опыта.

В понятие экологичности (биопозитивности) строительных материалов входит и невозможность выделения вредных веществ в период эксплуатации: например, некоторые натуральные каменные материалы (гранит, сиенит, порфир) имеют повышенный радиоактивный фон; пластмассы или строительные материалы с их применением (древесноволокнистые плиты, линолеум, синтетические краски, синтетические плитки для пола и для облицовки, различные синтетические добавки в бетон, раствор, синтетические клеи, утеплители на синтетической основе и др.) долго выделяют опасные газы в воздух помещений; изделия с асбестом, особенно подверженные выветриванию с поступлением волокон асбеста в воздух, признаны недопустимыми в ряде стран. Все это может быть очень вредно для находящихся в помещениях людей, особенно детей.

Невозможно выбрать полностью экологичные материалы для всех конструкций здания и его отделки, за исключением небольших домов. Поэтому при выборе материалов и сопоставлении вариантов отдают предпочтение более экологичным материалам (например, глиняному кирпичу и керамическим изделиям, материалам на основе гипса, линолеуму на органической основе, утеплителю на основе бумаги или пенобетона, деревянным окнам и дверям, органическим краскам и т. д.).

Воздействие электрических и магнитных полей на здоровье:
Экспозиция (то есть, попадание под воздействие чего-либо) влиянию полей происходит повсюду: дома, на работе, в школе и в транспортных средствах, приводимых в движение электричеством. Везде, где есть электрические провода, электродвигатели и электронное оборудование, создаются электрические и магнитные поля.

Многие люди подвергаются аналогичному воздействию полей более высоких уровней, хотя и на более короткие периоды времени, у себя дома (через радиаторы электроотопления, бритвы, фены и прочую бытовую технику, или блуждающие токи, возникающие из-за отсутствия равновесия в системе электрозаземления здания), на работе (в определенных отраслях и офисах, обусловливающих близость к электрическому и электронному оборудованию) или даже, путешествуя в поездах и других видах транспорта, приводимых в движение электричеством.

Поля вызывают такие физиологические изменения, как замедление сердечного ритма и показателей электроэнцефалограммы (ЭЭГ), а также большое разнообразие симптомов и недомоганий, в основном, связанных с кожей и нервной системой. Возможны рассеянные повреждения кожи лица, такие как покраснение, порозовение, огрубление, повышенная температура, теплота, ощущения покалывания, тупая боль и «натянутость». Могут проявляться симптомы, связанные с нервной системой, такие как головная боль, головокружение, усталость и дурнота, ощущения пощипывания и покалывания в конечностях, одышка, учащенное сердцебиение, обильное потоотделение, депрессии и проблемы с памятью.

Существует два возможных механизма, которые могут каким-то образом быть сопричастны к активированию рака и, поэтому, заслуживают особого внимания. Один из них связан с индуцированным магнитным полем сокращением ночных уровней мелатонина, а другой — с обнаружением кристаллов магнетита в человеческих тканях.

Из исследований, проведенных на животных, известно, что мелатонин, через воздействие на уровень циркуляции половых гормонов, оказывает косвенный онкостатический эффект. Исследования на животных также выявили, что магнитные поля подавляют выработку мелатонина шишковидного тела. Это открытие предполагает теоретический механизм отмеченного увеличения случаев (например) рака груди, которое может быть обусловлено воздействием таких полей. Недавно было предложено альтернативное объяснение возрастания риска ракового заболевания. Мелатонин, как выяснилось, является одним из наиболее сильных «уборщиков» гидроксиольных радикалов и, следовательно, масштаб ущерб, который может быть причинен РНК свободными радикалами, заметно понижается мелатонином. Если уровень мелатонина подавляется, например, магнитным полем, то РНК остается более уязвимой для оксидативных атак. Эта теория объясняет, как угнетение мелатонина магнитными полями может привести к более частоте возникновения рака в любой ткани.

Но уменьшается ли уровень мелатонина в человеческой крови, когда человек подвергается воздействию слабых магнитных полей? Существуют некоторые признаки того, что так и может быть, но этот вопрос все же требует дальнейших исследований. В течение определенного времени было известно, что способность птиц ориентироваться во время сезонных миграций опосредована наличием в клетках кристаллов магнетита, реагирующих на магнитное поле Земли. Сейчас, как говорилось выше, кристаллы магнетита также обнаружились в человеческих клетках в концентрации, теоретически достаточно высокой для того, чтобы реагировать на слабые магнитные поля. Таким образом, роль кристаллов магнитного железняка должна приниматься во внимание во всех дискуссиях о возможных механизмах, которые могут быть предложены для объяснения потенциально опасных (вредных) эффектов воздействия электрических и магнитных полей на человеческий организм.

Общие советы:
На первом месте стоит уделить внимание тому, как избежать влияния электромагнитных полей. Основное правило здесь: защищать, выключать и соблюдать дистанцию!

Опытный специалист, например, электрик или строительный биолог, может провести измерения. Такие специалисты могут дать указания по поводу того, необходимо ли что-то изменить либо сделают это сами.

Соблюдайте дистанцию!
Электрические и магнитные поля очень быстро освобождаются от источника тока. Расстояние от кровати до электроприборов и проводов должно составлять примерно 1-1,5м. От стены, возле которой находится кабель (даже скрытый) или же розетки тоже исходят электрополя, даже, если не работают никакие приборы.
По возможности не кладите голову вблизи теплопроводных и водопроводных труб.
Телевизор/компьютер
Телевизоры, ресиверы, видеоаппаратура и компьютер не должны находиться в спальне.
Не находитесь вблизи электроприборов.
Вынимайте штекер из розетки, если прибор не используется.

Лампы
При очень высоком текущем переменном токе возникают огромные магнитные поля, которые могут оказывать своё воздействие на людей, находящихся на другом этаже.
Трансформаторы и светорегуляторы нужно отсоединять от сети полностью в период, когда они не используются. Так называемые электронные трансформаторы вырабатывают частоту в 40 КГц и их желательно не использовать совсем.
Домашние электроприборы
Используйте как можно меньше электроприборов и кабелей.
Не располагайте спальную комнату рядом со стояками проводки и защитными щитами.
Возле стены, у которой расположена кровать, не должны проходить провода, а также их не должно быть на другой стороне в соседней комнате.
Откажитесь от удлинителя или, в случае необходимости, используйте с как можно более коротким шнуром.
Не ставьте электроприборы возле стены, если с другой стороны этой же стены находится кровать.

Для всех электроприборов существует правило: после их использования штекер нужно извлекать из розетки, т.к. только таким образом прекращается проход тока.

Используйте только обычные телефоны с присоединенным кабелем. Радиотелефоны могут вызывать сильные высокочастотные поля.
Сотовые телефоны не должны находиться в спальне.

Планирование помещения.
Спальни и жилые комнаты должны находиться как можно дальше от кухни, прачечной и котельной.
Стояки проводки и распределительные устройства не должны находиться на стенах жилых комнат или спальни.

При проведении электроинсталляции позаботьтесь о заземлении.
При проведении кабеля оставьте свободными места там, где вы спите или сидите.
Не размещайте бойлер, стиральную машину, электроплиту и другие подобные электроприборы в непосредственной близости с жилыми помещениями.

Кроме того:
Перед сном убирайте с кровати электрогрелки.
Откажитесь, по возможности, от электрического подогрева пола.

Экология изучает закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, а также практические проблемы охраны биосферы.

На современном этапе развития общества значитель­но увеличились производство материалов и объем про­мышленных отходов, истощаются естественные источ­ники сырья, расширяется применение искусственных материалов при традиционных технологиях их обработ­ки. В биосфере возникают изменения, угрожающие су­ществованию жизни на Земле. Они обусловили появле­ние экологической проблемы с ее техническими, экономическими и социальными аспектами.

Назрела необходимость выработать оптимальное со­гласование производственных и природных процессов в биосфере как в единой замкнутой системе.

Стендовые испытания

Рис.3 Схема выбора материалов на начальном этапе подготовки производства

Производственная деятельность человека должна гармонично вписываться в структуру природных процессов превращения вещества и преобразования энергии. В настоящее время масштабы промышленного производства выросли настолько, что соблюдение принципов экологической безопасности стало объективной необходимостью.

Разработка месторождений полезных ископаемых, деятельность горно-обогатительных комбинатов и угле­добывающей промышленности приводят к нарушению почвенного покрова Земли и уничтожению его плодо­родного слоя. Однако основным источником загрязнения почв являются отходы промышленного производства. На сегодняшний день выход продукта в технологической цепи «сырье - изделие» редко превышает 10 %, а чаще составляет всего 1-3 %. Это свидетельствует о том, что причина экологического кризиса в несовершенстве техно­логии получения и переработки материалов, а не в бурном развитии науки и техники. Почва загрязняется отхода­ми химических заводов, нефтеперерабатывающих пред­приятий, заводов по производству и переработке плас­тмасс и резины, газовых и коксохимических заводов, предприятий по переработке древесины, текстильных и бумажных фабрик, предприятий по производству сма­зочных материалов, моющих средств и др.

Эксперты Всемирной организации здравоохранения считают, что загрязнение воздуха стимулирует распрос­транение заболеваний верхних дыхательных путей и яв­ляется одной из причин рака легких.

В начале XXI века невосполнимые потери пресной воды вплотную приблизились к ее естественному воспроиз­водству. Основная причина состоит в том, что современ­ные предприятия промышленности тратят только на технологические нужды не менее 10-12 % объема пре­сной воды от ее мирового кругооборота. Еще около 30 % воды уходит на разбавление промышленных стоков при их обезвреживании (не всегда и не полностью эффек­тивном). К серьезному загрязнению Мирового океана приводят различные техногенные катастрофы (аварии нефтетанкеров, неконтролируемый вынос в моря огромной массы промышленных стоков, захоронение на дне океана контейнеров с опасными веществами, и др.).

Рост городов обусловил так называемое «бытовое за­грязнение» биосферы. Только на одного городского жи­теля приходится до 1 кг твердых отходов (металл, бума­га, пластмасса, стекло) и до 10 л сточных вод в сутки.

Значительную проблему представляет интенсивное загрязнение окружающей среды, связанное с развити­ем автомобильного транспорта.

Выход из создавшейся ситуации возможен при пере­ходе на безотходные технологии, которые обеспечивают получение готового продукта производства без отходов либо с последующей их утилизацией в том же или в дру­гих видах производств. Однако в действительности мож­но реализовать лишь малоотходные технологии, позво­ляющие получить его с неполностью утилизируемыми отходами.

Внедрение в производство малоотходных технологий связано с расширением областей применения вторично­го сырья - таких материалов и изделий, которые после использования (изнашивания) могут применяться по­вторно в производстве как исходное сырье. В настоящее время созданы основы малоотходных технологий почти для всех отраслей промышленности. Современным эко­логическим требованиям отвечает такой подход к созда­нию материалов и изделий, когда одновременно с раз­работкой изделия предлагается и технология повторного использования продукта после истечения срока его службы. Но в этом случае вредное воздействие на био­сферу перемещается в отрасли, где происходит реализа­ция технологий утилизации. Таким образом, малоотход­ные технологии нельзя считать универсальным средством защиты от техногенных загрязнений.

Более полному достижению экологической чистоты производства способствуют такие меры, как снижение энерго- и материалоемкости продукции, разумное регу­лирование ее потребления и соответствующее ограничение производства, безвредная утилизация неисполь­зованных отходов.

Природопользование - теория и практика воздей­ствия человечества на природную среду в процессе его хозяйственной деятельности. Природные ресурсы не беспредельны, поэтому развитие производства необхо­димо регулировать с учетом запасов сырья и наличия экологически обоснованных технологий его переработ­ки. Объемы потребления материалов должны соответ­ствовать критериям экономической целесообразности производства, что не всегда связано с увеличением его количественных показателей. В России разработаны и реализуются федеральные и региональные программы комплексного использования минерально-сырьевых, земельных, лесных и водных ресурсов. Основные нор­мативы природопользования закреплены специальны­ми законодательными актами.

Контрольные вопросы

1. Чем необходимо руководствоваться при выборе материалов?

2. Что является основными свойствами изделия

3. Из чего складывается показатель-материалоемкость продукции?

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет - Институт природных ресурсов

Направление (специальность) - Химическая технология и биотехнология

Кафедра - ТОВ и ПМ

Экологические проблемы производств полимеров

по дисциплине «Инновационное развитие химической технологии органических веществ»

Исполнитель

Е.В. Зенкова студент гр.5а83

Руководитель

Л.И. Бондалетова старший преподаватель, к.х.н.

ТОМСК 2012 г.

Введение

.Экологические проблемы в химии и технологии полимерных материалов

.Классификация полимерных отходов

3.Методы утилизации и обезвреживания полимерных материалов

.Очистка сточных вод и газовых выбросов

4.1Методы очистки сточных вод

4.2Методы очистки газовых выбросов полимерных производств

5.Основные принципы разработки безотходных технологий

Заключение

Введение

Производство полимеров представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности. Мировое производство полимеров в 2010 г. составило 250 млн. т. и возрастает в среднем на 5-6 % ежегодно. Их удельное потребление в развитых странах достигло 85-90 кг/чел. в год и продолжает увеличиваться. Такой интерес производителей полимеров, прежде всего, связан с возможностью получения разнообразных технически ценных материалов на их основе.

Благодаря уникальным физико-химическим, конструкционным и технологическим свойствам полимерные материалы (ПМ) на основе различных пластмасс и эластомеров находят широкое применение в различных областях народного хозяйства и медицине.

Жизнедеятельность общества неизбежно связана с образованием отходов на всех стадиях производства и переработки полимерных материалов. Поэтому актуальность проблемы их утилизации, а так же вреда приносимого здоровью людей и окружающей среде, по-прежнему остается острой.

1. Экологические проблемы в химии и технологии полимерных материалов

Полимерные материалы, как правило, являются многокомпонентными системами, так как для их создания используют кроме полимера различные компоненты (ингредиенты). Получение полимерных материалов, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям применительно к различным отраслям промышленности, сельскому хозяйству, быту - является задачей технологии производства полимерных материалов. Многокомпонентность полимеров часто приводит к тому, что их производство, а также практическое использование в ряде случаев осложняется нежелательным процессом выделения из материала вредных низкомолекулярных веществ. В зависимости от условий эксплуатации их количество может составлять до нескольких массовых процентов. В контактирующих с полимерными материалами средах можно обнаружить десятки соединений различной химической природы.

Создание и применение полимеров непосредственно или опосредованно связано с воздействием на организм человека, на окружающую производственную среду и среду обитания человека, а также на окружающую среду в целом. Последнее особенно важно после использования полимеров и изделий из них, когда отработанные материалы подвергаются захоронению в почве, а вредные вещества, высвобождающиеся при разложении полимерного материала, загрязняют почву, сточные воды, ухудшая тем самым состояние окружающей среды. Проблемы экологии производства и применения полимерных материалов.

К каким же последствиям приводит загрязнение, например, земли? В первую очередь к прямому сокращению естественной среды обитания живых существ. Во-вторых, загрязнение какого-то района создает опасность для соседних с ним территорий из-за миграции загрязнений, например, через подпочвенные водоносные горизонты. В-третьих, загрязнение воздуха вредными газами, включая метан и двуокись углерода, создающую парниковый эффект, может привести к глобальным изменениям окружающей среды.

Производство полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида приносит немалые экологические проблемы для окружающей природной среды. Это использование различных токсичных мономеров и катализаторов, образование сточных вод и газовых выбросов, обезвреживание которых сопряжено с большими энергетическими, сырьевыми и трудовыми затратами и не всегда добросовестно выполняется производителями.

Рассмотрим некоторые примеры, связанные с экологией производства основных полимеров.

Производство полиэтилена и других полиолефинов относиться к категории пожароопасных и взрывоопасных (категория А): этилен и пропилен образуют с воздухом взрывчатые смеси. Оба мономера обладают наркотическим действием. ПДК в воздухе этилена составляет 0,05* 10-3 кг/м3, пропилена - 0,05* 10-3 кг/м3. Особенно опасно производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД), поскольку оно связано с применением высокого давления и температуры. В связи с возможностью взрывного разложения этилена во время полимеризации реакторы оборудуют специальными предохранительными устройствами (мембраны) и устанавливают в боксах. Управление процессом полностью автоматизировано. При производстве полиэтилена низкого давления и полипропилена особую опасность представляет применяемый в качестве катализатора диэтилалюминийхлорид. Он отличается высокой реакционной способностью. При контакте с водой и кислородом взрывается. Все операции с металлоорганическими соединениями должны проводиться в атмосфере чистого инертного газа (очищенный азот, аргон). Небольшие количества триэтилалюминия можно хранить в запаянных ампулах из прочного стекла. Большие количества следует хранить в герметически закрытых сосудах, в среде сухого азота, либо в виде разбавленного раствора в каком-либо углеводородном растворителе (пентан, гексан, бензин - чтобы не содержали влаги). Триэтилалюминий является токсичным веществом: при вдыхании его пары действуют на легкие, при попадании на кожу возникают болезненные ожоги. В этих производствах используется также бензин. Бензин - легковоспламеняющаяся жидкость, температура вспышки для разных сортов бензина колеблется от - 50 до 28 оС. Концентрационные пределы воспламенения смеси паров бензина с воздухом составляют 2-12 % (объемных). На организм человека это оказывает наркотическое действие. ПДК бензина в воздухе = 10,3*10-3 кг/м3. Порошкообразные полиолефины образуют взрывоопасные смеси. ПДК полипропилена составляет: 0,0126 кг/м3. При транспортировании порошкообразных полиолефинов происходит образование аэрозолей и неизбежно накапливание зарядов статического электричества, что может привести к искрообразованию. Транспортирование полиолефинов по трубопроводу производят в атмосфере инертного газа. Сходным полимером является поливинилхлорид. Производство и использование винилхлорида относят также к категории взрывоопасных и пожароопасных (категория А). Винилхлорид в газообразном состоянии оказывает наркотическое действие, продолжительное пребывание в помещение, в атмосфере которого содержится большое количество винилхлорида, вызывает головокружение и потерю сознания. ПДК в рабочих помещениях составляет 3*10-5 кг/м3. При концентрации 1*10-4 кг/м3 вызывает раздражение слизистых оболочек, а запах начинает ощущаться даже при 2*10-4 кг/м3. Вдыхание паров при открытом испарении мономера вызывает острое отравление. Другие мономеры, используемые при производстве политетрафторэтилена, политрифторхлорэтилена, поливинилфторидов также не менее токсичны.

В этой связи необходимо обеспечивать контроль экологической безопасности процесса создания полимеров и полимерных материалов, их эксплуатации и уничтожения отходов ПМ после их использования человеком.

2. Классификация полимерных отходов

По источникам образования все полимерные отходы делят на три группы:

технологические отходы производства;

отходы производственного потребления;

отходы общественного потребления.

Технологические отходы полимерных материалов возникают при их синтезе и переработке. Они делятся на неустранимые и устранимые технологические отходы. К неустранимым относят кромки, обрезки, литники, обломки, грат и т. д. Таких отходов образуется от 5 до 35 %. Неустранимые отходы представляют собой высококачественное сырье, по свойствам не отличающееся от исходного первичного полимера. Переработка его в изделия не требует специального оборудования и производится на том же предприятии. Устранимые технологические отходы производства образуются при несоблюдении технологических режимов в процессах синтеза и переработки, т. е. это - технологический брак, который может быть сведен к минимуму или совсем устранен. Технологические отходы производства перерабатываются в различные изделия, используются в качестве добавки к исходному сырью и т. д.

Отходы производственного потребления накапливаются в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов, не используемых в различных отраслях промышленности (шины, тара и упаковка, отходы сельскохозяйственных пленок, мешки из под удобрений и т. д.). Эти отходы являются наиболее однородными, малозагрязненными и поэтому представляют наибольший интерес с точки зрения их повторной переработки.

Отходы общественного потребления накапливаются у нас дома, на предприятиях питания и т. д., а затем попадают на городские свалки. В конечном итоге они переходят в новую категорию отходов - смешанные отходы. Отходы эти составляют более 50 % от отходов общественного потребления. Количество таких отходов непрерывно растет и составляет в России около 80 кг на душу населения. Наибольшие трудности связаны с переработкой и использованием смешанных отходов. Причина этого заключается в несовместимости термопластов, входящих в состав бытового мусора, что требует постадийного выделения материалов.

Объемы промышленных и бытовых отходов в виде вышедших из употребления изделий из полимеров значительны и постепенно увеличиваются, с учетом прогрессивных материалов упаковки предметов технического и бытового назначения: пищевых продуктов, освежительных напитков, лекарственных средств; выхода из эксплуатации полиэтиленовой пленки, парниковых хозяйств, кормопроизводства; мешков из-под минеральных удобрений, бытовой химии, капроновых сетей, предметов домашнего обихода, соцкультбыта, детских игрушек, спортинвентаря, ковровых напольных покрытий, линолеума, транспортной тары, емкостей; отходов производства и эксплуатации кабеля, полимерных труб и др.; ПЭТ-тары и упаковки и других изделий на основе ПЭТФ.

Кроме этого, массовый импорт промышленных, продовольственных товаров, медицинских средств, косметики и др. в полимерной упаковке увеличивают объемы образования этих отходов.

Указанные отходы специфичны, так как не поддаются гниению, саморазрушению, аккумулируются, занимая земельные площади, загрязняя населенные пункты, водоемы, лесонасаждения. При сжигании выделяют ядовитые газы, на свалках являются благоприятной средой для жизнедеятельности грызунов, насекомых.

Таким образом, промышленные и бытовые отходы полимерных изделий представляют экологическую опасность.

сточный вода утилизация полимерный

3. Методы утилизации и обезвреживания полимерных материалов

Какие же подходы используют для борьбы с загрязнением природы, связанным с производством полимеров?

.Термические методы утилизации и обезвреживания отходов полимерных материалов. Казалось бы, что самым естественным могло бы быть окисление этих органических веществ при высоких температурах или попросту их сжигание. Однако при этом уничтожаются в принципе ценные вещества и материалы. Продуктами сжигания в лучшем случае являются вода и углекислый газ, а это значит, что не удается вернуть даже исходных мономеров, полимеризацией которых получали уничтожаемые полимеры. Кроме того, как уже говорилось выше, выделение в атмосферу больших количеств углекислого газа CO2 приводит к глобальным нежелательным эффектам, в частности к парниковому эффекту. Но еще хуже, что при сжигании образуются вредные летучие вещества, которые загрязняют воздух и, соответственно, воду и землю. Не говоря уже о многочисленных добавках, в том числе красителей и пигментов, в окружающую среду выделяются разнообразные соединения, включающие тяжелые металлы, используемые в качестве катализаторов при синтезе полиэтилена, крайне вредные для здоровья людей.

Термические методы обработки полимерных отходов условно можно разделить:

на термодеструкцию полимерных материалов с получением твердых, жидких и газообразных продуктов;

на сжигание или инспирацию, приводящую к образованию газообразных продуктов и золы.

В свою очередь, термодеструкцию условно разделяют:

на неглубокое терморазложение полимеров при сравнительно невысоких температурах с образованием в основном низкомолекулярных веществ;

на пиролиз при повышенных температурах, приводящих к получению жидких и газообразных продуктов и незначительному количеству твердого остатка.

С помощью пиролиза можно получить целый ряд полезных продуктов, однако данный метод считается весьма энергозатратным и требует применения дорогостоящего оборудования. Существует такой метод, как депонирование на полигонах полимерных отходов, которое явно нецелесообразно, так как большинство пластиков не разлагаются десятки лет, нанося огромный вред почве. Таким образом, традиционные способы утилизации отходов - депонирование и сжигание для полимеров неприемлемы. В первом случае в результате воздействия воды образуются вредные аминосодержащие продукты, во втором - выделяются токсичные газы, такие как цианистый водород, оксиды азота и т.п.

.Создание полимерных материалов с регулируемым сроком эксплуатации. В последние годы возникли и начали практически реализовываться новые идеи синтеза "экологически чистых" полимеров и изделий из них. Речь идет о полимерах и материалах из них, способных более или менее быстро разлагаться в природных условиях. Заметим при этом, что все биологические полимеры, то есть полимеры, синтезируемые растениями и живыми организмами, к числу которых относятся в первую очередь белки и полисахариды, в той или иной степени подвержены разрушению, катализаторами которого являются ферменты. Здесь соблюдается принцип: что создает природа, то она способна разрушить. Если бы этот принцип не срабатывал, то те же полимеры, в огромных количествах производимые микроорганизмами, растениями и животными, после их гибели оставались бы на земле. Такое трудно даже себе представить, ибо это была бы фантастическая мировая свалка трупов всех существовавших на земле организмов. К счастью, этого не происходит, и высокоэффективные биологические катализаторы - ферменты - делают свое дело и успешно справляются с этой задачей. Известны три типа разлагаемых полимерных материалов, именно:

фоторазлагаемые;

биоразлагаемые;

водорастворимые.

Все они обладают достаточной стабильностью в обычных условиях эксплуатации и легко подвергаются разложению. Для придания полимерным материалам способности разрушаться под действием света используют специальные добавки или вводят в состав композиции светочувствительной группы. Для того чтобы такие полимерные материалы нашли практическое применение, они должны удовлетворять следующим требованиям:

в результате модификации не должны существенно изменяться эксплуатационные характеристики полимера;

добавки, вводимые в полимер, не должны быть токсичными;

полимеры должны перерабатываться обычными методами, не подвергаясь при этом разложению;

необходимо, чтобы изделия, полученные из таких полимеров могли храниться и эксплуатироваться длительное время в условиях отсутствия прямого проникновения УФ-лучей;

время до разрушения полимера должно быть известно и варьироваться в широких пределах;

Известны полимеры, разлагающиеся под влиянием микроорганизмов. В этом случае в полимер вводили вещества, которые сами легко разрушаются и усваиваются микроорганизмами. Практическое значение нашли привитые сополимеры крахмала и метилакрилата, пленки из которых используются в сельском хозяйстве для мульчирования почвы. Очень хорошо усваиваются микроорганизмами неразветвленные парафиновые углеводороды. К биоразлагаемым добавкам относятся карбоксилцеллюлоза, лактоза, казеин, дрожжи, мочевина и другие.

.Композиции, содержащие отходы полимерных материалов.

Отходы полимерных материалов широко используются в строительстве. В большинстве асфальтовых дорожных покрытий основным связующим компонентом являются битумы различной природы. Они отличаются недостаточной водостойкостью. Все это в значительной степени ухудшает свойства асфальтовых покрытий и сокращает сроки их эксплуатации. Использование полиолефинов в композиции с битумом является одним из традиционных направлений, позволяющих модифицировать свойства покрытий. Экспериментально установлено, что вводить в полиолефины более 30 % отходов нецелесообразно, так как это может вызвать расслоение системы. Композиции получают, смешивая битум с отходами полиолефинов при 40…100 °С, и выгружают смесь в специальные формы, в которых происходит охлаждение при комнатной температуре.

Можно выделить следующие направления использования отходов в строительстве:

применение в композициях с традиционными стройматериалами с целью модификации их свойств;

получение звукоизоляционных плит и панелей;

создание герметиков, применяемых в строительстве зданий и гидротехнических сооружений.

.Использование отходов полимерных материалов путем повторной переработки. Значительно более перспективным и разумным способом снижения загрязнения окружающей среды полимерами является вторичная переработка отслуживших свой срок полимеров и изделий из них. Проблема эта, однако, не столь проста, как может показаться на первый взгляд, хотя бы уже потому, что мы имеем дело, как правило, с грязными отходами, которые включают, например, частицы песка. Это исключает возможность применения высокопроизводительного и высокотехнологичного оборудования, используемого при первичной переработке исходных полимеров. Это оборудование просто быстро вышло бы из строя из-за абразивного воздействия твердых частиц минерального происхождения. Но даже при переработке, если она возможна в принципе, получаются "грязные" изделия, товарный вид и потребительские свойства которых не могут конкурировать с первичными изделиями. Здесь, правда, есть возможность использовать продукты вторичной переработки по другому назначению, предполагающему существенно пониженные требования. В частности, загрязненные изделия из полиэтилена могут быть переработаны в пластины толщиной в несколько миллиметров для применения в качестве кровельного материала, имеющего ряд неоспоримых преимуществ перед традиционными, таких, как низкая плотность, а значит, малый вес, гибкость и коррозионная стойкость, а также низкая теплопроводность, а значит, хорошие теплоизолирующие свойства.

Общая схема повторной переработки полимерных материалов включает в себя следующие стадии:

предварительная сортировка и очистка;

измельчение;

отмывка и сепарация;

классификация по видам;

сушка, гранулирование и переработка в изделие.

Наибольшие успехи в этом достигнуты при вторичной переработке крупнотоннажных изделий из каучуков, например шин, в том числе автомобильных. Их приготавливают из вулканизированных каучуков, наполненных сажей, содержание которой в шинах, имеющих из-за этого черный цвет, достигает 40% по весу. По истечении срока эксплуатации такие шины не выбрасывают, а дробят, получая крошку. Дробление при помощи недорогого оборудования позволяет получить крупные частицы, размеры которых достигают одного миллиметра и более. Эти крупные частицы добавляют в материалы для покрытия дорог, что значительно улучшает их механические характеристики и долговечность. Специальные машины позволяют получать тонкие дисперсии, частицы которых имеют размер около 0,01 миллиметра. Эту крошку добавляют в каучуки при производстве новых шин, значительно экономя сырье. При этом качество полученных таким образом шин практически не уступает исходным. Такой подход позволяет одновременно заметно снизить вред для окружающей среды из-за ее замусоривания бесполезными изделиями и в то же время значительно экономить расход каучуков, получаемых либо полимеризацией продуктов переработки нефти, либо из латексного сока деревьев гевеи.

4. Очистка сточных вод и газовых выбросов

1 Методы очистки сточных вод

Большинство предприятий по производству синтетических полимеров и пластических масс образуют большое количество сточных вод, содержащие загрязнители различного происхождения. Они без глубокой очистки сбрасываются в реки, водоемы и тем самым загрязняют их, что приводит к ухудшению состояния окружающей среды. В настоящее время эта проблема стала настолько актуальной, что в перспективе необходимо полностью исключить образование сточных вод вплоть до полной их ликвидации на основе циклических процессов. Максимально экономное расходование воды позволит сократить объем сточных вод; полная их ликвидация и минимальное потребление свежей воды возможно лишь посредством создания бессточных процессов, работающих по замкнутому циклу. Опыт проектирования таких производств показал, что помимо всех остальных преимуществ, это еще и экономичнее открытой схемы со сбросом и очисткой сточных вод.

В качестве наиболее употребительных методов следует указать следующие:

·для удаления грубодисперсных частиц - отстаивание, флотация, фильтрация, осветление, центрифугирование;

·для удаления мелкодисперсных и коллоидных частиц - коагуляция, флокуляция, электрические методы осаждения;

·для очистки от неорганических соединений - дистилляция, ионный обмен, методы охлаждения, электрические методы;

·для очистки от органических соединений - экстракция, абсорбция, флотация, биологическое окисление, озонирование, хлорирование.

·для очистки от газов и паров - отдувка, нагрев, реагентные методы;

·для уничтожения вредных веществ - термическое разложение.

Применяемые методы очистки определяются объемами стоков, количеством, дисперсностью и составом примесей. Ввиду многочисленности примесей и их слоистого состава, как правило, методы очистки применяются комплексно.

Создание на предприятиях эффективно действующих очистных установок предназначено для:

·предупреждения загрязнения природных вод промышленными стоками;

·сокращение потребляемой воды, т.к. возврат очищенной воды в производственный цикл позволяет организовать круговорот воды на предприятии.

2 Методы очистки газовых выбросов полимерных производств

Получение полимерных материалов сопровождается выделением токсичных веществ, содержащихся в газовых выбросах. В зависимости от объемов и состава газовых выбросов разработаны различные методы их очистки от токсичных веществ: огневой, термокаталитический, сорбционно-каталитический.

Огневой метод. Прямое сжигание газовых выбросов может осуществляться как в сушильных установках, так и в топках котлов, в последних степень обезвреживания составляет 99 % при температурах 1000…2000 °С.

Термокаталитический метод обезвреживания происходит при температуре до 400 °С. Очистка выбросов заключается в окислении органических веществ при 360…400 °С в присутствии катализаторов платиновой группы. Окисление органических соединений идет до образования диоксида углерода и воды. Степень очистки составляет 95…97%. Сорбционно-каталитический метод используют для очистки газовых выбросов с низким содержанием органических соединений.

5. Основные принципы разработки безотходных технологий

Безотходный процесс - это такой способ производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле: сырьевые ресурсы - производство - потребление и вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

К важнейшим принципам, лежащим в основе БОП, относят следующие:

системность;

комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов;

цикличность материальных потоков;

экологическая безопасность;

рациональная организация;

комбинирование и межотраслевое кооперирование.

Главное в малоотходном и тем более в безотходном производстве - не переработка отходов, а организация технологических процессов по переработке сырья таким образом, чтобы отходы не образовывались в самом производстве. Ведь отходы производства - это часть по тем или иным причинам неиспользованного сырья: полуфабрикаты, бракованная продукция и т. п., не утилизируемые на данный период времени и поступающие в окружающую среду. Однако в большинстве случаев отходы являются сырьем для других производств и отраслей промышленности. Основы технологии переработки пластмасс.

Основные требования при разработке БОП можно сформулировать следующим образом:

безусловное соблюдение норм содержания веществ в воздухе и водных бассейнах;

эффективное осуществление технологического процесса;

использование возможно более экономичных (с учетом соблюдения двух первых требований) технологических схем очистки газов и жидкостей.

Сочетание трех перечисленных требований по-новому ставит задачу выбора оптимальных решений. Так, с чисто технологических позиций, вывод из эксплуатации предприятия, работающего по старой технологии, которая неизбежно связана со значительными выбросами, может оказаться преждевременным. Однако при комплексном подходе к решению этой задачи может быть оправданным скорейшее строительство нового цеха и ликвидация действующего. Отсутствие строгой экономической оценки ущерба, наносимого окружающей среде вредными выбросами, пока осложняет поиск оптимального пути. Наиболее рациональным подходом к решению проблемы является, прежде всего, совершенствование основного технологического процесса, предполагающего сокращение объемов циркулирующих материалов и ликвидация возможных газовых и жидкостных выбросов.

Заключение

Нынешнее поколение людей убедилось наконец в том, что окружающая нас среда - земля, вода и воздух не обладают бесконечным иммунитетом против химической эксплуатации. И хотя сегодня еще проявляется беспечное и неосторожное обращение с природой, люди уже начали понимать и по-новому оценивать катастрофические последствия этого.

Важность решения экологических проблем обусловила жесткие требования к полимерам и технологиям их получения: производство полимеров должно быть экологически чистым или, по крайней мере, иметь минимальное влияние на окружающую среду; полимеры должны быть технологически перерабатываемыми после окончания их эксплуатации или биодеградируемыми.

Широкое внедрение полимерных материалов в различные области человеческой деятельности поставило перед специалистами-полимерщиками ряд важных проблем, включая и проблему охраны окружающей среды. Чтобы грамотно решать эти задачи, необходимо знать методы утилизации и обезвреживания полимерных материалов. При внедрении изделий из пластических масс в народное хозяйство, для пищевых и медицинских целей необходима обязательная квалифицированная экспертиза состава выделяющихся токсичных веществ и их количественная оценка с использованием высокочувствительных и избирательных методов. Особенно большое значение в плане снижения количества отходов, их рационального использования, создания безотходных технологий, имеют процессы переработки вторичных полимерных материалов в связи с дефицитом первичных полимеров. Вторичные полимерные материалы занимают в процессах переработки такое же место, как сейчас занимает вторичное сырье в металлургии.

Перечень использованных источников

1.Российский рынок переработки полимерных отходов. Аналитический обзор. Москва, 2010.

.Технология пластических масс. Под ред. В.В. Коршака. М.: Химия, 1985, 560с.

3.Проблемы экологии производства и применения полимерных материалов. Лирова Б. И. , Суворова А. И., Уральский государственный университет, 2007, 24 c.

.А. Б. Зезин, Полимеры и окружающая среда. Соровский образовательный журнал, 1996, №2

5.Быстров Г.А. Оборудование и утилизация отходов в производстве пластмасс. М.:, Химия, 1982 г.

.Шефтель В.О. Полимерные материалы. Токсические свойства. Л., Химия 1982, 240с.

.#"justify">.Основы технологии переработки пластмасс. Под ред. В.Н.

Кулезнева, М.: Высшая школа, 1995, 527с., 2004, 600 с.

.Общая химическая технология полимеров: учебное пособие / В. М. Сутягин, А. А. Ляпков - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 195 с.

10.Ляпков А.А., Ионова Е.И. Техника защиты окружающей среды. Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2008. - 317 с.

Похожие работы на - Экологические проблемы производств полимеров

Усов Борис Александрович, к.т.н., доцент кафедры «Промышленное

и гражданское строительство» ФГБОУ ВО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)», [email protected]

Окольникова Галина Эриковна, профессор, к.т.н.,

Акимов Сергей Юрьевич, ст. препод., кафедра «Промышленное и гражданское строительство» Московского Государственного

Машиностроительного Университета (МАМИ)

ЭКОЛОГИЯ И ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Экология как наука об отношениях между человеком и окружающей природной средой воз-никла в конце XIX века и с тех пор с каждым десятилетием приобретает все большее значение.

Ключевые слова: экология, строительные материалы, промышленность

Ecology as the science of the relationship between humans and the natural environment had arisen at the end of the XIX century and since then, every decade has become increasingly important .

Keywords: ecology, construction materials, industry.

Экологические проблемы с отходами промышленности

Состояние окружающей среды и экологические проблемы непосредственно связаны с объемами промышленного производства, которое за XX столетие увеличилось более чем в 50 раз, и 4/5 этого роста пришлись на период с 1950 г.

Практически любое производство базируется на изъятии из недр земли природного сырья и его переработке в требуемый продукт, сопровождаемый образованием техногенных отходов и загрязнением ими природ-

ных сред. Количество образующихся техногенных отходов напрямую связано с объемами производства основного вида продукции и совершенством технологии ее получения.

Техногенные отходы загрязняют атмосферный воздух, занимают и загрязняют землю, грунтовые водоемы. Все отходы в зависимости от их токсичности подразделяются на четыре класса: I - чрезвычайно опасное вещество; II - высокоопасное вещество; III - умеренно опасное вещество; IV - малоопасное вещество. Отходы I класса опасности направ-

ляются на захоронение в «могильники» для бессрочного захоронения, менее опасные - в шлам - накопители, хвостохранилища, отвалы и т. д., под которые занято более 100 тыс. гектаров земли. Общее количество отходов, накопленных на этих отвалах, не поддается учету.

Выброс вредных веществ в атмосферу предприятиями промышленности строительных материалов осуществляется в виде пыли и взвешенных частиц (более 50% от суммарного выброса), а также оксида углерода, диоксида серы, оксидов азота и других веществ.

Из выбросов предприятий строительных материалов более 40% приходится на цементную промышленность, 18-20% - на производство кровельно-изоляционных материалов, 10% - на асбестоцементные производства, 15% - на нерудные строительные материалы, менее 10% - на производство бетонных и железобетонных конструкций и изделий.

Доля загрязняющих выбросов в атмосферу от промышленности стройматериалов России составляет 3,2% от общего количества загрязняющих выбросов. Основной объем, которых приходится на топливо-энергетический комплекс (48,4% -выбросов в атмоферу, 26,7% сбросов загрязняющих сточные водыи свыше 30% твердых отходов,). На цветную металлургию - 21,6%, состоящие из

твердых отходов(отвальные металлургические шлаки, хвосты обогащения руд вскрышные породы); черную металлургию (15,2% в виде 90млн.т, включая - 50 млн.т доменных шлаков, 22 млн.т - сталеплавильных, 4 млн.т - ферросплавных) некоторые химические производства - в виде шламов, отработанной соляной и серных кислот, дистерных жидкостеи и шламов аммиачно-хлоридных производств, кальцинированной соды, фосфогипса, фторогипса и т.д. -то есть главным образом отходы четвёртого класса, что допускает их размещение в производстве строительных материалов.

А в целом из указанных выше отходов - приводит к необходимости создания «вторичных», но уже техногенных месторождений.

Производство цемента является крупным источником образования оксида углерода: на 1 т цемента -1 т СО2, на 1 т клинкера - от 1,5 до 9,5кг оксидов азота, твердых частиц с дымовыми газами - от 0,3 до 1,0 кг/т. Хотя и значительная часть цементной пыли улавливается фильтрами и вновь направляется в печь.

Исследованиями установлено, что многие техногенные отходы по своему химико-минералогическому составу близки природному минеральному сырью и могут частично или полностью использоваться при производстве цементов, без клинкер-

ных вяжущих, заполнителей, что позволит сохранять природные ресурсы. Однако в ряде производств лишь незначительная часть потребляемых природных ресурсов превращается в требуемую конечную продукцию, а основное количество переходит в техногенные отходы.

На их удаление затрачивается в среднем 8-10% стоимости производимой продукции на складирование твердых отходов только от Московских предприятий по области требуется ежегодно выделение до 20га земли. И к тому же их транспортирование и складирование поглощают миллиарды рублей.

Поэтому использование таких отходов становится первоочередной мировой проблемой ресурсосбережения природного сырья.

Вместе с тем проблему наличия отходов возможно рассматривать и как огромное дополнительное богатство, если правильно их использовать.

В пользу этого приоритета свидетельствует, то обстоятельство, что - наиболее емким потребителем промышленных отходов различных отраслей являются крупные объёмы производства строительных материалов, поскольку многие отходы по своему составу и свойствам аналогичны природному сырью для их производства. Удельный вес сырья из них достигает более 50%.

Установлено, что промышленные отходы позволяют покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Кроме того промышленные отходы в ряде случаев позволяют на 10-30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством из природного сырья. Из промышленных отходов возможно создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями.

Однако рост массы перерабатываемых материалов сопровождается и значительным увеличением количества отходов, оказывающих отрицательное воздействие на биосферу.

Поэтому экологический критерий при отборе наиболее прогрессивных технологий становится решающим.

При этом важен поиск не только экономически и экологически эффективного производства, но главное их оптимального сочетания.

Решение экологических проблем окружающей среды в сфере производства строительных материалов осуществляется по следующим направлениям:

первое - выявление объемов и исследование характера отходов производства, загрязняющих окружающую среду, и их складирование с установлением путей их ликвидации действиями, направленными на дальнейшую их переработку.

второе - улавливание и утилизация вредных для окружающей среды твердых отходов с внедрением технологических решений по комплексной переработке такого сырья или использованию как вторичных продуктов других отраслей промышленности.

третье - создание экологически «чистых» безотходных технологий с полным исключением загрязнения окружающей среды.

Мероприятия по первому направлению в основном определены. Отходы либо подготавливаются к вторичному использованию, либо подлежат захоронению.

Широко развернуты работы по охране экологии по второму направлению: снижается энергоемкость производства за счет оснащения основных технологических агрегатов теплоутилизирующими установками и широкой подготовки различных отходов (шламов, шлаков, зол и т. д.) к повторному применению. То есть по отношению к промышленным отходам в материальном производстве воплощается уже новая ступень охраны экологии - идея комплексной переработки сырья. Например, при создании крупных металлургических или энергетических комплексов одновременно предусматривается подготовка отходов к использованию в производстве строительных материалов. Так появились и широ-

ко используются гранулированные металлургические шлаки для производства шлакопортландцемента, шлаковой пемзы, шлаковаты и т. д. Имеется опыт применения для этих целей и отвальных шлаков, флотационных хвостов и т. п.

Определился положительный опыт использования шлаков и в качестве заполнителя бетона, а бетонных отходов - в качестве низкомарочного вяжущего или в виде дробленого заполнителя для получения бетонов марок до 200 кг/см2. Но комплексное использование сырья в производстве строительных материалов и особенно при изготовлении самого распространенного и универсального материала - обычного бетона осуществляется еще недостаточно.

Таким образом, технологов строй-материальщиков из массовых неорганических промышленных отходов в первую очередь привлекают металлургические шлаки, топливные отходы (золы, шлаки), а также отвальные углесодержащие породы -отходы при добыче каменного угля. Сегодня успешно находят применение различные отходы пылевидного микрокремнезёма в виде ферросили-циума и др. соединений даже цветной металлургии. При производстве 1 т чугуна образуется около 0,7 т доменных (шлаковых) расплавов.

Однако, к сожалению, в производстве строительных материалов

используется лишь около половины шлаковых отходов; остальное - направляется в отвал. Часть отвальных шлаков применяют как щебень при строительстве дорог. Однако в связи с медленным остыванием непосредственных отходов - расплавов шлака в отвалах, содержащих ещё и примеси расплавленного железа и поэтому приобретающих высокую прочность, производство щебня сопряжено с очень высокими затратами (взрывными работами и очень дорогим дроблением).

С другой стороны из шлаковых расплавов возможно отливать различные изделия: закристаллизованную брусчатку, плиты для мощения улиц и тротуаров, бордюрные камни др. Из них же получают пористые заполнители (шлаковую пемзу), а путем управляемой кристаллизации ценные материалы - шлакоситаллы. Например, ситаллы - стеклокри-сталлические материалы или синтетические камни, отличающиеся от природных тонкозернистой равномерной микро- структурой, способствующей созданию материалов высокой стойкости и прочности. То есть, регулируя составы только расплавов возможно, получать синтетические материалы с заданным комплексом физических и химических свойств. Поскольку технология шлакоситал-лов подобна технологии производства изделий из стекла, то для их

производства пригодно оборудование стекольной промышленности. Кроме того из этих материалов изготавливают плиты для отделки стен и пола, панели для совмещенных кровель, навесные и самонесущие панели наружных стен, санитарно-техническое оборудование, трубы - для газификации, теплофикации, для химической промышленности и сельского хозяйства; столбы, ограды, долговечные скульптуры.

Вспученный шлакоситалл - пе-ношлакоситалл - хороший и дешевый теплоизоляционный материал. Сочетая шлаковую пемзу (термозит) с расплавами, отливают крупные блоки и изделия (шлаколит).

Весьма перспективно применение шлаковых расплавов для изготовления различных профилированных изделий взамен изделий из специально расплавляемых базальтов.

Из неполного перечня шлаковых материалов следует, что металлургические шлаки действительно особо ценный вид сырья.

Другие отходы: золы и топливные (котельные) шлаки образуются от сжигания сотен миллионов тонн каменных углей, горючих сланцев и торфа, насыщая атмосферу кислотными продуктами. Только от сжигания 1 т угля, получается от 100 до 250 кг топливных отходов. Хотя многие отрасли промышленности переходят на природные газы, а также на

газ, получаемый газификацией различных углей. Но и после газификации от 1 т угля остается от 0,2 до 0,4м3 шлаков и золы.

Всё это требует огромных площадей для захоронения.

Вместе с тем топливные отходы (шлаки и золы) являются хорошим сырьем для изготовления многих строительных материалов. Например, некоторые золы от сжигания горючих сланцев представляют собой вяжущие вещества, другие золы и шлаки используются для -получения легких бетонов (шлако-бетонов, золобетонов, особо легких «ячеистых» бетонов - газобетонов и пенобетонов).

Отходы «пустых» пород, извлекаемых из угольных шахт и состоящих из угольно-глинистых сланцев с содержанием в количестве 10-15% угля и сернистых примесей образуют от самовозгорания (с повышением температуры до 800-1000°С) - «горелые породы» - терриконы. Терриконы долгое время дымяться, преобразуясь из пустых пород в своеобразные шлаки, которые применяются подобно топливным отходам. Но чаще всего они представляют собой обожженные и вспучившиеся глины, из которых дроблением возможно получать аглопорит.

Другой вид - органические отходы и в частности - древесные отходы. В нашей стране ежегодно вырубает-

ся примерно 1/3 годового прироста древесины - это порядка нескольких сот миллионов кубических метров. При этом из каждых 5м3 срубленной древесины из леса вывозится около 4м3 бревен, а после их распиловки - получается менее 3 м3 пиломатериалов, остальное составляют отходы (долготьё, коротьё, горбыли, рейки, стружки, опилки). Выход пиломатериалов с учетом усушки в среднем составляет 55-60% объема бревна. Общее количество древесных отходов ежегодно составляет более 150 млн. м3. Из них в виде горбыля и реек - до 25%, а опилок - 10%. Ещё часть расходуют как топливо, остальное не используется

Если превратить эти отходы в стружку или целлюлозные волокна и смешать с синтетическими смолами, то могут быть получены древесностружечные или древесно-волокни-стые плиты и ценная добавка в бетоны в виде фибры.

Отходы сельского производства - костру (паклю) лубяных растений (льна, конопли и др.), солому и др. можно использовать для получения теплоизоляционных и звукоизоляционных плит, листов и плит для отделочных работ (полов, стен).

1. Применение отходов в производстве железобетона

Сегодня огромной промышленности строительных материалов является железобетон, для которого не хватает уже природных компонентов - кварцевого песка и гранитного щебня.

Наступивший XXI век должен быть веком бетона на основе техногенных отходов, что позволит не только утилизировать техногенные отходы, решит экологические, энергетические и природоохранные задачи, но и поднять технологию бетонов на новую эколого-экономическую ступень развития.

Вклад бетоноведения в решение экологических проблем рассматриваются в следующих направлениях:

Сокращение выбросов веществ, сопутствующих производству портландцемента и энергозатрат;

Сокращение расхода клинкерного цемента на 1м3 бетона без ухудшения его качества;

Замена клинкерной части цемента, а также природных заполнителей, техногенными отходами других производств, в том числе содержащих токсичные элементы, благодаря превращению их в нерастворимые вещества и консервации.

Сегодня отходы являются основой нового направления промышленности - химизации бетона с достижением у

него новых технических показателей. Так золы, шлаки и золошлаковые смеси, применяемые в бетоны лишь для замены части цемента, улучшают удобоукладываемость смесей, обеспечивают требуемую прочность и морозостойкость бетона до F = 100-300, снижают усадку и водопроницаемость. Зола повышает коррозионную стойкость железобетона и сульфатостой-кость обычного бетона, не влияя на его деформации ползучести, усадку и модуль упругости.

Приготовленную золошлаковую смесь (2) и шлак применяют взамен тяжелых заполнителей природного происхождения (песка, гравия и щебня), легких (пористых) заполнителей искусственного изготовления (керамзит, аглопорит и др.), природного происхождения (пемза, туф и др.) или в сочетании с ними.

Плотный шлак - раздельного удаления с последующим охлаждением расплава водой применим для обогащения мелких природных песков или в качестве щебня мелкой фракции - для тяжелых бетонов.

Пористый шлак - твердого удаления может служить крупным заполнителем в легких бетонах.

В настоящее время классификация и показатели свойств отходов вошли в нормативные документы. Так в соответствии с ГОСТ 25818 по виду сжигаемого топлива золы-уноса (золы сухого отбора) подразделя-

ют на антрацитовые (А), каменноугольные (КУ) и буроугольные, образующиеся в результате сжигания бурого угля (Б).

Золы-уноса (ЗУ) ТЭС применяют и в качестве компонента для изготовления тяжелых, легких, ячеистых бетонов и строительных растворов, а также в качестве тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов. И в зависимости от области применения подразделяют на 4 вида: I - для железобетонных конструкций из тяжелого и легкого бетонов; II - для бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов, строительных растворов; III - для изделий и конструкций из ячеистых бетонов; IV - для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и др.).

По химическому составу золы-уноса делятся на 2 типа: кислые (К), содержащие окись кальция (СаО) до 10% по массе и основные (О), содержащие СаО более 10% по массе, в т. ч. у ЗУ топлива Б свободного СаОсв - не более 5% для I и II вида золы и не более 3% - для IV вида. Для III вида СаОсв не нормируется.

В обозначениях марок золы учитываются вышеизложенные сокращения.

Пример: ЗУ КУК-1 ГОСТ 25818 - каменноугольная (КУ), кислая (К),

зола-уноса (ЗУ) для изготовления железобетонных конструкций должна соответствовать следующим требованиям:

I I I - 6% и IV - 3%;

II и IV видов - не более 1,5% и III -3,5%; - Ппп для ЗУ кислых из КУ: I вида - не более 10%, II - 15%, III -7% и IV - 5%; из А: I вида - не более 20%, II - 25%, III и IV - 10%; из Б: I вида - не более 3% , II - 5%, III - 5% и IV - 2%; для ЗУ основных из Б: I,

III и IV видов - не более 3% и II - 5%. Удельная поверхность зол, м2/кг,

должна составлять для ЗУ кислых I и III вида не более 250, для ЗУ кислых II вида - 150 и для ЗУ кислых

IV вида - 300; для ЗУ основных I вида - 250, ЗУ основных II вида -200, ЗУ основных III вида - 150 и ЗУ основных IV вида - 300. Остаток на сите № 008, % по массе, должен составлять для ЗУ К I и I I I видов - не более 20%, ЗУ К II вида - не более 30% и ЗУ К IV вида - не более 15%; для ЗУ О I и II видов - не более 20%,

I I I вида - не более 30% и IV вида - не более 15%.

К сожалению, в России из (50 млн. т) общего объема образующихся зо-лошлаковых отходов лишь не более 11% приходится на долю золы-уноса.

Однако в мировой практике зола теплоэлектростанций ТЭС - эффективный компонент бетона в повышенных количествах (50-200кг/м3) (а для высокопрочных бетонов - микрокремнезем или его комбинация с золой) вводится в подавляющее большинство бетонов и рассматривается как обязательный компонент.

Зола вводимая в больших количествах, требует сокращения на ту же величину тех или иных компонентов бетона. Введение золы в бетонную смесь возможно взамен цемента или взамен песка. Эти способы взаимосвязаны (табл.1).

Таблица 1

№ состава Расход материалов, кг/м3 йсж, МПа

вода цемент песок щебень зола

1 190 330 650 1200 - 25

2 200 230 590 1200 100 18,7

3 190 230 730 1200 - 13,6

4 200 229 531 1200 100 25

Бетон с расходом золы 100 кг/м3 бетона (состав 2) может быть получен ее введением по обьёму как взамен цемента в состав 1 с расходом цемента 330 кг/м3, так и взамен песка в состав 3 с расходом цемента 230 кг/м3.

Изменения объемов вследствие повышения водопотребности смеси с золой и меньшей плотности золы (р3 = 2,1 г/см3) компенсируются повышением расхода песка. При этом введение золы взамен цемента может приводить к снижению прочности. Более эффективно введение золы взамен песка: если зола эффективна - прочность растет (в составе 4 - на 14%). На практике, как правило, обычно требуется сохранить прочность на постоянном уровне. Для чего частями золы заменяют цемент и песок.

Пропорции замены зависят от эффективности золы, качество которой количественно выражается коэффициентом эффективности (Кэ). Физический смысл его представляет - отношение масс сокращаемого цемента и вводимой золы, при сохранении постоянной прочности бетона. При использовании Кэ становится наглядным назначение состава бетона с золой. Так, Кэ=0,5 означает, что при введении в бетон, например, 100 кг золы для сохранения прочности расход цемента возможно сократить на 50кг и еще на 50кг -расход песка (при замене по массе). Если вводить золу в состав 1 (табл. 2) с целью получения равнопрочного бетона, то, приняв Кэ=0,31, получим состав 4 (замена по объему).

Таблица 2. Коэффициент эффективности некоторых зол

Расход цемента, кг/м3 Вид золы/условия твердения

Ангарской ТЭС(2) Буштырской ТЭС (3) Углегорской ТЭС(4)

пропари-вание нормальное тведение пропари-вание пропари-вание

240 0,39 0,46 0,5 0,39

300 0,31 0,36 0,4 0,42

350 0,2 0,79 0,33 0,45

400 0.2 0,25 0,5

Иногда более полезной оказывается «прочностная» интерпретация Кэ: отношение прироста прочностей при введении какого-либо количества золы и того же количества цемента. В этом случае Кэ определяется проще. Так как прочностной эффект увеличения расхода цемента на каждом производстве известен, то остается установить прочностной эффект от введения золы (взамен песка). В качестве примера можно воспользоваться данными табл. 1. Прочностной эффект от 100кг цемента - 11,4 МПа, а от 100кг золы -

5,1 МПа, откуда: Кэ = - = 0,45.

При использовании Кэ имеются и сложности, связанные с зависимостью его величины от расхода цемента, количества золы, режима твердения (приведенные выше значения Кэ справедливы для определенного расхода цемента).

Большинство российских зол имеет повышенную водопотребность, по-

этому Кэ понижается с ростом расхода цемента, а для зол низкой во-допотребности, пластифицирующих бетонную смесь, он может и повышаться. Вообще данные о зависимости Кэ от расхода цемента несколько противоречивы, поэтому его лучше определять экспериментально.

С ростом расхода золы эффективность её снижается и установление рассматриваемой зависимости становится трудоемким. Тогда возможно ограничиться одним расходом золы (например, 100-150 кг/м3), а больший Кэ при меньших расходах золы рассматривать как некоторый коэффициент запаса прочности. Такие составы могут быть в дальнейшем скорректированы по результатам производственного контроля прочности бетона.

Основным видом золы, вводимой в бетоны, является низкокальциевая зола ТЭС сухого удаления. Она представляет собой преимущественно силикатное стекло, а слагающий его аморфный кремнезем химически активен по отношению к Са(ОН)2, выделяющемуся при гидратации цемента (так называемая - пуццолани-ческая активность). Реакция между ними приводит к образованию высокодисперсных гидросиликатов

кальция (типа СаО8Ю^Н2О) с высокой вяжущей способностью взамен малопрочного Са(ОН)2, а измельчение частиц - к уменьшению размеров пор и снижению проницаемости. Все это улучшает структуру бетона. К сожалению, пуццолановая реакция (с аморфным кремнезёмом) начинается поздно (примерно в 7суточ-ном возрасте) и протекает медленно; основной ее эффект при нормальном твердении бетона проявляется к 3-месячному возрасту и интенсивное твердение бетона с золой наблюдается в более позднем возрасте - до года и более. В итоге прочностной эффект от введения золы и экономии цемента, определенные по 28-суточной прочности, оказываются ниже, чем для бетона большего возраста. Тем не менее этот «возрастной» эффект не теряется, а обусловит и дополнительный запас прочности, и пониженную проницаемость, а следовательно, повышенную долговечность такого бетона (разумеется, при условиях, способствующих продолжению гидратации в позднем возрасте).

Кроме пуццоланического эффекта, зола оказывает на бетон и значительное физическое воздействие, которое принято называть «эффектом микронаполнителя». В чистом виде он проявляется в повышении прочности при введении в бетон инертных порошков, например, молотого песка, пылевидных отходов дробления и

т.д. Его основой можно считать увеличение концентрации дисперсных частиц в цементном тесте-камне, что вызывает снижение его пористости. Другой аспект этого эффекта проявляется в бетонных смесях с низким расходом цемента, где имеет место явный дефицит дисперсных частиц. Введение золы его ослабляет или ликвидирует, в итоге улучшается зерновой состав цементно-песчаной составляющей, уменьшается расслоение бетонной смеси и повышается однородность бетона. Следует отметить, что «стабилизирующая» роль золы возрастает в связи с тенденцией применения в монолитом строительстве высокоподвижных смесей, с повышенной склонностью к расслоению.

При увеличении расхода цемента расслоение бетонной смеси снижается, но повышается тепловыделение твердеющего бетона, что может привести к образованию микротрещин уже на ранних стадиях твердения. Сокращение расхода цемента при введении золы снижает тепловыделение и вероятность образования термических микротрещин, что также улучшает структуру бетона. В массивном бетоне опасность микротрещин существенно возрастает, и положительная роль золы проявляется во всем диапазоне расходов цемента.

В бетон могут вводиться золы ТЭС, отвечающие определенным

требованиям, в первую очередь к их химическому составу. ГОСТ 2581891 нормирует: содержание СаО, МgО, БО3, щелочей, а также потери при прокаливании. Из показателей, определяющих эффективность золы, в бетоне для железобетонных изделий нормирована только удельная поверхность.

За рубежом в качестве основной характеристики зол для бетонов используется дисперсность. Принято считать, что именно дисперсностью определяются такие важные свойства зол, как водопотребность, пуц-цоланическая активность, микрона-полняющий эффект, потери при прокаливании. Ее оценивают по остатку на сите 45 мкм, считая, что удельная поверхность зол, содержащих пористые частицы, определяется неточно. Но зарубежные стандарты, например, европейские нормы EN-450 «Зола для бетона», наряду с химическим составом, нормируют не только дисперсность, но также индекс активности, характеризующий прочностной эффект золы в смеси с цементом. В ряде стандартов нормируется также водопотребность золы. По общему принципу - зола не должна повышать водопотребность бетонной смеси.

В то же время золы повышенной водопотребности могут оставаться достаточно эффективными в бетоне. Так введение 100 кг золы на 1м3 бетона взамен песка повысило проч-

ность на 14%, несмотря на рост водопотребности смеси на 10 л/м3.

Разумеется, золы с пониженной водопотребностью более эффективны, особенно в бетонах с повышенным расходом цемента.

Введение золы улучшает целый комплекс свойств бетонной смеси и бетона. Следует отметить, что это происходит одновременно со снижением расхода цемента в бетонах с золой в соответствии с Кэ. Бетонная смесь с золой при той же подвижности более пластична, легче перекачивается и заполняет формуемое пространство, что особенно важно при «трудных» условиях укладки. Затвердевший бетон с золой, имея пониженную проницаемость, повышает долговечность, защитное действие по отношению к арматуре затрудняя диффузию ионов хлора в бетон, а также коррозионную стойкость. Особенно резко повышается сульфатостойкость. Но эти эффекты достигаются при продолжительном влажностном уходе, что обеспечивает пуццолановую реакцию в поверхностном слое бетона, который ответственен за перечисленные свойства.

В то же время следует учитывать и некоторые негативные последствия введения золы в бетон. Прежде всего, замедляется твердение бетона в ранние сроки, особенно при пониженных температурах. В ряде случаев, особенно при значительных

расходах золы, возможно снижение морозостойкости бетона, что является сложной функцией расхода золы, длительности ухода за бетоном и возраста, в котором начинается воздействие мороза. Наконец, следует учитывать, что взаимодействие золы с Са(ОН)2 при пуццолановой реакции ведет к уменьшению щелочного резерва в бетоне, при больших расходах золы может возникнуть опасность его полного связывания и коррозии арматуры. Поэтому количество вводимой золы ограничивается.

ГОСТ 25818-91 предусматривает максимально допустимое отношение зола: цемент как 1:1 по массе.

Шлаки ТЭС, запасы которых исчисляются миллионами тонн, являются прекрасным сырьем для производства бетона. Они образуются из минеральной части углей, сжигаемых в пылевидном состоянии в топках котлоагрегатов.

Многие районы страны испытывают острый недостаток - природных песков, отвечающих требованиям действующих стандартов, поэтому строители вынуждены использовать очень мелкие пески с Мкр = 1,...1,2. Это неизбежно ведет к перерасходу цемента и снижению качества железобетонных конструкций. В последнее время мелкие природные пески обогащают попутными продуктами и отходами производства. Рациональное использование отходов расширяет

сырьевую базу строительства и снижает его стоимость.

Шлаки по зерновому составу представляют собой механическую смесь шлакового песка (крупность зерен 0,14-5 мм) и шлакового щебня (крупность зерен более 5мм). Плотность зерен шлака, образующихся в топках котлов, агрегатов с жидким шла-коудаленнем, находится в основном в пределах 2,3-2,5 т/м3; дробимость зерен фракшии 5-10 мм по методике ГОСТ 8269 составляет 20-25%, а прочность образцов-кубов с ребром 2см, выпиленных из куска шлака, достигает 150-200 МПа. То есть шлаки ТЭС применимы в качестве заполнителей бетонов высоких марок, вплоть до М700.

Учитывая высокое значение модуля крупности (Мкр) шлакового песка (3,05-3,96), топливный шлак раздельного удаления целесообразно использовать в качестве компонента, улучшающего гранулометрию мелких песков.

Шлаковый песок не имеет недостатков, присущих многим видам промышленных отходов - практически не содержит лещадных и игловатых зерен, илистых, глинистых и других вредных примесей. Некоторое количество пылевидных фракций, которое может содержаться в шлаках, не ухудшая свойств бетона, заметно улучшает реологические характеристики бетонной смеси.

Практика показала, что стабильная однородность и прочность бетона могут быть получены лишь при оптимальном дозировании, учитывающем гранулометрию исходного песка и добавляемого шлака. Методика расчета состава бетона, обеспечивающего получение оптимальной гранулометрии заполнителей и повышение плотности и прочности бетона, учитывает, что в составе топливного шлака содержатся не только песчаные фракции, но и более крупные зерна, заменяющие щебень. Кроме того, плотность зерен шлака ниже, чем традиционных заполнителей из твердых горных пород, поэтому, количество шлакового заполнителя должно быть меньше суммы масс кварцевого песка и гранитного щебня.

Структуры цементного камня с отходом кремнезема с микро- и на-норазмерными частицами

Сегодня широкое внимание технологов привлекает экологически весьма нежелательные отходы черной, цветной металлургии в виде силикатного «дыма», имеющих в своём фракционном составе даже наноразмерные частицы. Их захоронение требует помимо технологических операций подготовки и складирования ещё и закрытия поверхности гумусом с газоном для того, чтобы предотвратить дальнейшее пыление отходов в сухую или жаркую погоду.

При микро- и наноразмерных наполнителях цементного камня актуальны явления и механиз-мы, участвующие в структурообразовании от их введения как модификатора. Роль микро- и нано-размерных частиц в процессах модифицирования структуры цементного камня и бетона рассматривается в контексте с влиянием включений других их размерных масштабов.

В технологическом материаловедении каждый размерный масштаб «включения» частиц соотносится с соответствующим своим масштабным уровнем структуры, представляемым в виде двухкомпонент-ной подсистемы «матрица - включение». Это последовательно касается крупного, мелкого заполнителя, микронаполнителя, ультрамикро- и наноразмерных частиц. Каждый вид включения, «работая» в рамках своего масштабного уровня структуры, влияет на структуру всего материала (как композита). Последним, и это важно, предопределяется синергизм получаемых эффектов.

Необходимость системной количественной сбалансированности содержания включений разного размерного масштаба очевидна. Эта задача имеет отношение и к оптимизации дозировки микро- и наномодифици-рующих частиц.

Размерный масштаб следует рассматривать в качестве исходно-

го идентификационного параметра включений. С размерно-геометрическим и визуально экспрессфикси-руемым признаком, связаны многие идентификационные характеристики включений - удельная площадь поверхности, удельная поверхностная энергия, число частиц и число контактов частиц в единице их объема (см. таблицу 3), квантово-размерные эффекты и состояния частиц, предопределяющие проявление ими механических, физических и химических воздействий на процессы структуро-образования и эффекты преобразования структуры материалов.

Рассматривая возможные механизмы участия микро- и нанораз-мерных частиц в процессах струк-турообразования цементного камня и бетона, необходимо рассмотреть систему, в которой оказываются они изначально.

Это полидисперсные многофазные системы цементного теста со сложением исходных дисперсных частиц в упаковки определенной плотности. В них развиваются процессы смачивания, адсорбции, хемосорбции, пеп-тизации, растворения, гидратации, коллоидации, зародышеобразования и фазообразования с кристаллизацией и перекристаллизацией.

«Жизненный цикл» микро- и на-норазмерных частиц определяется сущностью и мерой вовлечения их в эти явления и процессы структу-рообразования. Это зависит от размерно геометрических и субстанциональных характеристик, дозировки микро- и наноразмерных частиц. В общем случае структурообразующее участие и преобразующее их влияние становиться результатом следующих взаимосвязанных механизмов.

Таблица 3.

Оценочные характеристики ний, вводимых в структуру бетона

Наименование включений Размер, Удельная поверхность, м2/кг Удельная поверхностная энергия, Дж/кг Число частиц в единице их объема (в 1м3) Число контактов частиц в единице их объема (в 1м3)

Крупный заполнитель 510_3-4^10-2 До 0,5 До 0,6 До 1104 До 9104

Мелкий заполнитель 510_4-5^10"3 До 24 До 30 До 5-106 До 4107

Микронаполнитель 510_6-2^10-4 До 300 До 400 До 11012 До 91012

Микрокремнезем 110"7-210-7 До 20 000 До 18 000 До 6-1018 До 4-1019

Наноразмерные частицы 210_9-4^10-8 До 200 000 До 250 000 До 2-1022 До 11023

Первым и общеизвестным является механизм, определяющий повышение плотности упаковки системы сложения дисперсных частиц, уменьшение общей ее пористости, изменение структуры пористости.

На стадии развития процессов смачивания, адсорбции, хемосорбции присутствующие в системе микро- и наноразмерные частицы способны за счет увеличения объема адсорбци-онно и хемосорбционно связываемой ими воды уменьшать объем капиллярно-связанной и свободной воды, приводить вследствие этого к изменению технологических реологических свойств цементного теста и бетонной смеси, к повышению их вязкости и пластической прочности.

На стадии коллоидации, зароды-шеобразования и фазообразования микро- и наноразмерные частицы способны выполнять роль центров кристаллизации и понижать энергетический порог этого процесса, ускорять его.

Одновременно проявляющимся эффектом влияния частиц как центров кристаллизации будет «зонирование» структуры твердения. Микрообъемы структуры твердения будут оказываться в поле энергетического, термодинамического влияния отдельных микро- и наночастиц, что будет сопровождаться формированием агломератов и кристаллитов из новых гидратных фаз. Размер,

объем, число агломератов и кристаллитов в единице объема будет предопределяться квантоворазмерным состоянием частиц, количественным их содержанием (дозировкой) в единице объема цементного камня и бетона.

Зонирование - как процесс и как результат процесса преобразования структуры цементного камня обеспечивает положительные явления для свойств бетона, поскольку имеет прямое отношение к характеристикам однородности - неоднородности структуры, площади границ раздела фаз и соответственно - к изменению условий работы материала под нагрузкой с точки зрения концентрации и локализации, формирования в нем напряжений и деформаций, условий зарождения и продвижения трещин.

Еще один принципиально важный механизм модифицирования структуры цементного камня при введении микро- и наноразмерных частиц связан с возможностью их непосредственного химического участия в гетерогенных процессах фазообразования гидратных соединений. Такая возможность определяется как субстанциональным признаком (химико-минералогическим составом) частиц, так и повышенными значениями удельной площади их поверхности и удельной поверхностной энергией.

Таким образом, характеризуя механизмы преобразующего влияния микро- и наноразмерных частиц на

структурообразование и структуру цементного камня и бетона, следует в общем случае иметь в виду пространственно-геометрический аспект (параметры системы сложения дисперсных частиц, плотность их упаковки, пористость и структура пористости, зонирование образования новой фазы), термодинамический и кинетический аспект (энергетическое облегчение процессов гидратации и твердения, их ускорение), кристал-ло-химический аспект (проявление частицами роли кристаллической затравки, фактор зонирования аморфно- кристаллической структуры, участие субстанции частиц в химико-минералогических процессах фазообо-разования), наконец, технологический аспект (влияние на водопотребность, изменение реологических характеристик формовочных смесей).

Однако возможности и мера реализации этих механизмов структу-ропреобразования цементного камня должны определяться видом, характеристиками и дозировкой микро- и наноразмерных частиц.

В этом ряду одним из самых приемлемых вариантов является использование наноразмерных частиц кремнезема по причине их доступности, возможности относительно простого и недорогого синтеза.

При общности рассмотренных механизмов преобразования структуры цементного камня микроразмерными

и наноразмерными частицами кремнезема существует принципиальная разница в эффективности их применения. Это обусловлено прежде всего значительным отличием размеров микро- и наноразмерных частиц кремнезема при том, что по своей субстанциональной природе микро-и наноразмерные частицы кремнезема являются подобными.

Применяемый сегодня в практике микрокремнезем (МК)(Рис.1) является побочным продуктом производства кремния и ферросплавов, состоящим на 80-98% из диоксида кремния аморфной модификации; частицы имеют сферическую форму со средним диаметром 200нм; удельная площадь поверхности, измеренная методом адсорбции азота, составляет 15 000 - 25 000 м2/кг; удельная поверхностная энергия может достигать 18 кДж/кг, а число частиц в единице объема - 1018 шт./м3.

Рис. 1. Основные характеристики кремнеземной пыли: а - форма и размеры зерен (с микрофотографии) ; б - кривая гранулометрического состава

Габариты наноразмерных частиц кремнезема на два порядка меньше

размеров частиц микро-кремнезема и составляют от 1 до 20 нм; удельная площадь поверхности наноразмерных частиц SiO2 может достигать 200000 м2/кг, а удельная поверхностная энергия - до 250 кДж/кг. Это со-зает ситуацию, когда большинство связей атомов наночастиц выходит на поверхность, тем самым, обеспечивая чрезвычайно высокую удельную поверхностную энергию, отнесенную к массе частиц. Обьём улавливания микрокремнезёма в России составляет 30-40 тыс.т. Это ценнейший суперпуццолановый отход, применяемый для производства супервысокопрочных бетонов.

Рентгенометрическое исследование кинетики процесса структуро-образования цементного камня, модифицированного наноразмерными частицами SiO2, выявило следующие закономерности: процесс протекает значительно быстрее, так как уже при длительности твердения 1 час присутствует значительное количество гидросиликатных фаз; процесс фазообразования характерен тем, что доминирующей фазой в данном случае являются более низкоосновные гидросиликаты кальция. С увеличением продолжительности твердения содержание данной фазы увеличивается, при этом уменьшается количество фаз 3СаО SiO2, и более активно происходит увеличение содержания фаз 2СаО^Ю^Н20 и

(СаО)х^Ю2-пН2О. И это связано именно с введением в цементно-водную систему наноразмерных частиц Si02. Существенным отличием применения наноразмерных частиц является то, что их присутствие в системе наблюдается лишь в начальные сроки твердения (8-24 часа); затем они не фиксируются. Это обусловлено их чрезвычайно высокой химической активностью и способностью участвовать в реакциях, вероятно, и по топохимическому механизму.

Высокая удельная поверхностная энергия частиц микрокремнезема и, особенно наночастиц Si02, изменяет термодинамические условия химических реакций и приводит к появлению продуктов твердения измененного, по сравнению с системой твердения без добавки, минералогического, морфологического и дисперсного составов.

2. Экологическая оценка отходов промышленных предприятий (на примере серосодержащих отходов)

Имеются основательные теоретические научные проработки утилизации конкретных отходов (3), например, шламов, зол и шлаков ТЭС непосредственно для выпуска определенных материалов. Так разработаны и апробированы технологии получения из отходов металлургических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических, химических, энергетических предпри-

ятий дорогостоящего глиноземистого и расширяющегося цементов, жаростойкого бетона, высокоэффективных добавок - для керамзита, керамического кирпича и других материалов.

Однако, несмотря на разнообразие строительных материалов из промышленных отходов, утилизация отходов к общей массе их образования остается ещё низкой. И поэтому предприятия стройиндустрии, всесторонне и стабильно использующие техногенное сырье с ценными компонентами, не обрели массового характера.

Обьясняется это достаточно сложным поэтапным комплексным подходом к проблеме утилизации отхода, но, безусловно - обязательным с позиции охраны здоровья людей и окружающей среды. К тому же дополняемым ещё экономически целесообразной оценкой применения техногенного сырья, определяющей в конечном итоге - непременно повышающий коэффициент его полезного использования по сравнению с существующими производствами - прямыми потребителями природного сырья.

Технологически поэтапность обоснованности трансфомации отхода в технологическое сырьё для производства стройматериалов и их службы в экслуатационных условиях строительных сооружений определяется:

Установлением пригодности техногенного сырья для нужд стройин-дустриии;

Выбором технологии переработки сырья для производства строительных материалов.

В тоже время определение пригодности отнесения техногенного отхода к классу «потребительского» сырья включает также несколько этапов оценки по различным критериям.

I этап - Оценка токсичности.

Токсичность отхода оценивается путем сравнения состава с ПДК (предельно допустимой концетрацией) канцерогенных (токсичных) веществ и элементов. Здесь возможны три варианта:

Отход содержит значительное количество токсичных веществ, превышающих ПДК;

Отход содержит небольшое количество тяжелых металлов;

В отходе отсутствуют вредные вещества.

В первом случае отход без специальных мер очистки не может быть использован в производстве строительных материалов и направляется на захоронение.

При наличии в составе отхода примесей тяжелых металлов можно рекомендовать его к использованию в обжиговых технологиях при условии образования в массе достаточного для консервации (капсулирования) тяжелых металлов расплава.

В случае отсутствия токсичных элементов рассматриваемый отход рекомендуется ко второму этапу оценки.

II этап - Радиационная безопасность.

В настоящее время сложившаяся практика строительства зданий, с учетом радиационной безопасности предусматривает контроль эффективной удельной активности (Аэф) естественных радионулидов (ЕРН) <К, <Ка, <ТП. Техногенное сырье, имеющее удельную активность ЕРН Аэф<370 Бк/кг (в соответствии с НРБ-96 ГН 2.6.1.054-96) относится к I классу материалов. Это сырье возможно применять для материалов, использующихся во вновь строящихся жилых и общественных зданиях.

Если удельная активность ЕРН Аэфф <740 Бк/кг, то такой отход можно отнести ко II классу материалов, и он должен использоваться только в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений.

Если удельная активность ЕРН техногенного сырья составляет Аэфф <2,8 кБк/кг - III класс материалов. То отход следует применять для производства материалов, используемых только в дорожном строительстве вне населенных пунктов.

При Аэфф>2,8 кБк/кг вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно по согласованию с федеральным органом Госсанэпиднадзора.

III этап - Оценка химико-минералогического состава

Химико-минералогический состав является определяющим фактором для выбора направления использования отхода. Для объективной оценки необходимо определить:

Органическую и минеральную часть;

Вид органики (масла, смолы, дег-ти, растительные остатки и др.);

В минеральной части, кроме содержания основных оксидов (Si02, А12О3, Ге203, ГеО, СаО, МgО и др.), необходимо определять ещё элементарный (качественный) состав с целью выявления наличия редкоземельных металлов.

По соотношению органической и минеральной части все отходы подразделяются на органические, ор-ганоминеральные и минеральные. Компьютерный метод оценки минерального сырья для производства строительных материалов профессора В.И. Соломатова позволяет определять качественный состав по диаграмме Si02-А1203-(R1R2)0. Оценка осуществляется по химическому составу сырья, количеству эвтектического расплава и соотношению между плавнями. Имея ввиду - ещё, частое непостоянство химического состава техногенного сырья, целесообразно распространение этого метода и на определение степени минерализации такого сырья.

Рис. 2. Диаграмма SiO2-Al2O3(R1R2) О. Области химического состава

техногенного сырья: 1 - кремнезёмистого, 2 - глиноземистого, 3 - алюмосиликатного, 4 - щелочесодержащего, 5 - щелоче-силикатного, 6 - щелочеалюминат-ного, 7 - щелочеалюмосиликатного.

IV этап - Объем образования.

Объём образования (много-, малотоннажного) определяет использование отходов в виде основного сырья, либо - в качестве добавок.

Промышленный отход после проведения поэтапной оценки приобретает определенный статус, разрешающий, строителям применение его в производстве строительных материалов.

Однако при подготовке техногенного сырья к производству строительных материалов необходимо учитывать трудоемкость процесса

извлечения ценного компонента из отхода или его очистку от токсичных примесей.

Поэтому учитываются предварительно все затраты на переработку техногенного сырья для трансформации его в кондиционное сырьё.

Всё это и определяет экономическую эффективность применения отхода для производства дешевых строительных материалов.

Вся необходимая информация для дальнейшего использования техногенного сырья разрабатывается специалистами специальных служб. Это способствует серьёзному разрешению проблемы накопления отходов и улучшению экологической обстановки.

3. Эколого-гигиенические требования при производстве строительных материалов

В целях эколого-гигиенической безопасности на предприятиях (1) должен:

Быть разработан нормативно-технический комплекс документов по безопасности труда при работе с тонкодисперсными отходами различных производств;

Применяться технологический способ изготовления материалов, например, бетонов, максимально исключающий контакт работающих людей с тонкодисперсными отходами;

Поддерживаться показатель параметров технологического оборудо-

вания, обеспечивающих требуемую концентрацию содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны;

Организован тщательный контроль над содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны цехов предприятия;

На предприятии предусмотрен порядок обеспечения работающих людей средствами индивидуальной защиты от пыли, шума и вибрации;

Проводиться регулярный медико-профилактический осмотр рабочих, имеющих контакт с отходами производства;

Контролироваться государственным документом о соответствии предприятия по изготовлению бетонов различных видов на основе техногенных отходов всем санитарно-гигиеническим требованиям;

Утверждённый в установленном порядке перечень требований наличия для всех веществ, входящих в состав бетона, токсикологических характеристик и их соответствия требованиям по содержанию ЕРН;

Исключен любой случай возможности эксплуатационно-климатического воздействия, приводящего к выделению вредных веществ выше гигиенических нормативов и обусловливающего придание материалам аллергенных, канцерогенных и других опасных свойств.

Например, бетон считается экологически чистым, если соответствует требованиям по содержанию естественных радионуклидов и выделению вредных веществ в атмосферу при разных условиях эксплуатации в соответствии с действующими ПДК.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Гусев Б.В. и др. Использование твердых отходов литейного производства в строительной индустрии. Экология и промышленность России, №2, 2005 с. 12-15.

2. А.И. Звездов, Л.А. Малинина, И.Ф. Ру-денко. Технология бетона в вопросах и ответах. М.,2005.

3. Б. А. Усов, А. Н. Волгушев. Технология модифицированных серных бетонов. М., изд-во МГОУ, 2010.