Экология строительных материалов

Экология строительных материалов
Содержание
Введение
1. Основные строительные материалы и их характеристики
2. Критерии безопасности строительных материалов. Гигиеническая безопасность строительных материалов
3. Технология производства строительных материалов. Экологическая безопасность технологических процессов производства строительных материалов
3.1. Материалы, используемые в производстве строительных материалов.
3.2. Технология производства строительных материалов, экологическая безопасность процессов
3.3. Способы повышения экологической безопасности строительных материалов и самих производств по производству строительных материалов.
Заключение
Список использованной литературы

Экология строительных материалов

Гигиенические испытания строительных полимерных материалов предусматривают микробиологические исследования, в ходе которых оценивают воздействие материалов на сапрофитную микрофлору помещений. Анализ микробиологических свойств ряда строительных материалов показал, что материалы на поливинилхлорида, а также полимербетон на основе мономера фенол-альдегида обладают выраженными противомикробными свойствами. Причем в этом случае противомикробное свойство относят к вредным факторам, ухудшающим экологию жилых помещений.
   Экологическая безопасность строительных материалов обязательно предполагает контроль материалов на содержание радионуклеидов. Такой контроль относится к природным материалам, которые применяют в виде щебня, гравия, песка. Проверяют также на радиоактивность бутовый камень, цементное и кирпичное сырье. Обычно для строительных материалов используют побочные продукты промышленности ископаемых, которые добывают на месторождениях, а отходы промышленного производства в виде золы, шлаков, используют для изготовления строительных материалов6.
Радиоактивность строительных материалов характерна для определенных районов страны. Причем кроме естественной активности возможно также проявление техногенных радионуклидов в сырьевых материалах. Обнаружено также, что применение радиоактивного сырья будет серьезно сказываться в производстве керамических покрытий и керамических строительных изделий, поскольку в процессе переработки сырья в готовые керамические изделия концентрация радионуклидов только возрастает.
Использование промышленных отходов является распространенным явлением, поскольку это позволяет не создавать значительных отходов, а использовать их в переработанном виде, что полезно с позиций не загрязнения территорий, то в свете полученных результатов о радиоактивности многих промышленных отходов, обязательно надо проводить анализ сырьевых строительных материалов природного происхождения на радиоактивность7. Только в этом случае удастся исключить вторичное загрязнение окружающей среды.
Еще одной важной проблемой с позиций экологической безопасности строительных материалов является содержание в них тяжелых металлов. Оказалось, что в воде, протекающей по цементным трубам, присутствуют тяжелые металлы – свинец, хром8.
Источником тяжелых металлов в этом случае являются цементные трубы, которые изготавливали, ориентируясь только на такие свойства цемента для труб, как водонепроницаемость и прочность. Для изготовления цементов с такими свойствами чаще всего в качестве наполнителей использовали пиритные огарки, железоникелевые, железованадиевые и гальванические шламы. При этом, как уже указывали, использование их в строительных материалах было и экономически выгодным для промышленности страны. Но при эксплуатации таких цементных труб под воздействием напора воды, а также химических свойств воды происходит деструкция материала и катионы тяжелых металлов попадают в питьевую воду, которая является уже крайне опасной для человека. Попадание в организм катионов тяжелых металлов всегда приводит к отравлению человека, но в зависимости от концентрации отравление организма человека может проявляться в разной степени, иногда этот процесс растянут во времени.
  До недавнего времени в строительных материалах широко применялся асбест, который также делал многие строительные материалы крайне опасными для здоровья человека. Сейчас свойства асбеста с позиций экологии изучены и установлено, что благодаря исходной волокнистой структуре минерала он является очень хорошим наполнителем при производстве строительных плит с применением цемента и полимерных и материалов. Но в тоже время при эксплуатации этих материалов асбест склонен выделяться в виде пыли, а попадая в дыхательные пути человека он провоцирует появление астматических заболеваний. Кроме того выделение асбеста происходит достаточно быстро и сами строительные материалы с его использованием к виде наполнителя теряют механическую прочность.
После того, как были выявлены такие вредные наполнители при производстве цемента и материалов на его основе, а также была выявлена токсичность асбеста, стали проводить более детальные исследования всех минеральных наполнителей при производстве вяжущих (цементов). Но изучение свойств минеральных наполнителей все еще проведено не полностью. Связано это с тем, что отсутствуют достоверные критерии, по которым следует определять экологическую безопасность строительных материалов. Кроме того эти исследования требуют значительных затрат на проведение исследований и на аппаратуру для исследований.
Но уже известные всем результаты о негативном влиянии многих минеральных материалов на здоровье человека и на окружающую среду заставляют производителей строительных материалов более серьезно относиться к выбору сырьевых материалов для производства и опираться не только экономическую целесообразность применения теъх или иных отходов промышленного производства, а оценивать экологическую безопасность производимых строительных материалов.
Широкое ознакомление населения всего мира с экологическими проблемами, стоящими сейчас перед нами привело к тому, что развитие промышленности строительных материалов возможно только при условии производства высококачественной и экономически выгодной, а также экологически безопасной продукции. Такое направление является также основным направлением современной индустрии строительных материалов в России.
3. Технология производства строительных материалов. Экологическая безопасность технологических процессов производства строительных материалов
3.1. Материалы, используемые в производстве строительных материалов.
Все материалы, применяемые в производстве строительных материалов должны соответствовать требованиям, изложенным в технических условиях и ГОСТах. Свойства материалов должны характеризоваться показателями, которые определяют при лабораторных испытаниях или на полигоне или в лабораторных условиях по методикам, предусмотренным Государственными стандартами или Техническими условиями.
Государственные стандарты (ГОСТ) на строительные материалы, имеют силу закона и являются обязательными для всех. В ГОСТе и ТУ содержатся определение и состав материала, указывается способ его получения или происхождение материала, область применения в строительстве. Там же приводят сведения о технических свойствах и нормативные требования, которые определяют согласно описываемым в документе методами испытаний. Также в этих документах указывают особенности упаковки, транспортировки и хранении материала.
Все строительные материалы подразделяют на минеральные неорганические и полимерные органические. В настоящее время широкое применение находят новые композиционные материалы, которые содержат в значительных количествах и органические и неорганические материалы. Такие материалы обеспечивают достижение новых уровней технических и эксплуатационных свойств.
Чтобы оценить экологическую безопасность производства строительных материалов надо обязательно оценить экологическую безопасность сырьевых исходных материалов. Как уже было отмечено в гл. 1 до последних десятилетий при производстве строительных материалов недостаточно уделяли внимания оценке экологической безопасности сырьевых материалов. Все свойства строительных материалов рассматривали по 4 категориям – физические, химические, механические и технологические. Все указываемые в технической документации параметры строительных материалов практически обеспечивают требуемые качества материалов и делают их пригодными для строительных работ.
Об экологической безопасности сырьевых материалов следует говорить при производстве строительных материалов, в которых используют каменные минеральные породы (изверженные, осадочные, метаморфические). Из минеральных пород добывают взрывным способом рваный камень (бут), путем раскола получают грубоколотый камень, при дроблении пород получают щебень, песок, булыжник, гравий.
Минеральные породы используют при производстве неорганических вяжущих веществ – цементов и бетонов. Промышленность выпускает несколько марок цемента, который предназначен для разных строительных целей. Для достижения требуемых свойств в основу цемента добавляют специальные вещества, обеспечивающие при твердении цемента нужный комплекс свойств.
Кроме того минеральные материалы применяют в производстве строительных растворов и в производстве безобжиговых каменных материалов, а аткже изделий на основе гидротационных вяжущих веществ9.
К строительным материалам на основе минеральных пород относится стекло, керамическая плитка1011. В отдельной группе находятся материалы на основе асбеста, асбоцементные изделия – плиты, трубы.
Следующей большой группой строительных материалов, котрые изготавливают на основе минерального сырья, в основном, глины являются искусственные обжиговые материалы – кирпичи. Также к минераральным строительным материалам, но органического происхождения относят битумы, дегти, каменноугольный пёк.
Второй группой сырьевых материалов для производства строительных материалов являются полимерные материалы12. Полимерные материалы - это синтетические высокомолекулярные органические соединения. Полимеры, с линейным строением молекул, обладают свойством термопластичности, они размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. Причем эти операции можно проводить без заметного изменения свойств и структуры материала неоднократно.
Полимерные материалы с объёмным строением молекул обладают свойством термореактивности, что означает, что они при нагревании они становятся пластичным и принимают заданную форму, а затем переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. К термореактивным полимерам относятся фенопласты, они в отличие от термопластов не могут многократно расплавляться и затвердевать.
Полимерные материалы содержат три группы веществ связующие, пластификаторы, наполнители, которые придают полимерам определенный комплекс физико-механических свойств. Исходными материалами для получения полимеров и, в дальнейшем полимерных строительных материалов, являются этилен и стирол, которые получают путем органического синтеза1314.
Благодаря достаточно высоким механическим свойствам, хорошей эластичности, электроизоляционным качествам, а также способности принимать любую форму в процессе переработки полимерные материалы нашли широкое применение во всех областях строительства.
Еще одной группой строительных материалов являются древесные строительные материалы, которые очевидно, следует отнести к экологически безопасным строительным материалам. На основе указанных групп сырьевых материалов сейчас налажено производство разнообразных строительных материалов на основе минерального природного и полимерного синтетического сырья.
К таким материалам можно отнести плитонит, который производят разных марок. Плитонит выпускают на совместных с Германией предприятиях. Под плиттонитом понимают большой ассортимент сухих смесей для выравнивания пола и подготовки основания в промышленных, общественных и жилых помещениях, клеев для приклеивания керамической плитки и материала, который называют керамогранит, мозаики и натурального камня, шпаклевок, штукатурок, гидроизоляционных, ремонтных и монтажно-кладочных смесей, цветных затирок, грунтовок и добавок для раствора. Определенные марки плитонита можно использовать для гидроизоляции и тепловой изоляции при установки печей и каминов. Все марки плитонита должны соответствовать требованиям европейских стандартов DIN, EN.
3.2. Технология производства строительных материалов, экологическая безопасность процессов
В настоящее время во всем мире необходимо огромное количество строительных материалов. Для их производства строят огромные заводы, к которым проводят дороги, позволяющие удобно доставлять сырье и производить доставку готовых строительных материалов в разные регионы. В сявзи с этим очевидно, что производство строительных материалов требует обязательного строительства дорог, для которых также требуется огромные количества материалов. Создание таких объемных производств строительных материалов привело к тому, что в регионах нарушены были сложившиеся экосистемы. Кроме того все производства строительных материалов характеризуются значительными выбросами в атмосферу пылевидных частиц, необходимостью использовать энергию, воду и производить сбросы сточных вод.
Основным строительным материалом, который служит базовой основой для изготовления цемента и других материалов на его основе является карбонатное сырье. Цемент производят либо в шахтных печах при обжиге в 900 – 1300 град. С, либо во вращающихся печах при температуре обжига около 1480 град. С. После чего клинкер размалывают и смешивают с другими компонентами.
Главное воздействие на окружающую среду предприятия по производству цемента оказывают за счет выбросов пыли из дымовых труб, газообразных выбросов оксидов серы, азота, углерода и других элементов продуктов разложения сырья. Кроме того предприятия производят шум, они нуждаются в очистных сооружениях для очистки воды и местах для складирования отходов производства. Основные выбросы пыли происходят от печей и из цементных мельниц. Еще одним источником пыли являются сырьевые заводы цементных производств.
Особенностью, которая значительно усложняет улавливание пыли, является то, что в процессе обжига горячий отработанный газ или воздух проходит через измельченный до состояния пыли материал, что приводит к образованию дисперсионной смеси пыли и газа, уловить которую оказалось крайне сложно. К настоящему времени разработаны технические методы улавливания пыли, которые представляют электростатические осадители и фильтры. Производители цемента утверждают, что их применение позволило снизить пылеобразование на 90 %. Но, к сожалению, уровень пыли на цементных производствах еще очень высок.
Стекло и керамические материалы производят из минеральных компонентов, которые подлежат предварительному тонкому помолу, затем проводят смешивание компонентов и после этого проводят основную операцию – варку стекла в ванных печах и обжиг керамических изделий в туннельных печах.
Опасными предприятиями из-за выбросов пыли в атмосферу как при обжиговых процессах, так и на сырьевых заводах, являются производства стекла и керамических изделий. Все эти предприятии нуждаются в очистных сооружениях по очистке сточных вод , территории для складирования отходов. Кроме того предприятия по производству цветных стекол и керамики могут также загрязнять окружающую атмосферу тяжелыми металлами, которые сопутствуют многим минеральным красителям.
3.3. Способы повышения экологической безопасности строительных материалов и самих производств по производству строительных материалов.
Основными способами повышения экологической безопасности строительных материалов является использование для их производства экологически не опасного сырьевых материалов.
Кроме того необходимо правильно использовать строительные материалы, для чего материалы должны быть снабжены соответствующей информацией. Основную опасность для человека представляют материалы, полученные путем органического синтеза. Так даже если в качестве напольного покрытия используют деревянную доску или паркет, но при этом покрывают их синтетическими лаками, содержащими толуол или ксилол, то даже деревянные напольные покрытия не могут быть экологически безопасными. Опасными для здоровья оказались покрытия из ламината и линолеума, иногда опасным является и ковролин из-за аллергенности для некоторых групп людей. Опасными для здоровья могут быть некоторые виды обоев на виниловой основе. Использовать такие обои можно только в помещениях, в которых человек находится самое непродолжительное время.
Но все-таки и ковролин и ламинат, а также другие отделочные материалы можно употреблять для отделки жилых помещений. Условием их использования является правильная их эксплуатация, соблюдение условий хорошего проветривания помещений и своевременная замена этих материалов. Важным фактором использования указанных материалов является их более низкая стоимость, по сравнению, с естественными материалами – бумага, дерево. Кроме того известно, что бумажные обои и деревянные полы также не всегда безопасны, они обладают способностью сохранять запахи, в них могут развиваться микроорганизмы и эти материалы при долгом их использовании становятся аллергенными.
Важным способом повышения экологической безопасности является налаживание экологически наиболее безопасных технологических режимов производства строительных материалов.
Для материалов на основе полимеров к таким условиям относят соблюдение технологических режимов синтеза для обеспечения наиболее полного протекания процесса полимеризации и минимального содержания исходных мономеров. В процессах полимеризации необходимо использовать тщательно очищенное от примесей исходное сырье, а также очищенные компоненты, обеспечивающие получение материалов с теми или иными свойствами. Для уменьшения количества летучих примесей необходимо шире использовать в технологиях производства вакуумирование.
Для производственных процессов получения строительных материалов на основе минеральных компонентов таких как цемент, стекло, керамика, экологической безопасности достигать можно путем совершенствования технологического оборудования, организацией технологического процесса таким образом, чтобы не было возможности допускать заметные отклонения от заданных режимов15.
Кроме того очень важным условием снижения экологической опасности производственных процессов является создание систем контроля режимов всех операций процесса, включая и операции контроля исходных сырьевых материалов, контроля промежуточных и конечных продуктов производства.
Создание систем контроля режимов всех операций процесса, включая и операции контроля исходных сырьевых материалов, контроля промежуточных и конечных продуктов производства полностью относится к процессам производства полимерных строительных материалов.
К важнейшим способам налаживания экологически безопасных производственных процессов получения строительных материалов на органической, неорганической и смешанной основе является создание на производствах замкнутых циклов циркуляции воды и горячих пара и газа. Кроме того все предприятия должны быть снабжены цехами по очистке сточных вод на уровне, обеспечивающем сброс в реку воды, соответствующей требованиям экологов.
Одним из реальных путей создания условий по повышению экологической безопасности строительных материалов16 является также разработка системы маркировки строительных материалов с учетом параметров экологической опасности.
В связи с тем, что экологическая безопасность строительных материалов еще недостаточно полно отражена в стандартах всех стран представители фирмы маркировки EcoMaterial предлагают проводить работы по созданию нового стандарта для строительных материалов, но на основе принципов стандартов ISO 14020 и 14024. По предложению фирмы стандарт будет состоять из 62 критериев оценки, которые разработаны на основании многих факторов и учитывает влияние материала на человека и окружающую среду в течение всего жизненного цикла продукта, от добычи сырья до утилизации материала.
Среди предлагаемых факторов есть обязательные к выполнению, которым должен соответствовать любой сертифицируемый материал, и дополнительные, за выполнение которых исследуемый материал получает баллы. Максимально количество баллов – 200. Возможны 3 градации материалов.
1. Материал безопасен для человека и рекомендуется к использованию без ограничений (выполняются все обязательные требования и набрано не менее 55 баллов).
2. Материал безопасен для человека, а также его производство не приносит вреда окружающей среде(выполняются все обязательные требования, набрано не менее 85 баллов).
3. Совершенно натуральный материал (выполняются все обязательные требования, набрано не менее 135 баллов и в составе материала отсутствуют синтетические компоненты).
Предлагаемый стандарт разрабатывается совместно с ведущими материаловедческими лабораториями страны.
Блок 1:
Блок 2:
Блок 3:
Безопасность для человека
Безопасность для окружающей среды
Экологическая ответственность производителя