Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Колодяжный С.А
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Наиболее распространенные экотоксиканты, выделяемые СМ |
|||
Вещества |
Класс |
Вероятность |
Кратность |
Источники загрязнения |
|
опаснос |
обнаружения |
превышения |
|
|
ти |
|
ПДК |
|
Формальдегид |
2 |
100 |
1-20 |
Мебель, отделочные материалы, |
|
|
|
|
ДСП, ДВП |
Фенол |
2 |
70 |
1-5 |
Отделочные материалы, ДСП, |
|
|
|
|
ДВП |
Стирол |
4 |
100 |
1-12 |
Отделочные материалы, |
|
|
|
|
технические средства |
Винилхлорид |
2 |
20 |
1-2 |
Линолиум, провода, кабели, |
|
|
|
|
отделочные материалы, обои |
Этилбензол |
3 |
100 |
1-3 |
Отделочные материалы, |
|
|
|
|
оргтехника, кабели, проводка |
Гексаналь |
3 |
100 |
1-5 |
Мебель, лаки, краски, отделочные |
|
|
|
|
материалы |
Ацетальдегид |
3 |
80 |
1-4 |
Мебель, лаки, краски, отделочные |
|
|
|
|
материалы |
|
|
|
|
|
Ацетофенон |
3 |
60 |
1-5 |
Мебель, технические материалы, |
|
|
|
|
оргтехника |
|
|
|
|
|
Микотоксины |
2 |
50 |
1-5 |
Отделочные материалы, обои, |
|
|
|
|
ДСП, ДВП |
Аммиак |
4 |
50 |
1-4 |
Шпатлевки, бетоны, композиты |
Бисфенол А |
3 |
50 |
1-4 |
Стеклопластики, клеи, |
|
|
|
|
пенопласты, лакокрасочные |
|
|
|
|
покрытия, шпатлевка, |
|
|
|
|
пластиковая тара, рулонные |
|
|
|
|
материалы, тара |
Нонилфенол |
3 |
20 |
1-2 |
Отделочные материалы, |
|
|
|
|
технические средства, оргтехника |
Триклозан |
2 |
20 |
1-2 |
Отделочные материалы, ДСП, |
|
|
|
|
ДВП, обои, рулонные материалы |
Втабл. 1 даны выделяющиеся из СМ вещества, которые необходимо контролировать согласно МУ 2.1.2.1829-04. В табл. 2 приведены данные о классе опасности типичных экотоксикантов, вероятность их обнаружения в СМ и кратность превышения ПДК в воздухе помещений [7-9,15-24].
Городские жители проводят в закрытых помещениях 22,5 часов в сутки, при этом загрязнение воздуха внутри жилых и производственных помещений, в транспорте нередко превышает загрязнение снаружи в 2-4 раза [2, 7-9, 15]. Показано, что практически все СМ: утеплители, ковровые покрытия, рулонные материалы (линолеумы, обои, ткани, пленки), красящие и защитные средства (лаки, краски, мастики, герметики), половые покрытия (плитки, паркет, наливные полы), мебель и материалы для ее изготовления (ДСП, ДВП, пластики), коммуникации для подачи и отвода воды, для вентиляции (трубы, краны, фитинги, смесители, шланги), пластиковые окна, двери и т.д. выделяют в окружающую среду вредные для здоровья человека загрязнители.
Впоследнее время в научной периодике и СМИ активно обсуждают проблемы опасности для здоровья человека триклозана, нонилфенола и бисфенола А. Они выделяются из СМ, бытовых полимерных материалов, например таре для пищевых и непищевых продуктов СМ [17-24]. Эти производные фенола входят в состав многих композиционных
41
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
полимерных материалов либо как мономеры (бисфенол А), либо как стабилизирующие или консервирующие добавки (нонилфенол, триклозан) (табл. 2).
Все большей проблемой для современных зданий, строящихся в России не только в летнее время, но уже в круглогодичном режиме, стало газовыделение аммиака. В табл. 3 приведены источники его эмиссии [14].
|
Таблица 3 |
Источники эмиссии аммиака из бетона и строительных смесей |
|
Добавка в бетон |
Применение в бетоне |
|
|
Триэтаноламин |
Интенсификатор помола цемента, добавка - |
|
ускоритель твердения |
|
|
Сульфированные |
Входят в состав добавок-регуляторов твердения |
меламиноформальдегидные смолы |
бетона |
|
|
Аминоуксусная кислота, |
Модификаторы противоморозного действия, |
аминопропионовая кислота |
компоненты комплексных модификаторов |
|
|
Карбамид (мочевина) |
Входит в состав противоморозных добавок и |
|
ускорителей твердения |
Амиды карбоновых кислот |
Входят в состав противоморозных добавок и |
|
ускорителей твердения |
|
|
Нитрат аммония |
Модификатор противоморозного действия |
|
|
Гидроксид аммония |
Модификатор противоморозного действия |
|
|
Хлористый аммоний |
Модификатор противоморозного действия |
|
|
Аммонийная форма нитрата кальция |
Используется в качестве ускорителя сроков |
|
схватывания и компонента в противоморозных |
|
добавках |
Оксалат аммония |
Входит в состав ускорителей схватывания |
|
|
Лигносульфат аммония |
Пластификатор |
|
|
Аммонизированная зола-уноса |
Активная минеральная добавка |
|
|
Исследователи обратили серьезное внимание на микотоксины. СМ, содержащие в своем составе отходы лесной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, текстильной промышленности являются питательной средой для размножения микроорганизмов (бактерий, грибов). Последние не только вызывают биокоррозию СМ, но продуцируют весьма токсичные вещества – микотоксины [25-27].
Задачи аналитического контроля безопасности строительных материалов.
Можно выделить три блока задач в аналитическом контроле СМ: 1) установление экологической безопасности; 2) контроль набора технических свойств, гарантирующих безопасную эксплуатацию материалов, изделий и конструкций; 3) распознавание контрафакта, фальсификата, идентификация фирменной продукции.
Первый блок задач связан необходимостью жесткого и надежного контроля в СМ допустимого уровня токсикантов: тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов, микотоксинов, консервантов, патогенных микроорганизмов и летучих экотоксикантов техногенного происхождения. Он наиболее важен в аналитической практике.
С помощью хромато-масс-спектрометрии (ХМС) в воздушной среде жилых и общественных зданий обнаружено около 560 летучих соединений, относящихся к 32
группам химических веществ [28], |
это углеводороды, |
кислород-, азот-, серо- и |
|
42 |
|
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
галогенпроизводные углеводородов. Среди углеводородов алканы и циклоалканы наименее токсичны. Ароматические углеводороды – бензол, толуол, стирол и особенно полиароматические углеводороды (нафталин, антрацен, фенантрен и др.), а также
гетероциклическая ароматика (бенз(а)пирены, |
диоксины), напротив, очень опасные |
|
вещества, легко накапливающиеся в жировых |
тканях людей и животных. |
Из |
кислородсодержащих производных наиболее опасны метанол, сивушные масла, альдегиды и кетоны (формальдегид, ацетальдегид, гексаналь, ацетон), карбоновые кислоты (муравьиная, уксусная, масляная), производные азота – оксиды азота, цианиды, изоцианаты, аммиак и амины.
Следует отметить, что степень насыщенности полимерсодержащими СМ в жилых помещениях колеблется от 10 до 100 %. При этом концентрации выделяемых экотоксикантов в воздухе могут превышать гигиенические нормы в 2-15 раз. В первую очередь это касается фенола, стирола и формальдегида – основных загрязнителей жилой среды в России. Формальдегид, стирол и фенол превышают ПДК в более чем 80 % проб, взятых внутри помещений! Высокое содержание формальдегида выявлено также в квартирах с газовым отоплением и газовыми плитами, где он является продуктом неполного сгорания [15].
Приведем пример строительного объекта, в котором экологическая опасность обусловлена применением полимерсодержащих СМ. В метростроении полимеры и органические добавки используют для создания футеровки, ограждающих конструкций, в качестве составной части полимерцементных бетонов, во внутренней отделке подземных помещений, гидроизоляции и герметизации, теплоизоляции конструкций, в антикоррозионных материалах и покрытиях, мастиках, дренажных трубах, средствах укрепления грунтов и др. [10]. Карбамидные смолы выделяют фенол, формальдегид и аммиак, эпоксидные смолы – эпихлоргидрин, бисфенол А. Поливинилацетатные материалы выделяют формальдегид и метанол. Материалы укрепления грунтов выделяют бисфенол А, гексаметилендиамин, капролактам, фталаты, малеиновый и фталевый ангидриды, меламин, метанол, нитрит акриловой кислоты, стирол, фенол, утропин, формальдегид, эпихлоргидрин, свинец, цинк, медь, титан и др.
В метро обнаружен и такой источник загрязнения как микрофлора (грибков, мха, бактерий и др.), хорошо размножающаяся на поверхности СМ и производящих микотоксины [10, 25-27]. С целью борьбы с микроорганизмами в СМ вводят антисептики, консерванты - триклозан, крезолы и др., которые сами являются опасными загрязнителями [30].
Какие материалы и изделия контролируются в типовых лабораториях строительного профиля? На примере Центра коллективного пользования им. проф. Ю.М. Борисова (ЦКП) ВГТУ в перечень объектов входят цементы и портландцементы, специальные виды цементов, гипсовые вяжущие вещества, известь строительная, мел и глина, грунты, песок, щебень и гравий, искусственные пористые заполнители, сухие строительные смеси, смеси растворные и бетонные, строительные растворы, легкие и тяжелые бетоны, специальные виды бетонов, изделия бетонные и железобетонные, тротуарная плитка, изделия из природного камня, древесина и изделия из нее, кирпич и камни силикатные, кирпич и камни керамические, керамическая плитка, теплоизоляционные материалы и изделия, кровельные и гидроизоляционные материалы, битумы и минеральные порошок, смеси асфальтобетонные и асфальтобетон, стальная и полимерная арматура, конструкции бетонные, железобетонные, стальные и деревянные. Как правило, определяют интегральные технические свойства, механические показатели, химический состав основных компонентов, реже контролируют загрязнители.
На схеме (рис. 2) приведены подразделения ЦКП, выполняющие исследования СМ. Как видно из рис 2., непосредственно химическими анализами занимается лишь одно
из подразделений ЦКП, при этом в исследовании материалов предпочтение отдается гравиметрическим, титриметрическим и спектральным методам анализа.
43
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Рис. 2. Подразделения ЦКП строительного профиля (на базу ВГАСУ, вошедшего в состав ВГТУ)
Весьма востребован, например, анализ минералогического состава минерального сырья с помощью рентгенофазового дифрактометра, состава сталей с помощью атомноэмиссионного спектрометра, гранулометрического состава порошковых материалов с помощью лазерного анализатора формы и размеров частиц, состояния поверхности материалов с помощью сканирующей зондовой микроскопии и т.д. Отсутствие должного контроля технико-эксплуатационных свойств (2-я аналитическая задача, обозначенная выше) может привести к опасности разрушения здания. Так, некачественные железобетонные конструкции, в частности, применение арматуры не той марки, которая была нужна для создания запаса прочности, привели к разрушению Трансвааль-Парка в Москве в 2004 г. после обильного снегопада (рис. 3). Применение некачественного утеплителя с пониженным содержанием антипиренов привело к пожару жилых зданий в Грозном в 2013 г. (рис. 4).
В контроле безопасности материалов наиболее ходовыми становятся хроматографические методы. С их помощью можно изучать состав основных компонентов, примесей и микропримесей до 80% всех выпускаемых химических веществ и материалов. Поэтому на этих методах следует остановиться детальней.
На схеме (рис. 5) представлены группы хроматографических методов, которые позволяют контролировать качество и экологическую безопасность СМ. Основная доля существующих методик (МВИ, МУК, ГОСТ и РД) приходится на капиллярную газожидкостную хроматографию (КГЖХ). В работах [6-9, 30] приведен достаточно большой перечень аттестованных хроматографических методик определения экотоксикантов, который постоянно растет. Этот список пополняется методиками ВЭЖХ, не утратила актуальность практика применения ТСХ [22,24]. Существенно возросло число методик, в которых для анализа вредных веществ в материалах используют ХМС, причем не только в сочетании с КГЖХ, но и в сочетании с ВЭЖХ [18-20, 23, 25, 30].
44
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
Рис. 3. Разрушенная кровля Трансваальпарка, Москва, 2004.
Рис. 4. Возгорание зданий, утепленных некачественным утеплителем, Грозный, 2013
Но одной из серьезных проблем не только хроматографических, но и других инструментальных методов является пробоотбор и пробоподготовка [5-8, 12, 30]. При изготовлении и эксплуатации СМ наблюдается достаточно выраженное и нередко продолжительное газовыделение, особенно характерное для новых СМ, но со временем из-за деструкции все сильнее «фонят» низкомолекулярными продуктами и старые СМ [29]. Поэтому актуальной является разработка методов отбора газовыделений, водных смывов, аэрозолей, выделяющихся из полимерных и композитных СМ в процессе производства, эксплуатации, а также в чрезвычайных ситуациях.
45