Химические и экологические свойства строительных материалов

Вариант №8

1.Химические и экологические  свойства строительных материалов.

Химические свойства выражают степень  активности материала к химическому  взаимодействию с реагентами и способность  сохранять постоянными состав и  структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Некоторые  материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в  обычной среде. Ряд материалов проявляет  активность при взаимодействии с  кислотами, водой, щелочами, растворами, агрессивными газами и т. д. Химические превращения протекают также  во время технологических процессов  производства и применения материалов.

Химическая стойкость — свойство материалов противостоять разрушающему действию химических реагентов: кислот, щелочей, растворенных в воде солей  и газов. Она зависит от состава  и структуры материалов. Так, мрамор, известняки, цементный камень в строительных растворах и бетонах, в химическом составе которых преобладает  оксид кальция (СаО), легко разрушаются кислотами, но стойки к действию щелочей. Силикатные материалы, содержащие в основном диоксид кремния (SiO2), стойки к действию кислот, но взаимодействуют при повышенной и нормальной температуре со щелочами.

Изменение структуры материала  под влиянием внешней агрессивной  среды называют коррозией.

Коррозионная стойкость — свойство материала сопротивляться коррозионному  воздействию среды. Распространенной и благоприятной средой для развития химической коррозии является вода (пресная  и морская). Агрессивность воды зависит  от степени ее минерализации, жесткости, щелочности или кислотности. Химически  агрессивной средой является также  воздух, содержащий пары оксидов азота, хлора, сероводорода и т. д.

Металлы и сплавы подвергаются коррозии под действием сред, не проводящих электрический ток, например некоторых  газов при высокой температуре  нефтепродуктов, содержащих органические кислоты. Такую коррозию металлов называют химической. Чаще металлы, в том числе  стальная арматура железобетонных конструкций, корродируют в средах, проводящих электрический ток, — водных растворах солей, кислот, щелочей. В этом случае возникает электрохимическая коррозия.

Особым видом коррозии является биокоррозия — разрушение материалов под действием живых организмов — грибов, насекомых, растений, бактерий и микроорганизмов.

Растворимость — способность материала  растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других жидкостях-растворителях. Растворимость может быть и положительным, и отрицательным свойством. Например, если в процессе эксплуатации синтетический  облицовочный материал разрушается  под действием растворителя, растворимость  материалов играет отрицательную роль.

При приготовлении холодных битумных мастик используется способность битумов  растворяться в бензине. Это дает возможность наносить материал на поверхность  тонким слоем, и поэтому растворимость  в данном случае является положительным  свойством.

Кислото- и щелочностойкость неорганических материалов оценивается модулем основности:

M = (CaO+MgO+Na2O+K2O) / (SiO2+Al2O3).

При малом модуле основности, когда в материале содержится повышенное количество кремнезема и глинозема, он более стоек в кислых средах. При высоком модуле основности с преобладанием основных оксидов они более щелочестойки.

Высокую кислотостойкость имеют керамические материалы — плитки, трубы, кирпич. Цементные бетоны, материалы из карбонатных горных пород активно разрушаются кислотами.

Адгезия — свойство одного материала  прилипать к поверхности другого. Она характеризуется прочностью сцепления между материалами. Зависит  от их природы, состояния поверхностей. Это свойство имеет важное значение при изготовлении композиционных материалов, бетонов, клееных конструкций.

Рост требований к надежности стройматериалов, изделий и конструкций, полученных с применением минерального сырья, тесно связан с максимальной комфортностью  и полной безопасностью для здоровья человека.

  

Экологические свойства стройматериалов

 Долгие годы промышленность  стройматериалов была ориентирована  на выпуск материалов и изделий,  отвечающих требованиям автоматизированного  промышленного производства, индустриального  применения и высокого качества  готовой продукции. Из поля  зрения выпадали вопросы безопасности  стройматериалов.

    Получение высококачественной  экономически выгодной и экологически  безопасной продукции является  основным направлением современной  индустрии стройматериалов.

    Использование на протяжении  долгих лет традиционно считавшихся  безопасными стройматериалов, в  свете их радиационного воздействия  на людей, заставило по-новому  оценить эти материалы с экологической  точки зрения (см. рис. 1).

   

В соответствии с ГОСТ 30108-94, эффективная  удельная активность естественных (ЕРН) (Аэфф) – суммарная удельная активность ЕРН в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека по формуле:

      Аэфф = АRa + 1,31.ATh + 0,085.AK , (1)

    где АRa и АTh – удельные активности 226Ra и 232Th, находящихся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, АK – удельная активность К-40, Бк/кг.

 По НРБ-99 эффективная удельная  активность (Аэфф) природных радионуклидов в стройматериалах (щебень, гравий, песок, бутовый камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), добываемых на их месторождениях или являющихся побочным продуктом промышленности (отходы промышленного производства, используемые для изготовления стройматериалов – золы, шлаки и пр.), не должна превышать:

- для материалов, используемых  в строящихся и реконструируемых  жилых и общественных зданиях  (I класс):

     Аэфф= АRa +1,3АTh+0,09АK ≤ 370 Бк/кг; (2)

- для материалов, используемых  в дорожном строительстве в  пределах территории населенных  пунктов и зон перспективной  застройки, а также при возведении  производственных сооружений (II класс):

Аэфф Ј 740 Бк/кг;

- для материалов, используемых  в дорожном строительстве вне  населенных пунктов (III класс):

Аэфф=1,5кБк/кг.

При 1,5 кБк/кг <Аэфф Ј 4,0 кБк/кг (IV класс) вопрос об использовании материалов решается в каждом конкретном случае отдельно, по согласованию с федеральным органом госсанэпиднадзора. При Аэфф>4,0 кБк/кг материалы не должны использоваться в строительстве.

 Так как большинство стройматериалов  являются многокомпонентными, выявление  закономерностей содержания естественных  радионуклидов в таких материалах  в зависимости от эффективной удельной активности исходных компонентов является актуальным для обеспечения радиационной безопасности. Для измерения активности материалов используются дозиметрические средства.

 В целях поиска эффективных путей снижения содержания естественных радионуклидов в строительных материалах, необходимо выявить основные закономерности получения стройматериалов с минимальным их содержанием. Учитывая, что на долю заполнителей в составе бетонов и растворов приходится большая часть объема материала, а многие заполнители имеют высокие значения эффективной удельной активности (гранитный щебень, керамзитовый гравий, шлаки, золы и др.), одной из важных задач является установление влияния различных видов заполнителей на содержание естественных радионуклидов.

 Прогнозирование содержания  ЕРН в стройматериалах позволит  на стадии проектирования при  известных значениях эффективной  удельной активности исходного  сырья установить их безопасность  для населения и определить  рациональные пути их использования.  Особенно это важно в производстве, например, керамических изделий.  В результате спекания глин  происходит возрастание содержания  ЕРН за счет их концентрирования  в составе материалов .

 Особенностью стройматериалов  некоторых регионов является  то, что кроме естественных, в их составе присутствуют техногенные радионуклиды. Это обстоятельство требует дополнительных мер по обеспечению контроля за содержанием не только естественных, но и техногенных радионуклидов в сырьевых материалах и готовых изделиях.

 Но эффективная удельная  активность ЕРН не всегда в  полной мере может характеризовать  опасность радоновыделения. Материалы, относящиеся к безопасным по содержанию ЕРН, могут оказаться крайне опасными по радону за счет его высокой эманирующей способности. Выявление особой роли радона в облучении людей в бытовых условиях и на производствах, далеких от радиационно-опасных технологий, является одной из причин повышенного внимания в последние годы к проблеме радона, условиям его образования и накопления в помещениях.

    Различные материалы,  содержащие радиоактивные элементы, выделяют в окружающую среду  образующиеся в них радиоактивные  эманации . Количество выделяемой эманации зависит от природы, физического состояния, температуры эманирующего тела и др. Степень эманирования характеризуется коэффициентом эманирования .

    Коэффициент эманирования представляет собой отношение количества радона, свободно выделяемого веществом единичной массы Q1, к количеству образующегося в веществе радона Q2 :

кэм = Q1/Q2. (3)

Другой величиной, характеризующей  эманирование, является эманирующая способность. Эманирующая способность – это количество свободного радона, выделяемого единицей массы вещества при условии радиоактивного равновесия. Эта величина связана с удельной активностью радия АRa в материале следующим соотношением [1]:

R = АRa кэм , (4)

где R – эманирующая способность материала, Бк/кг;

 АRa – эффективная удельная активность радия, Бк/кг;

 кэм – коэффициент эманирования.

 В настоящее время изучение  эманирующей способности стройматериалов в нашей стране (да и за рубежом, за исключением нескольких видов строительных материалов) основано на единичных измерениях, которых явно недостаточно. Приводимые в литературе данные по коэффициенту эманирования стройматериалов малочисленны и противоречивы. Они не позволяют установить закономерности получения стройматериалов и изделий с низкой эманирующей способностью. Учитывая многообразие строительных материалов, технологии их изготовления и различные виды образующихся при этом структур, следует ожидать большое разнообразие факторов, влияющих на коэффициент эманирования.

    Использование в производстве  стройматериалов промышленных отходов  носит комплексный характер: экономический,  экологический и социальный. Они  являются ресурсосырьевой базой для производства строительных материалов.

    Однако промышленные  отходы могут успешно быть  утилизированы только в том  случае, если учитываются не только  технологические, но и экологические  свойства как отходов, так и материалов на их основе. Поэтому строительные материалы, содержащие промышленные отходы, должны быть стабильными во времени при воздействии различных факторов, чтобы исключить вредное воздействие на человека и вторичное загрязнение окружающей среды.

    Исследования последних  лет по определению содержания  свинца и хрома в водопроводной  воде, протекающей по цементным  трубам, заставило по-иному взглянуть  на проблему тяжелых металлов  в стройматериалах. Тяжелые металлы,  содержащиеся в таких промышленных  отходах, как пиритные огарки, ферроникелевые, феррованадиевые, гальванические  и другие шламы, отработанные  формовочные смеси, пыли-уноса  цементных заводов, превышают  предельно-допустимые концентрации  в десятки и сотни раз. Попадая  с сырьевыми материалами и  корректирующими добавками в  цемент, с заполнителями и отходами  в растворы и бетоны, а из  стройматериалов водопропускных  сооружений в питьевую воду, могут  наносить значительный вред здоровью  людей. Другой путь миграции  тяжелых металлов осуществляется  по цепочке: стройматериалы, грунт,  грунтовые воды, водопроводная вода, организм человека.

    Приводимые в литературных  источниках сведения по миграции  тяжелых металлов не дают представления  о закономерностях и особенностях  процессов связывания и миграции, а также факторах, определяющих  эти процессы. В настоящее время  практически отсутствуют результаты  теоретических исследований по  данному вопросу.

    Моделирование процессов  миграции тяжелых металлов из  цементных композиций, в зависимости  от различных факторов (плотности,  открытой пористости, температуры,  добавок и др.), позволило выявить  ряд закономерностей получения  экологически безопасных строительных  материалов с использованием  промышленных отходов. Необходимо  учитывать и тот факт, что в  результате коррозионного воздействия  агрессивных сред возможно вымывание  тяжелых металлов из состава  материала. 

    В настоящее время  наиболее изучены экологические  свойства асбеста, полимерных  и материалов на основе органических  вяжущих. Что касается строительных  материалов на основе минеральных  вяжущих, то изучение их экологических  свойств находятся на начальной  стадии. Отсутствуют и теоретические  основы, позволяющие с научной  точки зрения оценить экологические  свойства стройматериалов в зависимости  от их структурно-технологических  характеристик. Учитывая негативное  влияние промышленных отходов  на окружающую среду и здоровье  населения, создание и отработка  новых эффективных технологий  их переработки и обезвреживания  в составе строительных материалов  при обеспечении экологической  безопасности, является важной экономической  и социально-экологической задачей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Стеновые  керамические материалы

 

Керамические стеновые материалы, изготовляемые из глин с добавками  или без них и обожженные, можно  классифицировать по следующим признакам.

 

 По способу формирования:

 изделия пластического прессования;

 изделия полусухого прессования.  К изделиям пластического прессования  относятся: 

 кирпич обыкновенный сплошной;

 кирпич пустотелый;

 кирпич пористо-пустотелый;

 кирпич строительный легковесный;

 камни керамические пустотелые. К изделиям полусухого прессования  относятся:

 кирпич обыкновенный;

 кирпич пустотелый.

 

 По размерам:

 кирпич одинарный — 250X120X65 мм;