7. Охрана окружающей среды

Предполагаемый срок службы каменных конструкций принимают равным 100 лет. Согласно исследованиям максимально полный нормативный срок службы зданий 120-150 лет. Здания, используемые более этого нормативного срока, следует отнести к сооружениям сверхдлительной эксплуатации. К таким зданиям в полной мере можно отнести памятники архитектуры. Такие сооружения очень уязвимы и только серьезные научные исследования, реставрация и последующий, регулярный уход могут сохранить выдающиеся памятники старины для будущих поколений. При непродуманных реконструкциях зданий часто устраивают дополнительные проемы, отверстия и т. п., что нарушает монолитность конструкций и может изменить их статическую схему.

В строительной практике бытует неверное представление о долговечности зданий. Считается, что все беды кроются только в плохом качестве строительных материалов и работы строителей. Слишком часто игнорируются природные свойства стройматериалов и воздействия на них многообразия внешних условий. Разрушение зданий или их отдельных конструктивных элементов носит не случайный характер. Причиной его обычно являются старение строительных материалов, неблагоприятное воздействие атмосферы и неправильная эксплуатация сооружений.

В последние 60-80 лет загрязненность воздуха настолько увеличилась, что простоявшие не одно столетие архитектурные памятники интенсивно разрушаются. Загрязнение воздушного бассейна складывается из загрязнений предприятий города и региона и из загрязнений, являющихся результатом трансграничного переноса.

В целом, уровень загрязненности воздуха в городе ниже среднего по России.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха Санкт-Петербурга определяется выбросами загрязняющих веществ от стационарных источников и автотранспорта.

По диоксиду азота, диоксиду серы, оксиду углерода зоны с превышением ПДК захватывают большую часть городской территории. По диоксиду серы зона охватывает всю территорию.

Приоритетными загрязнителями атмосферы города являются предприятия топливно-энергетического комплекса, металлургии, металлообработки, а также автотранспорт. Наибольший вклад в массу выбросов промышленных предприятий вносят оксид углерода, диоксид серы, диоксид азота, твердые загрязняющие вещества.

Следует отметить, что валовые выбросы загрязняющих веществ за последние десять лет от стационарных источников постоянно сокращались. Это связано, прежде всего, с сокращением промышленного производства. Так снижение за счет падения объемов производства в 1998 г составило по диоксиду серы 84%, от уровня 1980 г, а по окислам азота - 50% от уровня 1987 г.

Структура и объемы вредных выбросов определяется конкретными производственными процессами и связаны работой определенных предприятий.

На предприятиях города имеется около 35 000 источник выбросов. Основной вклад в загрязнение воздушного бассейна города вносят предприятия Кировского района (23.4% от общего объема выбросов по городу), Колпинского (12.9%), Невского (10.3%), Фрунзенского (8.1%), Калининского (6.1%) районов. Вклады районов определяются работой предприятий - загрязнителей на этих территориях.

ТЭЦ 14 и 15 АО "Ленэнерго" вносят почти 20% загрязнений в валовой общегородской выброс. АООТ "Ижорские заводы - вносит 7.6% в валовой выброс по городу в целом.

Выбросы от автотранспорта имеют заметную тенденцию к росту, что объясняется ростом парка автомобилей индивидуального пользования. Вклад выбросов от автотранспорта (с учетом индивидуального автотранспорта) в валовой выброс загрязняющих веществ в целом по городу составил в 1996 году 74.2%, из них: оксида углерода - 94.8%, двуокиси азота - 35.2%, углеводородов - 96.5%.

Так на Васильевском острове основной вклад в загрязнение атмосферы вносят именно легковые автомашины (ок. 84% от общего количества автомашин). Выбросы загрязняющих веществ от индивидуального автотранспорта в 1996 году составили 135.7 тыс.т из них: оксида углерода - 114.6 тыс.т, диоксида азота - 9.1 тыс.т, углеводородов - 12.0 тыс.т. Увеличение выбросов за год составило 14.8 тыс.т.

Трансграничное атмосферное загрязнение определяется переносом веществ в атмосфере из других регионов.

Соединения серы вследствие трансграничного атмосферного переноса поступают на территорию Ленинградской области от 22 стран Европы, включая Россию и Балтийское море. Однако влияние 12-ти стран составляет более 1% (8 мг/м²), а наибольшее влияние оказывают Россия, Эстония, Польша и Германия (от 70 до 270 г/м²).

На территорию области окисленный азот импортируется из 26 европейских стран и регионов, включая морские акватории. В связи с высокой миграционной способностью азота в атмосфере влияние стран на Ленинградскую область сравнительно равномерно - 2-6% (0,5-15 мг N/м²). Однако наибольшее влияние приходится на Россию (19%), Финляндию (11%) и Польшу (10%).

На территорию области аммиак поступает от 25 стран Европы в относительно небольших количествах от 0,7 до 16 мг/м², что составляет не более 8%, а в целом влияние всех этих стран оценивается в 51%. Оставшиеся же 49% поступают от различных регионов России.

Рассмотрим последовательно влияние этих факторов на процесс разрушения зданий и сооружений. Естественное разрушение каменистых строительных материалов под воздействием воды, газов и перепадов температуры называется коррозией. Минералы, входящие в состав каменистых материалов, могут растворяться в кислотах, щелочах и солях. Главными виновниками коррозии следует считать кислоты, которые интенсивно разъедают известняки. Из атмосферных газов наиболее вредными являются двуокись азота и двуокись серы. Двуокись азота, соединяясь с воздушной влагой, образует азотную кислоту, которая при реакции с известняками и доломитами образует легко вымываемые нитраты магния и кальция. Двуокись серы, растворяясь в воде, тумане или снеге, превращается в сернистую кислоту. При ее окислении атомарным кислородом, содержащимися в воздухе, образуется серная кислота. Последняя превращает в сульфат магния и сульфат кальция строительные известняки, известняковый туф, песчаник и другие кальций - и магний - содержащие строительные материалы.

В нашей стране только автомобили каждый год выбрасывают в атмосферу 17 миллионов тонн вредных веществ. На автомобили приходится 70-80% загрязнения воздуха. Выхлопные газы скапливаются в атмосфере, особенно в туманную погоду. Они содержат окислы углерода, азота, бензапирин (последний обладает канцерогенным действием), и другие вредные вещества. Это чрезвычайно плохо влияет на кирпичную кладку стен, особенно повышенное процентное содержание серы – главного загрязнителя воздуха. Процесс носит необратимый характер, в результате памятники архитектуры разрушаются.

Под воздействием серной кислоты на поверхности каменной кладки образуется твердая корка, содержащая сульфаты кальция и магния. При проникновении воды под затвердевшую корку процесс прогрессирует: соли кристаллизируются и твердая корка отделяется. Обнаженная поверхность камня теряет механическую устойчивость, крошится, превращается в порошок и легко поддается разрушительному воздействию воды и ветра. Таким образом, загрязненность атмосферы – главная причина разрушения материалов, содержащих кальций и магний. В атмосфере имеются и другие вредные вещества, действия которых на каменистые строительные материалы пока еще детально не изучено.

Для разрушения стройматериалов есть и множество других причин. Главными из них являются физико-химические процессы, связанные с циркуляцией воды и температурными колебаниями. При этом, значительная роль отводится воде и влаге, содержащихся в воздухе. Вода разрыхляет продукты коррозии, унося их, а некоторые и совсем растворяет. Она способствует растворению солей, их миграции и гидролизу. Вместе с растворенными в ней химическими реагентами вода проникает внутрь строительной конструкции, начинается коррозия материала. Продукты коррозии значительно увеличиваются в объеме, вызывают растягивающие напряжения, в результате чего возникают трещины. Эксплуатация зданий требует поддержания в них определенных температурно-влажностных условий. При нарушении таких условий вода и водные растворы солей, имеющихся в капиллярах камня, перемещаются из более нагретых участков в менее нагретые. Кирпичная стена имеет естественную влажность в 2% от массы, что составляет 36 литров на один кубический метр объема кладки. Излишняя влага повышает теплопроводность и сокращает долговечность строительных конструкций.

Влагу, содержащуюся в строительном материале, можно встретить в различных агрегатных состояниях – в виде воды, льда, пара. Каждому агрегатному состоянию воды присущи свои специфические свойства. При переходе воды в лед ее объем увеличивается на 9%, а при переходе в пар – в несколько раз. При этом в строительном материале возникают растягивающие напряжения, которые часто превышают допустимые значения.

Вода и мороз оказывают особенно разрушительное действие. Перепады температуры и влажности особо опасны для каменных (кирпичных) зданий с длительными сроками эксплуатации. Кирпичные стены и штукатурка обладают пористостью. Сквозь поры вода проникает в стены и, замерзая, постройке серьезные повреждения. Появляется целая система микропор диаметром до 0,01 мм, которые связаны между собой. В штукатурке происходит тот же процесс, ведущий к образованию микротрещин. Попадая в щели, между кирпичами, вода под воздействием низких температур превращается в лед и разрывает изнутри межкирпичные связи. Зимой стены промерзают, и если температура внутренней поверхности стен отличается от температуры воздуха в помещении более чем на 6, то на холодных стенах будет выпадать конденсат, что еще больше увеличивает влажность стен. Но и отсутствие конденсата на внутренней поверхности стен не означает, что диффузная влага не появится в толще стены. Диффузия воды обусловлена осмотическим эффектом, или градиентом влажности на противоположных поверхностях стены. В результате диффузии движение воздуха с парами воды через конструкцию происходит с той стороны, где температура выше. То есть зимой изнутри наружу, летом – наоборот. Паро-воздушная смесь накапливается в зоне промерзания стен, что ведет к последовательному разрушению материала. Циклическое увлажнение и высыхание материала, сопровождаемое изменением его объема (набухание и усыхание) вызывает внутренние напряжения. Происходит дальнейшее развитие трещин. Подвижные, часто нестабильные трещины с течением времени формируют стационарные разломы в стенах, играющие роль своеобразных температурных швов здания. Большинство стеновых материалов весьма чувствительны к внутренним напряжениям, что намного сокращает долговечность строительного материала. Кирпич при этом разрушается.

Кирпичная кладка скреплена раствором. В процессе коррозии вяжущее вещество раствора становится рыхлым, часть продуктов разрыхления со временем вымывается, остается один песок, что значительно ослабевает прочность кладки, в результате чего тоже появляются трещины. В дальнейшем это ведет к образованию сквозных трещин в стенах зданий.

Бороться со всеми перечисленными факторами в настоящее время можно только применением специальных покрытий и выполнением периодического ремонта архитектурных памятников. [13]