методички / 3562

УДК 502.7 : 691

Экологическая оценка безопасности применения строительных мате-

риалов : методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Экология» для студентов специальностей 271501.65 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей, 190300.65 Подвижной состав железных дорог, и направления подготовки 280700.62 Техносферная безопасность, 220100.62 Системный анализ и управление, 221700.62 Стандартизация и метрология, 230100.62 Информатика и вычислительная техника, 230400.62 Информационные системы и технологии очной формы обучения / составитель Ю.А. Холопов. – Сама-

ра : СамГУПС, 2014. – 23 с.

В работе изложены теоретические материалы, отражающие следующие вопросы: «Подходы к анализу экологической безопасности строительных материалов», «Общая характеристика строительных материалов, конструкций и изделий», «Приоритетные эколого-гигиенические требования к строительным материалам», «Токсичность строительных материалов», «Органолептические (одорометрические) показатели», «Радиоактивность строительных материалов», «Биоповреждения строительных материалов», «Экологическая маркировка строительных материалов».

Даны методические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий лабораторной работы.

Утверждены на заседании кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология» 17 ноября 2014 г., протокол № 3.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составитель: Холопов Юрий Александрович

Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология» СамГУПС Е.В. Лукенюк; к.б.н., заместитель заведующего отделением «Охрана труда,

экология и промышленная безопасность» ОАО «ВНИИЖТ» И.П. Шиманчик

Под редакцией составителя

Подписано в печать 23.12.2014. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ 292.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

ВРоссийской Федерации особый интерес к индустрии строительных материалов обусловлен как реализацией приоритетного национального проекта «Доступное и комфортное жилье – гражданам России», так и работами по транспортному освоению территорий на основе «Стратегии развития железнодорожного транспорта до 2030 года», «Транспортной стратегии развития Российской Федерации на период до 2030 года».

Вместе с тем вопросы экологической безопасности различных материалов, используемых в промышленно-гражданском и транспортном строительстве, находятся в стадии разработки, уделяемое им внимание по-прежнему остается недостаточным.

Особенностью современного строительства является использование человеком не только и не столько природных материалов, которые издревле служили элементами различных конструкций, но и активное привлечение в отрасль синтетических, комбинированных материалов. Кроме того, строительная индустрия пытается частично решить проблему утилизации отходов различных производств, используя их в качестве наполнителей бетонов и т.п. [6].

Врамках выполнения поручений Правительства РФ по итогам заседания Президиума Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию России от 17 мая 2013 г. разрабатывается Каталог экологически безопасных строительных материалов – GREEN BOOK. В него будут включены две группы материалов. Первая группа – эта материалы производителей, подтвердивших экологическую маркировку своей продукции третьей независимой стороной. Во вторую группу войдут материалы без маркировки, но отличающиеся высокими экологическими свойствами.

Каталог экологически безопасных строительных материалов предшествует разработке целого ряда стандартов, направленных на реализацию государственной политики в обеспечении экологической безопасности строительной сферы. На очереди разработка двух национальных стандартов: «Строительные материалы и конструкции. Экологическая безопасность при производстве, применении и утилизации. Критерии оценки» и «Отделочные материалы и конструкции. Экологическая безопасность при производстве, применении и утилизации. Критерии оценки» [8].

Очевидно, что будущие инженеры транспортно-строительного комплекса должны иметь представление о тенденциях развития в сфере строительных материалов, о потенциальной опасности тех или иных компонентов, входящих в состав стройматериалов, о регламентах их использования и путях снижения их экологической опасности.

3

Экологическая чистота строительных материалов и изделий определяется содержанием, выделением или концентрацией в них вредных веществ. При оценке степени экологической чистоты строительных материалов в первую очередь учитывают их токсичность, радиоактивность и микробиологические повреждения [3].

Изучение в курсе экологии темы «Экологическая оценка безопасности применения строительных материалов» и выполнение предлагаемых заданий позволит студентам сформировать четкое представление о состоянии вопроса, сделать практические выводы об экологической безопасности применяемых материалов. Все это, в конечном итоге, будет формировать способность научно анализировать социально значимые проблемы и процессы, умение использовать на практике экологические методы (ОК-4), способность пропагандировать цели и задачи обеспечения безопасности человека и природной среды в техносфере (ПК-11).

Методические указания предлагают ознакомиться с теоретической базой и выполнить задания, выбрав индивидуальный вариант согласно порядковому номеру в списке группы (для двузначных чисел – по последней цифре). Студенты проводят описание и экологическую оценку предложенных образцов строительных материалов. Кроме того, студенты четных и нечетных вариантов готовят письменные ответы соответственно на четные и нечетные вопросы для самоподготовки. Работа выполняется в тетради, полученные результаты предъявляются преподавателю для проверки и собеседования.

ПОДХОДЫ К АНАЛИЗУ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методология обеспечения экологической безопасности строительных материалов строится на учете широкого спектра экономических, социальных, технологических и других факторов. Проблема экологической безопасности должна включать в себя четыре аспекта: влияние на человека окружающей природной среды и среды внутри производственных и жилых помещений, а также влияние человека на окружающую природную среду и среду внутрипроизводственных и жилых помещений.

Проблема экологической безопасности строительных материалов, конструкций и изделий в России является на сегодня одной из самых острых, стоящих в одном ряду с проблемой безопасности продуктов питания. Из-за обилия источников загрязнения во внешней окружающей среде в воздух жилища поступают сотни вредных соединений. Концентрация загрязняющих веществ внутри помещения зачастую выше, чем в наружном воздухе (при этом разница может достигать 100-кратной величины!). Именно жилище, его внутренняя воздушная среда отвечает за основной «вклад» в химическую нагрузку на организм человека, связанную с воздухом [4].

4

Кроме того, при использовании техногенных отходов для производства строительных материалов важно обеспечить абсолютную гигиеническую и экологическую безопасность всего технологического процесса [1].

С этой точки зрения одним из перспективных материалов является золопенобетон, позволяющий утилизировать золу и обладающий хорошей звукоизоляцией, что важно при организации шумозащитных экранов вдоль железных дорог [5].

К сожалению, проблема экологической безопасности строительных материалов пока не получила комплексного рассмотрения. Сегодня лишь отдельные вопросы разработаны врачами-гигиенистами, инженерами, технологами-экологами, а также химиками, физиками и биологами [4].

КРИТЕРИИ ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Общая характеристика строительных материалов, конструкций и изделий

Строительные материалы и изделия – это природные и искусственныe материалы и изделия, применяемые при возведении и ремонте зданий и сооружений. Группу природных строительных материалов составляют дерево, камень (гранит, базaльт, диабаз, туф, ракушечник, мрамор и т.п.), рыхлые горные породы – пeсок, гравий, «тощая» и «жирная» глина, супески. К искyсственным строительным материалам относятся pазличные виды кирпича (обжиговый и безобжиговый, саманный и силикатный и др.), теплобетонные камни и термоблоки; искусственные вяжущие вещества - гипс (алебастр), портландцемент, известь, шлакопортландцемент, магнезит, асфальт, aсбест и асбестоцемент, стекло (оконное, теплозащитное) и изделия из стекла (стемалит, стеклянное волокно и вaта).

Особую группу искусственных строительных мaтериалов, получившую в последнее время широкое распространение в строительстве, составляют синтетические полимерные материалы.

Основными видами строительных материалов считаются: каменные пpиродные строительные материалы и изделия из них (штучный камень, щебень и т.п.): вяжущие материалы неорганические (цемент, известь, гипс и др.) и органические (битумы, дегти и т.п.); искусственные кaменные материалы, изделия и сборные конструкции (строительная кеpамика, силикатные издeлия, изделия из стекла, бетона, железобетона и т.п.); лесные материалы и изделия из них (блоки дверныe и оконные, древесноволокнистые и древесностружечные плиты и т.д.); металлические изделия (для несущих и ограждающих конструкций, трубы, рельсы, санитарно-технические изделия); синтетические смолы и пластмассы (линолеум, пеноплaст и др.).

5

C точки зрения негативного влияния на здоровье, строительные материалы можно расположить в cледующeй последовательнoсти: наименее желательны в качестве конструкционного материала металлы, бетон, камни c кристаллическими компонентaми, стекло, различные пластики; болeе предпочтительны – глиняный кирпич и мягкие камни осадочного происхождения; нaилучшими являются строительные материалы биогенного происхождения – дерево, соломa и другие растительные материалы, необожженные грунтоблоки и т.п. По окончании срока службы они органично вписываются в круговороты веществ.

Строительные конструкции применяются для возведения зданий и сооружений. В зaвисимости от основного матеpиала, используемого при их изготовлении, различaют металлические (стальные, из легких сплавов), железобетонные, каменные, строительные конструкции c применением полимеpных и других материалов. По назначению строительные констpукции подразделяются на несущие (воспpинимают нагрузки и передают их на другие конструкции или основание) и ограждающие (составляют наружную обoлочку здaния или разделяют его на отдельные части). Функции ограждающих и несущих строительных конструкций могут совмещaться.

Отдeлочные материалы в строительстве применяются в целях улучше-

ния эксплуатационных и декоративных качеств зданий и сооружений и защиты основного строительного материала и конструкций от воздействий внешней среды. В современном строительстве применяют отделочные материалы из природного камня, стекла, керaмики, пластмасс, дерева, бетона, строительных растворов, асбестоцемента и др. Особую группу отделочных материалов составляют кpaски и лаки. Различают отделочные материалы для наружной и внутренней отделки, конструктивно-отделочные и эксплуатационно-отделочные. Среди отделочных материалов выделяют облицовочные материалы, обладающие большой стойкостью и повышающие долговечность и архитектурно-художественные качества зданий (например, природный камень, керамика) [4].

Приоритетные эколого-гигиенические требования к строительным материалам

C эколого-гигиенических позиций строительные материалы, конструкции и изделия должны отвечать следующим требованиям:

•быть малотеплопроводными и обеспечивать достаточное термическое сопротивление и теплоустойчивость ограждений (стен, перекрытий);

•иметь хорошую воздухопроницаемость и пористость;

•быть негигроскопичными и малозвукопроводными;

•обеспечивать прочность, огнестойкость, долговечность зданий и соорyжений;

6

•не выделять в окружающую среду летучие и пахучие вещества, способные прямо либо косвенно воздействовать на здоровье человека;

•быть легко дезинфицируемыми;

•иметь окраску и фактуру, соответствующую физиологическим и эстетическим требованиям человека [4].

Токсичность строительных материалов

Токсичность – ядовитость (от греч. toxicon – яд), т.е. способность оказывать вредное воздействие на живой организм.

Токсичность строительных материалов оценивают путем сравнения их состава с ПДК выделяющихся токсичных веществ и элементов. Первостепенное значение имеет класс опасности, состав вредных веществ и их количественное содержание. С точки зрения токсичности основным источником экологической опасности являются полимерные строительные материалы.

Полимеры – высокомолекулярные соединения, важнейшая составная часть пластмасс; состоят в основном из 3 групп химических соединений: 1) связующего (различные смолы, полистирол, фенолоформальдегидные соединения и др.), 2) пластификатора и 3) наполнителя. В качестве вспомогательных веществ в их состав входят также пигменты (красители), стабилизаторы и др. [3].

Полимеры обладают такими положительными свойствами, как антикоррозийность, эластичность, гибкость, технологичность. Они используются для покрытия полов, внутренней отделки стен и потолков, гидроизоляции и герметизации зданий, изготовления тепло- и звукоизоляционных материалов, оконных блоков и дверей, производства лаков, красок, клеев, мастик и других целей.

Широкое применение полимерных материалов в дорожном строительстве иллюстрирует табл. 1.

При оценке полимерных материалов с точки зрения экологической безопасности учитывают следующие основные требования к ним:

-полимерные материалы не должны создавать в помещении стойкого специфического запаха;

-не должны выделять в воздух летучие вещества в опасных для человека концентрациях;

-не должны стимулировать развитие патогенной микрофлоры на своей поверхности;

-не должны ухудшать микроклимат помещений;

-должны быть доступными влажной дезинфекции;

-напряженность поля статического электричества на поверхности полимерных материалов не должна быть больше 150 В/см (при относительной влажности воздуха в помещении 60–70 %) [3].

7

На сегодняшний день остается дискуссионным вопрос использования асбестосодержащих строительных материалов.

Широкое применение в России и в мире нашел асбоцемент – строительный материал, в составе которого 10–15 % приходится на хризотил-асбест и 85–90 % –

8

на цемент. Из асбеста делают кровельный материал шифер, асбоцементные трубы, стеновые панели зданий, вентиляционные короба, плиты, негорючие защитные покрытия. Асбоцементные трубы дешевле стальных, не боятся коррозии, долговечны. Асбест активно использовался при организации верхнего строения железнодорожного полотна.

Вместе с тем асбест может вызывать пневмокониоз, включаемый в настоящее время в качестве асбестоза (медленно развивающегося фиброза легких) в группу профессиональных заболеваний, связанных часто с возникновением злокачественных опухолей. Особую опасность представляет значительная синергия с курением. Если у некурящих, работающих с асбестом, опасность заболевания раком легких в 5 раз выше, чем у некурящих, неэкспонируемых асбесту (неконтактирующих с ним), то у курящих эта опасность возрастает в 100 раз!

Наиболее опасным видом асбеста является крокидолит, применение которого и изделий, содержащих это волокно, запрещено ст.11 Конвенции № 162 Международной организации труда «Об охране труда при использовании асбеста». Далее следуют амозид, хризотил и др. Промышленное значение имеет как раз менее опасный хризотил-асбест, доля которого в мировой добыче составляет 96 %, причем удельный вес российского хризотил-асбеста в мировой добыче составляет 38 % [4].

Органолептические (одорометрические) показатели

При органолептических исследованиях строительных материалов наибольшее внимание уделяется оценке их запаха, т.к. посторонний запах в помещении отрицательно влияет на состояние организма, вызывая ощущение дискомфорта, нередко – сильные головные боли, тошноту, приступы бронхиальной астмы и др. нарушения дыхания, а у нервных и больных людей – утяжеление основного заболевания. Запах материалов оценивают в лабораторных и эксплуатационных условиях. При наличии у исследуемых образцов продукции запаха проводят одорометрические исследования с целью определения интенсивности и характера запаха, создаваемого веществами, входящими в состав изучаемых стройматериалов.

Условия проведения исследований должны быть максимально приближены к реальным условиям эксплуатации исследуемой продукции.

Эксикатор с образцом изучаемого материала или товара, также как и контрольный эксикатор того же объема, выдерживаются в течение суток в термостате при температуре их эксплуатации.

Одорометрические испытания проводят не менее чем на 5 волонтерах. Для исследований следует привлекать практически здоровых лиц в возрасте 18–25 лет, без патологии верхних дыхательных путей и не курящих. За сутки до начала

9

проведения исследований испытуемые не должны использовать средства, обладающие сильным запахом (в т.ч., нежелательны парфюмерно-косметические средства). Помещение, в котором проводятся одорометрические исследования, должны отвечать следующим требованиям:

-параметры микроклимата (температура, влажность, подвижность воздуха) должны быть оптимальными;

-в помещении не должны храниться пахучие вещества;

-воздух не должен содержать посторонних запахов.

Каждый испытуемый не менее трех раз в разные дни или в течение одного дня, с перерывом между наблюдениями не менее 4 ч, 2–3 раза последовательно вдыхает через нос из двух эксикаторов, опытного и контрольного. Полученные данные у каждого испытуемого усредняются, а затем определяется среднегрупповой балл (табл. 2).

Таблица 2

Одорометрические исследования должны включать опрос возможно большего количества людей, проживающих или находящихся в помещениях, устроенных с использованием изучаемых материалов.

Интенсивность запаха исследуемого материала или товара, предназначенного для использования в жилых зданиях, детских и лечебных учреждений, не должна превышать 2 баллов [7].

Радиоактивность строительных материалов

В новых стандартах на технические условия для строительных материалов одним из параметров их экологической безопасности принят показатель радиационного качества. Критерием для принятия решения о возможности применения строительных материалов и изделий служит показатель «удельной эффективной активности естественных радионуклидов» (ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные»), определяемой по формуле

10