IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2012

Особенности загрязнения атмосферы предприятиями строительной индустрии

В настоящее время строительная индустрия является одной из интенсивно развивающихся отраслей экономики. Россия занимает ведущее место в мире по производству таких важнейших видов ее продукции, как цемент, стекло, сборный железобетон, асбест, стеновые материалы.

В связи с индустриализацией производства строительных материалов применяется более производительное оборудование, увеличивается добыча и переработка гравия, щебня, песка, асбеста, известняка, гипса, глины и других природных нерудных материалов. Это в свою очередь обуславливает увеличение поступления в атмосферу пыли.

Среди многих тысяч предприятий отрасли имеются и такие, которые представляют собой значительные источники загрязнения атмосферного воздуха пылью.

Асфальтобетонные, известковые, цементные и деревообрабатывающие заводы, заводы по производству керамзита, по обработке нерудных материалов, комбинаты железобетонных изделий и др. представляют собой источники загрязнения атмосферного воздуха пылью, углеводородами, сажей, сернистым газом и другими вредными веществами.

С развитием химической промышленности и использованием химических веществ в технологии производства строительных материалов увеличивается содержание новых сложных токсических веществ, удаляемых вместе с пылью от технологического оборудования и выбрасываемых в воздушный бассейн.

Производство большинства строительных материалов связано с добычей, транспортированием, дроблением, измельчением, помолом, грохочением, перемешиванием и упаковкой в тару готовой продукции. Все эти технологические процессы сопровождаются значительным выделением пыли.

Существенно загрязняют окружающую среду небольшие предприятия, например асфальтобетонные заводы, а также сезонные передвижные дробильно — сортировочные установки. Проведение эффективных мероприятий по пылегазоочистке на этих заводах нерентабельно, а осуществление квалифици­рованной эксплуатации очистных сооружений затруднено.

Источниками загрязнения атмосферы на заводах железобе­тонных изделий и домостроительных комбинатах часто явля­ется бетоносмесительные установки, цементные склады, транс­портные участки и котельные.

Производственная пыль — это мельчайшие твердые частицы, выделяющиеся при дроблении, размоле и механической обра­ботке различных материалов, погрузке и выгрузке сыпучих грузов и т. п., а также образующиеся при конденсации некото­рых паров.

Пыль, образующаяся на предприятиях строительной инду­стрии, весьма разнообразна по свойствам, химическому и дис­персному составу. Частицы пыли различных веществ оказывают неодинаковое воздействие на организм человека и делятся на две группы:

ü К первой группе относятся пыли ядовитых (токсичных) веществ, опасных для организма в целом;

ü ко второй — пыли, вредно действующие на органы дыхания, т. е. преимущественно фиброгенного действия.

По степени воздей­ствия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:

1) чрезвычайно опасные;

3) умеренно опасные

В связи с развитием химии и использованием химических веществ в производстве строительных материалов в последние годы возросло количество вредных веществ, содержащихся в пыли. Напримёр, при обработке древесины выделяется не только древесная, но и токсичная пыль веществ, которыми древесина пропитывается. Пыль, выделяющаяся при шлифовании и полировании по лаку, может содержать частицы абразив­ного материала и токсичных веществ — отвердевших полиэфирных и нитроцеллюлозных лаков. Пыль, образу­ющаяся при обработке древесностружечных плит, содержит токсичные химические вещества, например формальдегид. Постоянное вдыхание формальдегида может привести к хроническому отравлению.

Загрязнение поверхности тела пылью приводит к гнойнич­ковым заболеваниям и экземам. Попадание пыли в глаза вы­зывает воспалительный процесс слизистых оболочек — конъюнк­тивит.

Наибольшую опасность для человека представляют частицы пыли размером до 5 мкм. Они легко проникают в легкие и там оседают, вызывая разрастание соединительной ткани, которая не способна передавать кислород из вдыхаемого воздуха гемо­глобину крови и выделять углекислый газ. Развивающиеся при этом профессиональные заболевания называют пневмокониозами. Форма пневмокониозов зависит от вида вдыхаемой пыли: силикоз — при вдыхании кварцсодержащей пыли, силикатоз — силикатной пыли, антракоз — угольной пыли и др.

Наибольшим фиброгенным действием обладают пылеватые частицы, содержащие свободную двуокись кремния (SiO₂).

Весьма опасна для здоровья работающих пыль кварца, кристобалита и тридимита, образующаяся при производстве стекла и динасовых изделий, содержащая свыше 90% свободной двуоки­си кремния.

IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2012

О ВЛИЯНИИ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА СОСТОЯНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Известно, что промышленно-хозяйственная деятельность человека вызывает ряд химических процессов, разрушающих его же среду обитания и наносящих ей непосредственный ущерб. Целью нашего исследования являлось рассмотрение влияния химических загрязнителей атмосферы на состояние строительных сооружений.

К химическим загрязнителям атмосферы относятся пыль, газы и пары, которые могут прямо или косвенно создавать условия существования архитектурных сооружений. Происхождение загрязнителей может быть связано с промышленным производством, хозяйственной деятельностью человека, работой автотранспорта. На последнем хотелось бы остановиться подробнее, так как отличительная особенность современных городов — большое количество автомобилей. Известно, что в состав их выхлопных газов входит более 200 компонентов. Большой вклад в задымлённость городской атмосферы вносят автомобили, работающие на дизельном топливе, особенно при неправильной отрегулировке двигателей. Под действием дыма на зданиях образуются чёрные вкрапления сажи.

Обычный смог накапливается путём сжигания топлива, содержащего серу, с образованием диоксида серы и продукта его окисления серной кислоты. Последняя является сильным агентом коррозии, она поражает ржавчиной полосы железа и выветривает строительные камни. При этом образуются слои сульфата кальция (гипса), повреждающего до 10 см толщи карбонатных пород (известки, мела), что можно схематически описать уравнением реакции:

Итак, серная кислота превращает плотный нерастворимый в воде известняк в гипс, который хорошо растворяется дождём. Кроме того, известно, что гипс занимает больший объём, чем известняк, в результате чего возникает механическое давление и каменные кладки зданий и сооружений могут разрываться изнутри.

Для состояния каменных сооружений чрезвычайно опасно просачивание влаги в стены через повреждённые покрытия. Накопленная влага зимой замерзает в щелях стен. При потеплении она оттаивает, разрушая связующий раствор и ослабляя конструкции стен. Этим объясняется, что в большей степени разрушениям подвержены южные и частично западные кирпичные стены, в то время как северные и восточные стены менее повреждены вследствие меньших температурных колебаний. На старых сооружениях можно наблюдать беловатые минеральные наслаивания, представляющие собой кристаллики солей, образовавшихся в результате описанных процессов.

Для современных полимерных материалов опасным химическим загрязнителем атмосферы является озон. Этот реакционно способный газ очень быстро разрушает двойные связи органических молекул. Как следствие, пигменты и красители под действием озона также разрушаются — краска блекнет.

Пигменты также могут разрушаться под действием оксидов азота, присутствующих в фотохимических смогах. Существует мнение, что оксиды азота увеличивают скорость разрушения строительных камней. При этом некоторые исследователи считают, что диоксид азота NO₂ увеличивает эффективность образования H₂SO₄ на поверхности камней в городах с умеренными концентрациями диоксида серы SO₂:

Другие учёные полагают, что соединения азота способствуют более быстрому росту микроорганизмов на поверхности памятников из камня и дерева, способствуя их биологической коррозии [1].

К наиболее распространённым загрязнителям городской атмосферы относится и уличная пыль. В сочетании с другими факторами воздействия она способна нанести существенный ущерб состоянию строительных сооружений.

Уличная пыль, с точки зрения коллоидной химии, — это аэрозоль. Аэрозоли представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит воздух, а дисперсной фазой — твёрдые диаметром более 1 мкм или жидкие (образованные при конденсации паров или химическом взаимодействии газов) частицы диаметром 0,1-1 мкм. Состав пыли трудно химически классифицировать, но в него могут входить:

• минеральные вещества из разных источников, к примеру, частицы золы, кварца (SiO₂), соединения щелочных и щелочно-земельных металлов, тяжёлые металлы и др. По данным [2] уличная пыль Екатеринбурга содержит соединения следующих тяжёлых металлов (в порядке приоритетности): свинец, медь, цинк, кадмий, никель, марганец и др.;
• органические и биологические вещества различного происхождения, например, углеводороды, смолы, мох, споры растений, цветочная пыльца.

Указанные компоненты способствуют не только потере привлекательного внешнего вида строительных сооружений, но и их постепенному разрушению.

Наиболее эффективным является такой путь борьбы с уличной пылью как использование растительности. Учёные доказали, что горожан надёжно защищают от пыли густые посадки искусственных насаждений шириной 10-30 м. Листья и сучья деревьев при этом изменяют направление потоков воздуха и частицы пыли могут оседать. Так, из общего сбора пыли на долю деревьев в зимнюю пору приходится 40%, а на лето — 60%. В посадках должны быть и кустарники, заполняющие пространство между кронами деревьев и землёй. Для удержания же осевшей пыли земля должна быть покрыта дерном или подстриженным газоном. Неоднократные наблюдения над различными участками почв и подсчёты частиц пыли показали, что число этих частиц над открытыми лужайками снижается более чем на 50% [3]. Защитные свойства посадочных полос необходимо учитывать при прокладке улиц, строительстве жилых домов и социально-значимых учреждений — больниц, учебных заведений, детских садов и др.

10. Анализ основных природно-климатических и техногенных воздействий на здания и обусловленных ими процессов в конструктивных элементах

Основное назначение зданий – защита людей и оборудования от неблагоприятных природно-климатических и техногенных воздействий (рис.1), поддержание заданных параметров, должно использовать благоприятные воздействия окружающей среды.

Рис.1. Факторы, действующие на здания и вызывающие их износ и разрушение

Воздействие природных факторов. Природные факторы весьма разнообразны. Они действуют на здание на поверхности и под землей, раздельно и в различных сочетаниях в зависимости от климатических, гидрогеологических и других условий. Правильный учет воздействия этих факторов имеет важное значение в обеспечение долговечности.

Воздействие воздушной среды. В атмосфере содержится пыль и газы, способствующие разрушению зданий. Загрязненный воздух, особенно в сочетании с влагой, вызывает преждевременный износ, коррозию или загрязнение, растрескивание и разрушение строительной конструкции. Вместе с тем, в чистой и сухой атмосфере камни, бетоны и даже металлы могут сохраняться сотни и тысячи лет. Основным загрязнителем воздуха являются продукты сгорания различных топлив. Степень агрессивности атмосферы во многом зависит от относительной влажности воздуха, температуры воздуха, скорости обмена и др. При влажности воздуха до 50-60% вероятность коррозии очень мала, а при влажности более 70-80% она возрастает в сотни раз. Помещения с влажностью менее порога увлажнения относятся к сухим и с нормальной влажностью; в них металл не корродирует. Если влажность в помещениях выше порога увлажнения, т.е. в них протекают влажные и мокрые процессы, то это необходимо учитывать при оценке вероятности коррозии.

Воздействие атмосферной влаги. Основную роль в нарушении структуры материала играет влага: она вызывает набухание, гниение, коррозию, механическое разрушение при замерзании воды в порах и пустотах.

В строительных конструкциях самыми уязвимыми местами, наиболее доступными для проникновения влаги и агрессивных веществ, являются стыки, места сопряжения оконных и дверных коробок с конструкциями, различные тепловые мостики.

Влага в конструкциях может находиться в виде воды или льда. Естественное увлажнение конструкций может быть капельно — жидким или конденсационным или конденсационным.

Капельно-жидкое увлажнение происходит вследствие проникновения дождя через поврежденную кровлю или через другие конструкции, под действием косого дождя, падающего на стены, а также растаявшего снега. Дождевая вода сравнительно чистая, однако осадки, проходя через загрязненные слои воздуха, увлекают из него аммонийные соли, углекислоту, серную кислоту и другие вредные вещества и, проникая в конструкции, разрушают их.

При каменном или плотном наружном слое стены вода проникает всего на несколько миллиметров и под воздействием солнечных лучей и ветра легко испаряется. При пористых конструкциях, а также при плохо выполненных швах в однослойных крупноразмерных конструкциях дождевая влага проникает в стену глубоко, попадая даже внутрь помещений.

В разрушении ограждающих конструкций велика роль дождя в сочетании с ветром. На старых постройках можно видеть следы разрушения стены ветром, дождем и песком.

В отличии от капельно –жидкого, конденсационное увлажнение конструкций происходит в результате перемещения водяных паров с воздухом.

Поскольку строительные материалы неоднородны по составу, то под действием воды и содержащихся в ней солей и кислот, а также ветра они разрушаются неравномерно.

Действие солей очень опасно в период кристаллизации. Даже насыщенные растворы не разрушают бетонные и каменные конструкции так, как соли, остающиеся после испарения влаги. Многократное и длительное увлажнение конструкций солевым раствором, сопровождающееся испарением влаги, приводит к разрушению.

Металлические конструкции разрушаются под действием всех кислот.

Воздействие грунтовой воды. Грунтовая вода существует в природе в трех видах:

Связанной ( химически, гигроскопически и осмотически впитанной или пленочной);

Свободной или жидкой;

Парообразной, перемещающейся по порам из мест с большей упругостью водяного пара в места с меньшей его упругостью.

Грунтовая вода взаимодействует физически и химически с минеральными и органическими частицами грунта. Все виды грунтовой воды взаимодействуют друг с другом и переходят один в другой. Вода в грунтах представляет собой раствор с изменяющимися концентрацией и химическим составом, что отражается и на степени ее агрессивности. Агрессивность грунтовых вод по отношению к различным материалам зависит от их реакции (кислая, щелочная), концентрации, а также вида материала. Воздействие грунтовых вод на строительные материалы весьма разнообразно.

Испарение воды и увлажнение грунтов осадками приводит к движению в них кислорода, вследствии чего коррозионная активность среды также возрастает. При необратимых процессах коррозии (металлы) для сооружений опасно даже временное повышение агрессивности окружающей среды.

Признаков агрессивности воды очень много. За признаки агрессивности по отношению к бетонным и каменным конструкциям приняты следующие: показатель рН в зависимости от временной жесткости воды, карбонатная жесткость, содержание сульфатов, содержание магнезильных солей, содержание свободного углекислого газа. Степень агрессивности воды и скорость коррозии материала оцениваются количественно; показатели установлены в СН 249-63.

Воздействие отрицательной температуры. Некоторые конструкции находятся в зоне переменного увлажнения и периодического замораживания. Отрицательная температура (если она ниже расчетной или нет средств защиты от увлажнения), приводит к замерзанию влаги в конструкциях и в грунтах оснований, разрушающе действует на здания.

При замерзании воды в порах материала объем ее увеличивается, что создает внутренние напряжения, которые возрастают вследствие сжатия массы самого материала под влиянием охлаждения. Давление льда в порах достигает больших значений (до 200 кгс/см 2 ). Разрушение конструкции происходит только при полном насыщении материала влагой. Вода при замерзании увеличивается лишь на 10%.

Напряжение в конструкциях зависит не только от температуры охлаждения, но и от скорости замерзания и числа переходов через 0; оно тем сильнее, чем быстрее проходит замораживание.

Камни и бетоны, имеющие пористость до 15%, выдерживают до 300 циклов замораживания-оттаивания. Уменьшение пористости, а следовательно и количества влаги повышает морозостойкость конструкций.

Воздействие блуждающих токов. Подземные металлические и железобетонные конструкции, если они ничем не защищены, могут разрушаться под воздействием блуждающих токов.

Блуждающие токи в земле и конструкциях появляются из-за утечки электроэнергии с рельсов электрифицированных ж/д, работающих на постоянном токе, или от других источников (рис.2).

Блуждающие токи, встречая на своем пути металлические конструкции, обладающие большей, чем грунт, проводимостью переходят на них. Вместе входа тока в конструкцию образуется катодная зона и протекает реакция восстановления, т.е. подщелачивание грунта. Там, где грунты обладают высокой электропроводностью, происходит стекание в грунт ионов металла, т.е. происходит его разрушение. Распространение блуждающих токов зависит от электропроводности грунтов, а следовательно от влажности, состава, концентрации растворимых веществ, концентрации водородных ионов и других факторов. Блуждающие токи, стекая с конструкций разрушают их быстрее, чем другие виды коррозии.

Воздействие сейсмических волн. Приемка зданий в районах, подверженных землетрясениям, и их эксплуатация определя­ются сейсмическими явлениями.

Землетрясения — одни из самых грозных сил природы, воз­никающие вследствие процессов внутри Земли, связанных с фор­мированием ее недр и горообразованием. Они представляют со­бой колебания, распространяемые в Земле и передаваемые че­рез основания на сооружения.

При землетрясении в результате перемещения частиц гор­ных пород возникают упругие волны, называемые сейсмиче­скими. Они распространяются в поверхностных слоях Земли с огромной скоростью: продольные — от 5 до 8 км/сек, попереч­ные — от 3 до 5 км/сек.

Сила землетрясения, испытываемая сооружением, зависит от удаления и глубины очага, от геологии местности и гидрогеоло­гии участка застройки.

Последствия землетрясений зависят от пространственной жесткости, размеров, формы и веса зданий, а также от количе­ства и характера толчков. Наиболее опасны для зданий горизон­тальные составляющие колебаний почвы, поскольку при земле­трясении здания работают как вертикальный брус или пластина, консольно заделанные в грунт. Возникающие в районе эпицентра вертикальные сейсмические нагрузки более опасны для горизонтальных конструкций — перекрытий, карнизов и т. п.

Землетрясения силой в 6 баллов и менее не вызывают опас­ных повреждений, а землетрясения силой в 10 баллов и более настолько разрушительны, что противодействовать им обыч­ными способами повышения сейсмостойкости не представляется возможным, а потому в районах, где вероятны такие землетря­сения, строительство обычно не ведется. Следовательно, здания могут быть защищены от землетрясений силой 7—9 баллов. В районах с сейсмичностью в 9 баллов возведение сооружений первой категории сопровождается дополнительными антисейс­мическими мероприятиями.

Воздействие технологических процессов. Каждое здание и сооружение проектируется и строится с учетом воздействий предусматриваемых в нем процессов. Однако из-за неодинако­вой стойкости и долговечности материалов конструкций и раз­ного влияния на них среды износ их неравномерен. В первую очередь разрушаются защитные покрытия стен и полы, окна, двери, кровли; медленнее — стены, каркас, фундаменты. Сжатые элементы и элементы крупных сечений, работающие при статических нагрузках, изнашиваются медленнее, чем изги­баемые и растянутые тонкостенные, работающие при динамиче­ской нагрузке, в условиях высокой влажности и высокой темпе­ратуры.

Кислотостойкими являются породы с высоким содержанием кремния: кварц, гранит, диабаз, нестойкими — содержащие известь: доломит, известняк, мрамор; последние – щелочестойки.

Основным способом повышения стойкости и долговечности бетонных и ж/б конструкций в условиях агрессивных сред является повышение плотности непроницаемости защитными покрытиями, тампонажными растворами; древесину пропитывают полимерными составами, что придает ей стойкость и долговечность.

Источник https://mydocx.ru/2-5677.html

Источник https://scienceforum.ru/2012/article/2012000951

Источник https://studfile.net/preview/3548418/page:49/