ПРОБЛЕМА ЕМІСІЇ АМІАКУ З БЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ
1 Санкт-Петербурзький державний архітектурно-будівельний університет
У даній статті розглядається проблема екологічної безпеки будівельних матеріалів. Зокрема проблема емісії аміаку з бетонних конструкцій під внутріжіліщной середу. Небезпека емісії аміаку зумовлена його токсичну дію, яке проявляється не тільки при високих концентраціях в умовах хімічних аварій, а й при перевищенні ГДК в середовищі проживання людини, що призводить до розвитку хронічних захворювань. У статті проведено огляд джерел емісії аміаку, якими є амонійні сполуки, аміни, аміди, що надходять в бетон з сировинними компонентами. Найбільш значний внесок в емісію аміаку з бетону можуть вносити хімічні добавки, які застосовуються в якості модифікаторів бетону і бетонної суміші. Так, противоморозні добавки на основі сечовини можуть піддаватися гідролізу з тривалим (більше 10 років) виділенням газоподібного аміаку з бетонних конструкцій. Дана проблема вимагає всебічного розгляду та розробки методів щодо зниження емісії аміаку.
емісія аміаку з бетонних конструкцій
джерела емісії аміаку
санітарно-гігієнічні характеристики будівельних матеріалів
технологія виробництва бетону
2. Карібаев К.К. Поверхнево-активні речовини у виробництві в'яжучих матеріалів. - Алма-Ата. Наука КазРСР, 1980. - 336 с.
3. Коротка медична енциклопедія / під ред. Г.В. Петровського. - 3-е изд. - М. Радянська енциклопедія, 1989. - Т. 1. - 624 с.
4. Лазарєв Н.В. Шкідливі речовини в промисловості. Довідник для хіміків, інженерів і лікарів / за ред. Н.В. Лазарева і І.Д. Гадаскіной. - 7-е вид. перераб. і доп. - Л. Хімія, 1977. - Т. 3. Неорганічні і елементорганічних з'єднання. - 608 с.
Сучасна технологія виробництва бетону успішно розвивається в напрямку хімізації та використання техногенних відходів різних виробництв. В даний час в розвинених країнах світу практично весь застосовуваний в будівництві бетон містить різного роду хімічні і мінеральні добавки. Застосування добавок є одним з найбільш універсальних, доступних і гнучких способів управління технологією бетону. Перелік практично застосовуваних в якості добавок до бетону речовин налічує десятки, а досліджених і пропонованих - цілі сотні. Вводяться вони для регулювання властивостей бетону, бетонної суміші і економії цементу. Крім очевидних переваг, хімізація технології виробництва бетону ставить нові проблеми, пов'язані з якістю бетону в еколого-гігієнічному відношенні. Якщо для полімерних матеріалів вже давно проводиться велика робота по їх санітарно-гігієнічної оцінки та розробки норм допустимого застосування, то для бетону відчувається брак таких досліджень. Тим часом фахівці [6] одним з джерел хімічного забруднення повітряного середовища житлових приміщень бачать будівельні та оздоблювальні матеріали і конструкції, в тому числі бетонні, що виділяють токсичні речовини. В результаті забруднення повітря жител неухильно зростає число людей з алергічними та іншими захворюваннями.
Вкрай важливим аспектом даної теми є проблема емісії аміаку з бетонних конструкцій в приміщеннях житлових і громадських будівель. Емісія аміаку з бетону - явище масове, зустрічається у новозбудованих будинках і має вкрай негативний характер. Аміак - NH3, нітрид водню, безбарвний газ з різким запахом (нашатирного спирту), майже вдвічі легший за повітря, температура кипіння -33,35 ° С. За токсичної дії аміак відноситься до групи речовин задушливої і нейротропної дії, тому що при інгаляційному ураженні викликає токсичний набряк легенів і важке ураження нервової системи. Аміак має як місцевим. так і резорбтивного дією. Пари аміаку подразнюють слизові оболонки очей та органів дихання, а також шкірні покриви, викликають рясну сльозотечу, біль в очах, хімічний опік кон'юнктиви і рогівки, втрату зору, напади кашлю, почервоніння і свербіж шкіри. Гранично допустимі концентрації (ГДК) аміаку в повітрі робочої зони складає 20 мг / м³ [4]. Згідно з гігієнічними нормативами ГН 2.1.6.1338-03 ГДК аміаку в атмосферному повітрі населених місць дорівнює: середньодобова 0,04 мг / м³; максимальна разова 0,2 мг / м³. При хронічній інтоксикації газоподібним аміаком відзначають головні болі, розлади обміну речовин, зниження артеріального тиску, неврастенію, хронічні запальні захворювання верхніх дихальних шляхів, пригнічення системи імунітету і кровотворення і ін. [3]. Таким чином, токсична дія аміаку проявляється не тільки при високих концентраціях в умовах хімічних аварій, а й при перевищенні ГДК в середовищі проживання людини, що призводить до розвитку хронічних патологій та інвалідизації.
Виділення аміаку з бетонних конструкцій під внутріжіліщной середу відбувається через наявність в них азотовмісних домішок, які потрапляють в бетон разом з сировинними компонентами. Аміак утворюється з тих азотовмісних речовин, в яких ступінь окислення азоту дорівнює мінус 3 (N 3) [9]. Можна виділити наступні найбільш ймовірні причини і джерела появи аміаку в бетоні:
- транспортування цементу в неочищених вагонах-цементовозах;
- наявність підвищеного вмісту интенсификаторов помелу в цементі;
- наявність аміаку в золах-винесення, що застосовуються в якості мінеральної добавки в цементі і бетоні;
- хімічні добавки-модифікатори бетонної суміші і бетону, здатні до утворення аміаку.
Транспортування цементу в неочищених вагонах-цементовозах
У зв'язку з напруженою ситуацією з РЖД по зносу рухомого складу, що перевозить цемент, не виключена можливість використання неочищених вагонів. Так, в пресі [10] наводяться випадки поставки під навантаження цементу немитих вагонів, які перевозили мінеральні добрива. В результаті цього можливе попадання азотних добрив в цемент і далі в бетон. При певних умовах (вологість, підвищена температура, присутність лугів) відбувається розкладання складових добрив, і виділяється аміак.
Наявність підвищеного вмісту интенсификатора помелу в цементі
Джерелом з'єднань в цементі, які здатні до виділення аміаку, можуть бути поверхнево активні речовини (ПАР), такі як аміноспірти. До подібних речовин можна віднести - триетаноламін (ТЕА), діетаноламін (ДЕА), моноетаноламін (МЕА) або інших подібних сполук, що використовуються іноді в якості інтенсифікаторів помелу цементу. Інтенсифікатори помелу - технологічні добавки (ПАР), додають під час помелу клінкеру, зменшують поверхневу енергію частинок, що сприяє полегшенню помелу, тим самим підвищується продуктивність цементних млинів, питома поверхня частинок і інші показники [2]. Найбільш ефективним і отримав широке застосування интенсификатором помелу цементного клінкеру є триетаноламін. Теоретично триетаноламін здатний до гідролізу з утворенням етиленоксиду і виділенням аміаку:
Однак при нормальних умовах все алканоламіни стабільні і мають високу стійкість у лужному середовищі. Вони використовуються вже протягом десятків років, і раніше ніколи не відзначалося їх розкладання в цементі з виділенням газоподібного аміаку [9].
Проте експериментальні дані свідчать про здатність цементів виділяти аміак. В роботі [7] проводилися дослідження з визначення емісії аміаку з бетонних сумішей, приготованих на портландцементах різних виробників, за методикою, розробленою в Санкт-Петербурзькому державному архітектурно-будівельному університеті (СПбГАСУ). Отримані в ході проведених випробувань результати представлені на малюнку 1. З малюнка слід, що всі досліджені цементи здатні в тій чи іншій мірі утворювати аміак.
Причиною значного виділення аміаку з бетонів, що виготовляються на цементах, в яких містяться інтенсифікаторами помелу у вигляді амінів, може бути передозування останніх. У цьому питанні велике значення набуває культура виробництва і людський фактор.
Важливим також є сумісність интенсификатора помелу цементу з такими активними компонентами бетону, як хімічні добавки. На даний момент відчувається брак інформації, пов'язаної з питаннями взаємодії интенсификаторов помелу цементу з іншими складовими бетонної суміші і бетону.
Мал. 1. Результати дослідження можливості утворення аміаку в складі мінеральних компонентів бетонної суміші [7].
Наявність аміаку в золах-винесення, що застосовуються в якості мінеральної добавки в цементі і бетоні
Наявність аміаку в золі-винесення обумовлено тим, що на ТЕС для скорочення викидів оксидів азоту (NOx) в атмосферу в потік димових газів інжектується відновлювальний агент, в якості якого зазвичай застосовують аміак або сечовину, частина якого виводиться з системи разом із золою-винесення. Зола-винесення з низькою концентрацією аміаку містить 50-120 мг NH3 / кг, середньою концентрацією 250-600 мг NH3 / кг і високим ступенем забруднення аміаком близько 700-1200 мг NH3 / кг.
При наявності амонізованого золи-винесення в бетонної суміші або розчині при замішуванні водою відбувається викид газоподібного аміаку. При високому вмісті аміаку в золі концентрація аміаку в повітрі може перевищувати 20 мг / м 3 [13]. На етапі приготування і укладання бетонної суміші або розчину виділяються високі концентрації аміаку створюють несприятливі умови для робітників, особливо при проведенні робіт в замкнутих просторах при відсутності вентиляції. Також в дослідженні [13] було виявлено, що більше 50% від спочатку розрахованого аміаку залишилося в товщі бетонної конструкції, і це залишкова кількість аміаку буде дифундувати з бетону з дуже низькою швидкістю протягом багатьох місяців. У довгостроковій перспективі емісія аміаку з подібних конструкцій стане причиною забруднення газоповітряної середовища в приміщеннях.
Хімічні добавки-модифікатори бетонної суміші і бетону, здатні до утворення аміаку
Аміак може утворюватися за реакцією гідролізу з амідо-, аминогрупп і амонійних сполук, що входять до складу модифікаторів. Часто такі сполуки зустрічаються в пластифікатора, протиморозних добавки, добавки-прискорювачах і комплексних модифікатори. До речовин, здатним виступати в ролі потенційного джерела аміаку в бетонних конструкціях і застосовуваних в технології бетону [1], можна віднести наступні:
- сульфірованниемеламіноформальдегідние смоли, входять до складу пластифікаторів і суперпластифікаторів;
- амонійна форма нітрату кальцію (Ca5NH4 (NO3) 11 * 10H2O), використовується в якості прискорювача строків тужавлення та компонента в протиморозних добавки;
- аміди карбонових кислот із загальною формулою RCONH2, входять до складу протиморозних добавок і прискорювачів твердіння;
- алифатические моноаміномонокарбоновие кислоти (амінокислоти), напрімераміноуксусная (глікоколу) NH2 -CH2 -COOH; амінопропіоновая (α-аланін) CH3 -CH (NH2) -COOH; аміновалеріановой (норвалін) CH3-CH2-CH2-CH (NH2) -COOH. входять до складу добавок регуляторів твердіння бетону;
- гідроксид амонію (аміачна вода) NH4 OH. модифікатор протиморозним дії;
- нітрат амонію NH4 N03. модифікатор протиморозним дії;
- карбамід або сечовина CO (NH2) 2. модифікатор протиморозним дії, а також складова комплексних модифікаторів, отримав найбільш широке застосування в практиці будівництва.
Більшість описаних вище сполук і речовин, при нормальних умовах стабільні в лужному середовищі твердіє цементу. Однак при спільному використанні з іншими органічними або неорганічними сполуками, наприклад пластифікаторами, солями і т.п. останні можуть інтенсифікувати процес розпаду азотовмісного речовини з виділенням аміаку. Не можна також відкидати і гіпотезу про те, що частинки цементу, що містять різні кількості важких металів або розчинних лугів, можуть виступати в якості каталізаторів процесу такої деструкції [9].
Підводячи підсумок, можна відзначити наступні проблеми, що випливають з даної теми емісії аміаку з бетону:
- забруднення повітря внутріжіліщной середовища, що викликає дискомфортні умови проживання і загрозу здоров'ю людей;
- дискомфортні, а часом і шкідливі умови праці у робітників, які виробляють бетон;
- необхідність в спеціальні заходи щодо зниження емісії аміаку з бетону.
Ці обставини обумовлюють необхідність вирішення проблеми емісії аміаку з будівельних конструкцій в приміщеннях побудованих будівель, а також розробки методів і засобів прогнозування і нейтралізації шкідливого впливу амонійних сполук та інших шкідливих домішок, присутніх в сировинних компонентах бетонних сумішей.
- Морозов В.І. д.т.н., директор ТОВ «ІнжСтройІнновація», м.Санкт-Петербург.
- Хорітонов А.М, д.т.н. заступник генерального директора з науки ТОВ «АЖІО», м.Санкт-Петербург.
Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»
(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)