Экология в отрасли

 

А.В. КАЛАЧ, канд. хим. наук, О.Б. РУДАКОВ, д.р хим. наук, Воронежский государственный
архитектурно-строительный университет; В.Ф. СЕЛЕМЕНЕВ, д.р хим. наук, Воронежский
государственный университет; И.В. БОЧАРНИКОВА, инженер, Воронежский
государственный архитектурно-строительный университет

 

В последние десятилетия для оценки внутреннего климата помещения используется понятие «синдром больных зданий» (СБЗ). Появлению симптомов СБЗ способствуют неправильно спроектированные или построенные системы вентиляции, не способные выводить вредные, а порой и опасные химические и биологические загрязняющие вещества, выбросы промышленных предприятий и транспорта.
Более половины от общего числа источников загрязнения внутренней воздушной среды зданий составляют синтетические строительные материалы (СМ). Современные строительные материалы нарушают естественную вентиляцию и физико-химические показатели воздушной среды помещений, являются источниками эмиссии токсичных газов – более 250 соединений различных классов опасности.
По оценкам ВОЗ, здания, пораженные загрязняющими веществами, составляют до 30% строений во всем мире. Зачастую воздушная среда жилых помещений загрязнена настолько, что не отвечает гигиеническим требованиям, предъявляемым к качеству воздуха в заводских и производственных зданиях. Для контроля качества воздуха помещений службами санитарно-эпидемиологического контроля в настоящее время применяются, как правило, способы анализа, позволяющие определять только индивидуальные загрязнители из смеси. Кроме того, эти способы и методики требуют значительных временных затрат и сложного аппаратурного оформления.
В связи с этим актуальной эколого-аналитической задачей является разработка экспрессных способов анализа, позволяющих в режиме реального времени оценить качество воздуха помещений и вовремя принять решение о пригодности его для безопасной эксплуатации. Для достижения поставленной цели были приготовлены модельные газовые смеси, имитирующие реальные в строительных материалах.
Согласно гигиеническим заключениям равновесная газовая фаза большинства СМ содержит фенол и формальдегид в количествах 0,03 (ДВП, ДСП) и 0,02 (ЛПВХ) мг/м3, что не превышает предельно допустимой концентрации (ПДК) для указанных аналитов. Для детектирования фенола и формальдегида в газовой фазе были применены сенсоры, модифицированные чувствительными сорбентами.
Определения выполняли с применением мультисенсорной системы «электронный нос» оригинальной конструкции [1].
В работе использовали кварцевые резонаторы АТ-среза (угол 35´25´´) с серебряными электродами диаметром 5 мм и толщиной 0,3 мм с номинальной резонансной частотой колебаний 8–10 МГц; многоканальный частотомер; управление работой системы осуществляли
ЭВМ по последовательному протоколу RS232.

Подготовка пьезосенсора. Для повышения чувствительности сенсора его поверхность модифицировали сорбентами. В качестве сорбентов использовались полиэтилен гликоль с молярной массой 1000–20000 г/моль (сорбенты 1–3); эфиры полиэтиленгликоля (сорбенты 4–6); поливиниловый спирт (сорбент 7); поливинилпирролидон (сорбент 8); сквалан (сорбент 9); динонилфталат (сорбент 10). Выбор сорбентов проводили в соответствии с полярностью и гидрофобностью.
Раствор сорбента равномерно распределяли микрошприцем по поверхности металлических электродов, не затрагивая периферийных участков пьезокварца. Затем сенсоры сушились при температуре 50–70^оС.
Пробы газовой фазы. СМ отбирали при 20±2^оС методом дискретной газовой экстракции. Предварительно был установлен оптимальный объем газовой фазы, равный 3 см³. Ранее было показано, что при увеличении объема пробы чувствительность микровзвешивания
меняется незначительно.
Такая зависимость аналитического сигнала сенсора от объема инжектируемой пробы позволяет априори сделать вывод: либо в газовой фазе СМ присутствуют избыточные количества загрязнителей, которые вызывают полное насыщение модификаторов при объемах проб 3 см³ , либо миграция летучих соединений, входящих в состав СМ, происходит в незначительных количествах и концентрация загрязнителей постоянна.
Получение и обработка аналитического сигнала. Снижение рабочей частоты колебаний (аналитический сигнал) пьезосенсоров рассчитывали по уравнению Зауэрбрея:
Δf = –2,3·10^–6 · f²₀ · Δm/A ,
где Δm – масса, г; f0 – резонансная частота пьезосенсора, МГц; Δf – изменение частоты сенсора, Гц; А – площадь поверхности электродов сенсора, см2.
После введения каждой пробы фиксировали резонансную частоту каждого сенсора и вычисляли относительный сдвиг частоты Δfa  по уравнению:
Δfa = f1 – f2 ,
где f1 и f2 – частоты колебаний сенсора до и после анализа, Гц.
Предварительно с учетом предлагаемого алгоритма опроса матрицы в идентичных условиях изучена сорбция модельных газовых смесей аналитов при максимальном содержании загрязнителей равном 2 ПДК.

Аналитические сигналы электронного носа получены в виде профилограмм круглой формы; на осях откладывали аналитические сигналы индивидуальных сенсоров, номерам сенсоров в общей матрице соответствует номер оси. Геометрия визуального отпечатка газовой фазы при содержании формальдегида на уровне ПДК идентична геометрии отпечатка, соответствующего концентрации 2 ПДК (рис. 1 а, б); отличия проявляются лишь в интенсивности этих сигналов.
Визуальные отпечатки отличаются площадью, что позволяет количественно оценить содержание формальдегида в пробе. Аналогичные закономерности характерны и для визуальных отпечатков паров фенола (рис. 2 а, б).

Таким образом, по геометрии визуальных отпечатков возможна идентификация формальдегида и фенола.
При экспонировании матрицы сенсоров в парах модельной газовой смеси фенола и формальдегида установлен аддитивный характер сорбции этих загрязнителей. При увеличении концентрации модельной смеси до 2 ПДК геометрия визуального отпечатка остается
постоянной, закономерно увеличивается площадь.
Заметные изменения в геометрии визуальных отпечатков происходят при сорбции смеси фенола и формальдегида при концентрациях в пределах ПДК и 2 ПДК соответственно. Визуальный отпечаток качественно отличается от аналогичного, полученного при сорбции модельной смеси загрязнителей на уровне ПДК.
Таким образом, установлено, что мультисенсорная система электронный нос применима для проведения экспертизы реальных образцов строительных материалов.

 

А.Г. ШАПАРЬ, д-р техн. наук, чл.-кор. НАН Украины, директор Института проблем природопользования и экологии НАН Украины (Днепропетровск, Украина)

 

Глобальные экологические проблемы и вклад в них горнодобывающего комплекса

Человек в природной экосистеме является одним из биологических видов, функционирующих в окружающей природной среде и поддерживающих равновесие в обменных процессах. С другой стороны, он творец искусственной надстройки — социума и этим вносит существенные изменения в те же самые процессы. Природная среда выступает средой его проживания, параметры которой им постоянно корректируются с целью удовлетворения биологических и постоянно возрастающих социальных потребностей. Под воздействием природных процессов эти превращения среды длятся тысячи и даже сотни тысяч лет. При наложении на природные процессы техногенных воздействий, масштаб которых в последние 100 лет стал сопоставим с природными геологическими силами, скорость указанных превращений возрастает на несколько порядков. Примерами могут служить деградация Аральского моря, опустынивание Калмыкии, подтопление земель в Украине.

 

По масштабности и комплексности отрицательного воздействия на все компоненты окружающей среды одно из первых мест занимает горнодобывающая промышленность. В результате добычи полезных ископаемых меняется ландшафт территории (при открытом способе возникают выемки в земной коре объемом до 300—500 млн м³, отвалы высотой до 100 м, при подземном способе — зоны обрушения с просадкой от 2—5 м до 100 м); нарушается гидрогеологический режим подземных вод (радиус депрессионных воронок достигает 8—15 км); загрязнение пылью распространяется от 500 м до 10 км; из-за фильтрационных потерь происходит подтопление и засоление земель. Например, при добыче 1000 т железной руды в Кривбассе отчуждается и часто безвозвратно теряется 40 м² земельных угодий, увеличивается площадь подтопленных территорий на 30—50 м², сбрасывается до 1000 м³ высокоминерализо-ваных вод из шахт и карьеров, выбрасывается в атмосферу 2—2,5 т пыли и 1,4—1,8 т вредных газов.

 

Суммарные выбросы в горнодобывающей отрасли области составляют 57 тыс. т в год, сброс загрязненных вод — 125 млн м³, площадь нарушенных земель — 37 тыс. га.

 

Поскольку до 40% валютных поступлений Украины обеспечивается экспортом горнорудной и металлургической продукции, важнейшее значение приобретают перспективы развития минерально-сырьевого комплекса.

 

Неисчерпаемость минерально-сырьевых ресурсов

Принято считать, что минеральное сырье относится к невозобновляемым ресурсам. Из этого следует, что чем меньше и медленнее будут вводиться в эксплуатацию невозобновляемые ресурсы, тем проще обеспечить выполнение принципов устойчивости. И не только потому, что срок их исчерпания будет отодвинут. С целью обеспечения возрастающих потребностей человек станет проникать на все большие глубины, разрушая сформировавшееся равновесие во всех геосферах (атмосфера, гидросфера, литосфера). Однако воздействие на геосферы будет растянуто во времени и к нему будет легче приспособиться или найти решение для обеспечения защиты жизнедеятельности.

 

Понятие невозобновляемости минеральных ресурсов привело значительную часть ученых (философов, социологов, демографов) к выводу, что на определенном этапе развития человечество подойдет к глобальному кризису, вызванному не только нехваткой возобновляемых ресурсов, но и полной исчерпаемостью невозобновляемых ресурсов, в первую очередь энергетических.

 

За последние 100 лет человечество потребило столько минеральных ресурсов, сколько за всю предшествующую историю своего развития. Несмотря на наличие периодов спада, в целом мировая тенденция добычи полезных ископаемых характеризуется постоянным ростом. Если за этот период объем добычи драгоценных металлов возрос всего лишь в 1,5—3 раза, то для большинства других металлов он увеличился в 5—10 и даже 50—100 раз [1, 2]. Особенно высокими темпами росла добыча энергоресурсов, в СССР она росла от 20 раз (уголь) и до 250 раз (газ) (таблица). Характерно, что в начале ХХ столетия почти половина потребностей Российской империи в энергоресурсах удовлетворялась за счет возобновляемых ресурсов (дрова, торф, гидро-и ветровая энергия). В дальнейшем их роль неоправданно снизилась, изменилась структура энергопотребления, повысилась неравномерность освоения территорий и, как следствие, их техногенная нагрузка.

 

Динамика производства первичных топливно-энергетических ресурсов за период 1913-1990 гг.

Годы	Уголь		Нефть		Газ		Торф		Сланцы		Дрова		Всего, млн тут
	млн тут	% к сумме	млн тут	% к сумме	млн тут	% к сумме	млн тут	% к сумме	млн тут	% к сумме	млн тут	% к сумме
1913	23,1	48	14,7	30,5	—	—	0,7	1,4	—	—	9,7	20,1	48,2
1940	140,5	59,1	44,5	18,7	4,4	1,8	13,6	5,7	0,7	0,3	34,2	14,4	237,9
1950	205,7	66,1	54,2	17,4	7,3	2,3	14,8	4,8	1,3	0,4	27,9	9	311,2
1960	373,1	53,9	211,4	30,5	54,4	7,9	20,4	2,9	4,8	0,7	28,7	4,1	692,8
1970	432,7	35,4	502,5	41,1	233,5	19,1	17,7	1,5	8,8	0,7	26,6	2,2	1221,8
1980	476,9	25,2	862,6	45,5	514,2	27,1	7,3	0,4	11,8	0,6	22,8	1,2	1895,6
1985	455,8	22,7	851,3	39,8	759,9	35,6	5,5	0,3	10,2	0,5	23,6	1,1	2136,3
1990	425,5	19,2	816,2	36,9	937	42,4	3,8	0,2	8,6	0,4	18,9	0,9	2211

 

Высокие темпы потребления минеральных ресурсов и низкий прирост их запасов в середине ХХ столетия укрепили позиции сторонников быстрого истощения запасов сырья, особенно энергоносителей. Уже к началу ХХ1 столетия некоторые ученые и целые институты предсказывали энергетическую катастрофу и всеобщий минерально-сырьевой кризис. Однако мы являемся свидетелями, что эти мрачные прогнозы не сбылись и, как будет показано ниже, не сбудутся. Прежде всего потому, что использованные ресурсы никуда не исчезают, а в виде химических элементов рассеиваются в окружающей среде и при определенных условиях и затратах могут быть извлечены из природной среды в любом нужном количестве. Кроме того, месторождения с высокими потребительскими качествами полезных ископаемых далеко не все исчерпаны. Например, Национальный разведывательный совет США в своих прогнозах развития международного сообщества до 2015 г. отмечает, что до 80% нефти и до 95% газа еще находится в недрах Земли [3].

 

Основные тенденции в развитии минерально-сырьевой базы на перспективу

Своевременное и в достаточных количествах выделение средств на разведку дефицитных видов ресурсов всегда приводило к открытию богатейших месторождений. Например, во второй половине ХХ столетия были открыты богатые месторождения железа в Бразилии и Австралии, марганцевой руды в Габоне, нефти в Северном море и Сибири, алмазов в Якутии и золота в Узбекистане. Огромные перспективы расширения минерально-сырьевой базы открываются при освоении нетронутых богатств полиметаллических руд на дне океанов.

 

Наукоемкость технологий добычи и обогащения полезных ископаемых значительно выросла и продолжает расти, что позволяет вовлекать в эксплуатацию месторождения с более низким содержанием полезных компонентов. Например, если в 1940 г. в Кривбассе добывали руды с содержанием железа 62—67%, то во второй половине прошлого столетия все ГОКи этого бассейна проектировались на рудах с содержанием железа всего 32—37%. В последнее время все чаще применялась так называемая повторная разработка участков месторождений, которые ранее были оставлены в недрах в виде целиков из-за низких кондиций или попали в зоны обрушения.

 

Становится перспективным вовлечение в эксплуатацию накопленных отходов обогащения, содержание полезных компонентов в которых приближается к промышленным кондициям. Только в Кривбассе накоплено отходов обогащения с содержанием общего железа 15—17% — 1670 млн м³, а в Никопольском бассейне — шламов с содержанием марганца до 20% — 217 млн м³. Положительный опыт вовлечения в эксплуатацию шламов имеется на Центральном ГОКе, где в отдельные периоды до 50% потребности в руде удовлетворяется за счет разработки созданного в шламохранилище техногенного месторождения с содержанием железа до 20% и общими запасами около 60 млн т. Практически на всех металлургических заводах шлаковые отвалы вовлечены в переработку, поскольку содержат отходы выплавки металла. Почти повсеместно отходы предприятий по добыче драгоценных и редких металлов вовлекались в повторную переработку. Появились научные разработки по целенаправленному формированию залежей с повышенным содержанием полезных компонентов путем физико-химического воздействия на массив [4].

 

Чаще стала применяться попутная добыча полезных ископаемых и комплексная переработка руд, что значительно расширило минерально-сырьевую базу. На марганцево-рудных ГОКах попутная добыча бентонитовых глин позволила ввести в эксплуатацию два завода керамзитового гравия с производительностью по 300 тыс. м³/год каждый. На Вольногорском горно-металлургическом комбинате внедрена схема глубокого обогащения, что позволило дополнительно извлечь некоторые компоненты и расширить диапазон выпускаемой продукции.

 

В последние годы усовершенствована система разработки месторождений, в результате чего полнота выемки полезных ископаемых повышена почти на 30%. При разработке угольных месторождений освоена технология разработки тонких и сверхтонких пластов. При разработке марганцево-рудных месторождений, бурого угля и огнеупорных глин переход на открытую разработку снизил кондиции по мощности пласта в два и более раз и позволил применить подбортовую выемку, что только в условиях Марганецкого ГОКа обеспечило выемку дополнительно более 1 млн т руды.

 

Тотальное снижение ресурсопотребления снижает остроту обеспеченности ресурсами. Международный нефтяной кризис дал мощный импульс к созданию энерго- и ресурсосберегающих технологий. Например, в США удельное энергопотребление в различных отраслях уменьшилось на 24—45%. Многие страны в этом плане имеют большие резервы. В Украине уровень энергопотребления в пересчете на нефтяной эквивалент составляет 3180 кг (Польша — 2400 кг, Испания — 2458 кг, Австрия — 3300 кг, Великобритания — 3778 кг), а расход энергоресурсов на единицу продукции в 4—10 раз выше по сравнению с указанными странами. Кроме того, в развитых странах до 10—20% потребностей в энергоресурсах удовлетворяется за счет возобновляемых источников (ветроэнергетика, солнечные батареи, биогаз), использования метана природного и техногенного происхождения и т. п.

 

В связи с дефицитом некоторых ресурсов наметилась устойчивая тенденция перехода в сфере производства от традиционных материалов на их альтернативные заменители (алюминий, пластмасса, каменное литье и т. п.). Например, при производстве современных автомобилей до 30% металлоемких деталей изготовляется из заменителей. Уже имеется опыт искусственного синтезирования ряда минералов, а в перспективе с освоением нанотехнологий это направление ресурсного обеспечения будет активно развиваться.

 

Таким образом, приведенные тенденции расширения минерально-сырьевой базы свидетельствуют, что проблемы исчерпаемости ресурсов объективно не существует. Вместе с тем недостаточное развитие какого-либо из направлений хозяйственной деятельности или чрезмерное потребление может создать дефицит отдельных видов минерального сырья. В связи с этим особое значение приобретает развитие теоретических основ прогнозирования уровня развития общества и его потребностей, техники и технологии производства продукции соответствующего количества и качества на конкретном этапе развития, обеспеченности разведанными запасами различных минеральных ресурсов во времени, а также соответствия технологии добычи и обогащения полезных ископаемых их качеству с учетом экологических последствий освоения месторождений. Получение такой информации на основе научного прогнозирования позволит обществу своевременно и в нужном количестве выделять средства для опережающей разведки требуемых по качеству и условиям залегания месторождений, создания эффективных технологий извлечения необходимых ресурсов из окружающей среды. В этом случае горная наука и техника будут развиваться не столько для удовлетворения нынешних запросов горнодобывающей промышленности, сколько работать на потребности научно предсказанного будущего. Поэтому особое значение приобретают методы научного прогнозирования и исследование с их помощью различных проблем горной отрасли.

 

Тенденции в создании перспективных эколого-ориентированных технологий добычи полезных ископаемых

Наличие месторождения полезных ископаемых требуемого качества не гарантирует того, что оно может быть вовлечено в эксплуатацию. Для этого необходимо благоприятное сочетание конъюнктуры рынка, доступности месторождения, наличия конкурентоспособных технологий добычи и обогащения полезных ископаемых, обеспечивающих прогнозируемые последствия их применения для окружающей среды. Эти последствия при достигнутом уровне техники и технологии тем масштабнее, чем беднее становятся вовлекаемые в эксплуатацию месторождения, поскольку для поддержания достигнутого уровня потребления того или иного ресурса придется извлекать все большее количество полезного ископаемого и проникать в недра на все большую глубину, многократно увеличивая отрицательные последствия для окружающей среды. Одним из основных требований к созданию эколого-ориентированных технологий должна стать закладка выработанного пространства при подземном способе и внутреннего отвалообразования при открытом способе разработки. Как показали исследования по Западному Донбассу и Крив-бассу [5], переход на такие технологии, несмотря на некоторое увеличение себестоимости добычи, с общенациональных позиций является единственно приемлемым. Перспективным может быть создание подземных ГОКов, в том числе при добыче общераспространенных полезных ископаемых с полной утилизацией отходов производства в недрах.

 

Весьма важным с экологической точки зрения является реализация принципа изоляции выработанного пространства карьеров и шахт от водоносных горизонтов вместо откачки и сброса высокоминерализованных вод в поверхностные водоемы, поскольку использование старых технологий приведет к деградации и в перспективе к потерям значительных площадей земельных угодий.

 

В старопромышленных горнодобывающих регионах с помощью запретительных и поощрительных экономических механизмов необходимо снизить темпы добычи полезных ископаемых из недр и стимулировать их извлечение из отходов обогащения и некондиционных полезных ископаемых. С этой целью необходимо разрабатывать и внедрять технологии формирования техногенных месторождений с заданными параметрами.

 

Важную роль в решении экологических проблем при разработке крутопадающих месторождений будут играть технологии с внутренним отвалообразованием, включая как засыпку ранее отработанных карьеров, так и послойную разработку с многократной перевалкой или перевозкой вскрышных пород внутри карьера. Как показали исследования, число таких перевозок может достигать шести-семи; при этом уменьшается расстояние транспортирования вскрышных пород, сокращается землеемкость и снижаются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. В Кривбассе эти технологии внедрены повсеместно, разработан нормативный документ по их проектированию, и они официально отнесены к эколого-ориентированым.

 

Широкое применение должны получить технологии прибортовой выемки, когда без разноса бортов под нижним уступом вскрывается полезное ископаемое на небольшом фронте работ и осуществляется его выемка; может применяться также шнекобуровая выемка.

 

Особо следует остановиться на реабилитации земель, нарушенных горными работами. В Кривбассе и других горно-рудных бассейнах площади нарушенных земель составляют тысячи гектаров и представлены нерекультивированными отвалами, щламохранилищами, старыми карьерами и зонами обрушения. Возникшая на них растительность является следствием природного самозарастания с разной интенсивностью. Предприятия за эти земли платят налоги, средства идут в бюджет местных и региональных советов, а также в государственный экологический фонд. Закон Украины об экологической сети позволяет брошенные земли использовать как элементы этой сети, формируя на ограниченной территории разнообразные ландшафты (озеро в карьере, склоны на откосах отвалов и карьеров, равнинные участки между ними) и создавая уникальные возможности для восстановления биологического разнообразия. Для реализации этой идеи предлагается создать на отдельных участках заказники местного значения, что освободит предприятия от части налогов и позволит направить сэкономленные средства на развитие заказников, которые смогут выполнять функции научно-исследовательских, природоохранных и просветительских структур. Заинтересованность предприятий будет базироваться на том, что заказники останутся на их балансе. Накопленный опыт на заказнике Визирка, созданном на нарушенных горными работами землях Ингулецкого ГОКа, подтверждает эффективность такой формы природоохранной деятельности.

 

Наука и практика горного производства располагают достаточно большим пакетом предложений по обеспечению малоотходности и ресурсосбережения [6]. Безусловно, внедрение рассмотренных предложений потребует на первых порах затрат, и иногда достаточно существенных, однако другой альтернативы сохранения окружающей среды, приемлемой для обеспечения устойчивого развития общества, не существует.

 

Список литературы

1. Шапарь А.Г., Копач П.И.Исчерпаемость минеральных ресурсов, целесообразность и условия их ввода в эксплуатацию // Открытые горные работы. 2000. № 4.
2. Природные ресурсы и окружающая среда. Достижения и перспективы. Из-во МЦНТИ. 1987. Вып. 58.
3. Глобальные тенденции развития человечества до 2015 г. Материалы Национального разведывательного совета сШа. Екатеринбург: У-ФАКТОРИЯ. 2002.
4. Пешков А.А., Мацко Н.А., Михайлов А.Г., Брагин В.Н. Перспективные горные мегатехнологии // Экология и природопользование: Сб.научных трудов ИППЭ НАН Украины. Днепропетровск. 2005. Вып. 8. С. 90-94.
5. Шапарь А.Г., Дриженко А.Ю., Полищук С.З. и др. Ресурсосберегающие технологии добычи полезных ископаемых на карьерах Украины. Киев: Наукова думка 1998.
6. Трубецкой К.Н., Шапарь А.Г. Малоотходные и ресурсосберегающие технологии при открытой разработке месторождений. М: Недра. 1993.

 

 

 

А.Н. ВОЛГУШЕВ, канд. техн. наук, НИИЖБ, А.П. МАТЮШКИН, директор ГПТИОТС (Москва)

 

Использование местных сырьевых ресурсов в технологии производства строительных конструкций и изделий всегда являлось актуальным в строительстве. Особое значение решение этой проблемы приобретает в районах, крайне удаленных от развитой базы стройиндустрии. К таким районам в России относятся Курильские острова. В состав Курильского архипелага входит 30 довольно крупных островов и более 20 мелких, общей площадью около 15,6 тыс. км². Протяженность Курильской гряды 1250 км от Японского острова Хокайдо на Юго-Западе до полуострова Камчатка на Северо-Востоке. Почти все острова Курильского архипелага гористы, вулканического происхождения. На островах в разное время были обнаружены месторождения полезных ископаемых, в том числе серы, железной руды, пемзы, вулканических шлаков, базальтов, андезитов, золота, серебра, минеральных вод и др. Запасы серы на островах оцениваются до 5 млн т, а серосодержащего сырья — в 40 млн т.

 

Разработка и освоение природных богатств Курильских островов является одной из важнейших проблем Дальневосточного региона. Для ее решения необходимо выполнить значительный объем капитального строительства различных сооружений, в том числе дорог, объектов перерабатывающего комплекса, и в первую очередь рыбного и сельскохозяйственных производств, морских сооружений, жилья и др. Для обеспечения такого объема строительных работ необходимо располагать хорошей базой по производству строительных материалов.

 

В НИИЖБ разработан новый бесцементный строительный материал на основе термопластического серного вяжущего (ТПСВ), получаемый по технологии НИИЖБ на основе технической серы или серосодержащих отходов. Результаты исследований показали, что композиты на основе ТПСВ характеризуются высокой прочностью (R_сж = 40—60 МПа), водонепроницаемостью (W = 12—20), морозостойкостью (F200—F400), низким водопоглощением (B = 0,5—1,2%), способны быстро набирать прочность, в том числе и при отрицательной температуре и под водой, стойки к солевой агрессии, к действию масел, нефтепродуктов, растворов кислот. Установлено, что композиты на основе ТПСВ могут применяться для конструкций и изделий, эксплуатирующихся в суровых климатических условиях и при воздействии агрессивных сред. Наиболее рациональными направлениями применения композитов на основе ТПСВ являются дорожные и тротуарные покрытия, бордюрные камни, коллекторные кольца, дренажные трубы, сливные лотки, фундаменты, аэродромные покрытия, морские причалы, элементы сельскохозяйственных сооружений и ряд других сооружений, ремонтные работы.

 

На основании опыта и результатов НИИЖБ в области композиций на основе ТПСВ выполнены комплексные научно-исследовательские работы по изучению серных руд и заполнителей Курильских островов. Результаты совместных работ, выполненных НИИЖБ, ГПТИОТС и ИГЕМ АН РФ, убедительно показали возможность использования серных руд и местных заполнителей при решении многих вопросов в реализации строительной программы на Курильских островах.

 

Строительство на Курильских островах дорогостоящее. Основная масса строительных материалов, изделий и конструкций завозится с материка в весьма короткий навигационный период. Разгрузка материалов до последнего времени была рейдовой. Все это приводит к удорожанию строительства, затягиванию сроков ввода объектов в эксплуатацию.

 

Учитывая, что регион Курильских островов богат природной серой, одним из возможных путей решения проблем производства строительных материалов является использование ее для приготовления термопластического серного вяжущего (ТПСВ) и различных конструкций на его основе на технологическом участке, который может быть создан на базе модернизированного оборудования асфальтобетонного завода (АБЗ). Многие элементы конструкций, привозимые с материка, могут быть изготовлены из композитов на основе ТПСВ. Используя месторождения природных легких заполнителей (пемза и шлаки) в сочетании с ТПСВ, возможна организация производства эффективных стеновых материалов. Композиты на основе ТПСВ могут найти применение в дорожном строительстве. Все исследования проводились в НИИЖБ на материалах, доставленных с Курильских островов. В программу исследований входило: оценка характеристик исходного сырья, подбор составов, изучение технологических свойств смеси и разработка технологических приемов ее формования, определение основных физико-механических свойств полученных составов, назначение первоочередной номенклатуры изделий. На основании результатов исследований выполнены работы по составлению технологического регламента, проектированию технологического оборудования и составлению проекта организации производства. Эти работы выполнялись в направлении создания производства ТПСВ на основе серных руд и строительных конструкций различного назначения, как в сборном, так и монолитном вариантах.

 

Основной вопрос, который необходимо было решить, заключался в определении пригодности серных руд для приготовления ТПСВ и композиций на его основе. Содержание в руде серы и сопутствующей минеральной породы является основополагающим показателем. Виды руд и некоторые результаты их исследования приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование острова	Вид руд	Содержание, %		Влажность, %		Прочность при сжатии, МПа
		Сера	Минерал	Нормальная	Максимальная
	I	90	10	6	15,5	45,5
Кунашир	II	70	30	—		37
	III	81	19	9	13	46
	IV	7	93	4,5	8	—
Утуруп	V	21	79	—		46
	VI	10	90	—		—

 

Исследования показали, что руды вида I, II, III, V состоят из серы и минеральной части, включающей песок и вулканический пепел. При разогреве все они переходят в подвижную мастику, которая может быть использована для приготовления серных композиций. Образцы-кубы, отформованные из этих мастик, показали при испытании на сжатие довольно высокие прочностные характеристики. Руды вида IV, VI представляют горную породу, пропитанную серой, поэтому после удаления серы куски руды сохраняют первоначальную форму и геометрические размеры. В исходном виде эти руды не пригодны для приготовления серных композиций. При подборе составов определяли соотношение компонентов, при котором обеспечивались как технологические свойства смеси по подвижности, так и физико-механические свойства затвердевшего состава.

 

Соотношение между составляющими определяли экспериментально -теоретическим путем.

 

Для получения плотного и достаточно прочного бетона необходимо, чтобы мастика заполняла пустоты щебеночно-песчаной смеси. Исходя из этого количество мастики (М_маст) в составе определяли из выражения:

М_маст = П_щп· К· V_ф· ρ_маст,

где П_щп — пустотность щебеночнопесчаной смеси; К — коэффициент раздвижки зерен; V_ф — объем формы; ρ_маст — средняя плотность мастики.

 

Гранулированное термопластическое серное вяжущее из серных руд вида I, II, III и V может быть получено без особых корректировок их составов. ТПСВ характеризуется видом минеральной части и модифицирующей добавкой.

 

Получение мастичного расплава из серных руд технологически просто, заключается в их разогреве до температуры 150±5^оС при перемешивании для предотвращения расслаивания.

 

Гранулирование мастики можно производить на любом из существующих видов грануляторов для серы (см. рисунок).

Принципиальная технологическая схема получения серного вяжущего из руд: 1 — бункеры исходных материалов; 2 — ленточный транспортер; 3 — дозатор; 4 — реактор; 5 — гранулятор; 6 — упаковщик гранул; 7— упакованное ТПСВ

 

На основе ТПСВ из серных руд были изготовлены бетонные образцы 4x4x16 см. Составы приготовлены на тяжелых и легких заполнителях, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Тип руды	Вид заполнителя	Плотность, кг/м3	Прочность при сжатии, МПа
I	Тяжелый	2460	33
II	—	2440	52,2
III	—	2400	54,4
V	—	2400	54,7
I	Легкий	1400	39,9

 

Выполненные исследования показали возможность использования местных серных руд и минеральных наполнителей в технологии производства строительных материалов различных составов, в том числе тяжелых, легких, крупнопористых. Практическое применение конструкции из этих составов определяется их высокой прочностью, низким водопоглощением, водонепроницаемостью, стойкостью при воздействии суровых климатических условий и агрессивных сред.

 

Технологические операции по переработке серных руд несложны и технически доступны при минимальных капитальных затратах. На первом этапе освоения производства возможно использование технологического оборудования асфальтобетонных заводов при небольшой их модернизации. Проектирование и изготовление нестандартного оборудования при дальнейшем совершенствовании технологии не вызовут затруднений.

 

 

Н.П. ЛУКУТЦОВА, канд. техн. наук,
Брянская государственная инженерно-технологическая академия

 

Тяжелые металлы (медь, цинк, никель, свинец, хром, кобальт, кадмий) попадают в строительные материалы с природным и техногенным сырьем.

 

В породах естественного происхождения всегда присутствуют кроме основных и второстепенных компонентов тяжелые металлы. Наименьшее их количество содержится в карбонатных, наибольшее — в глинистых породах. Промышленные отходы более обогащены тяжелыми металлами. Превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) наблюдается в пиритных огарках, золе, фосфогипсе, минеральных шламах, отработанных формовочных смесях (ОФС) и др.

 

По валовому содержанию тяжелых металлов в некоторых промышленых отходах предприятий Брянской области превышение ПДК составляет: по свинцу от 1,3 до 45 раз, по меди от 1,2 до 225 раз, по цинку от 1,4 до 21 раза и по никелю в 5,7 раза.

 

При использовании техногенного сырья в производстве строительных материалов в соответствии с МУ 2.1.674—97. «Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промотходов» [1] необходимо, чтобы содержание водорастворимых форм тяжелых металлов не превышало предельно допустимых концентраций для вод поверхностных водоемов (ПДК_в) [2], так как воздействие агрессивных сред, механические повреждения и другие факторы могут привести к нарушению целостности изделия, его конструкции и способствовать миграции из строительного материала опасных компонентов. Поэтому необходимо обеспечить надежное связывание тяжелых металлов в структурно устойчивые соединения, чтобы не происходила их эмиссия и вторичное загрязнение окружающей среды.

 

С целью выявления механизмов миграции и связывания тяжелых металлов образцы из цементного бетона с заполнителем из ОФС (отходы Брянского сталелитейного завода) состава Ц:ОФС = 1:3 при водоцементном отношении В/Ц = 0,5 выдерживались в агрессивных средах в течение 10—30 сут.

 

Как показали исследования, с течением времени происходит увеличение концентрации тяжелых металлов в окружающей образец среде (табл. 1). Так, через месяц экспозиции песчаного бетона на ОФС во всех исследуемых средах наблюдается превышение ПДК_в по свинцу двухвалентному (Pb²⁺) и шестивалентному хрому (Cr⁶⁺) до 20 и 43 раз соответственно. Для меди, цинка, кобальта и никеля концентрация в агрессивных средах, за исключением никеля в 2% серной кислоте, значительно ниже ПДК_в. При этом значения рН среды во времени претерпевают существенные изменения. Для щелочных и нейтрально-водных сред значения рН выше 7 можно объяснить либо вымыванием основных оксидов (СаО и др.) из бетона, либо собственной высокой щелочностью (растворы КОН, NaOH, Na₂CO₃ и т. д.). В случае применения в качестве агрессивных сред растворов НС1 и H₂SO₄ рост значения рН до 11,6—13,45 связан вероятнее всего с процессом коррозии. В кислых агрессивных средах при первоначально низких значениях рН (менее 3) происходит нейтрализация кислоты в результате взаимодействия с основными оксидами (СаО и MgО) вплоть до полного ее расхода. При этом увеличивается пористость, способствующая дальнейшему эффективному вымыванию СаО и других щелочных агентов наряду с катионами тяжелых металлов в виде растворимых солей, за исключением свинца (PbSO₄ и PbCl₂ плохо растворимы в воде). В результате со временем значения рН среды вытяжек из кислых переходят в сильнощелочные.

 

Таблица 1

Среда	Концентрация металлов в вытяжках через 30 сут экспозиции образцов бетона на ОФС , мг/л
	рН исходное	рН вытяжки	Pb2+	Cu	Fe	Ni	Co	Zn	Cr6+
2,5% Na2CO3	8,2	12,2	0,15	0,005	0,09	<0,006	0,028	0,004	1
2,5% CaCO3	10,75	10,25	0,083	0,013	0,077	<0,006	<0,006	0,031	0,321
Дистиллированная вода	6,5	9,9	0,05	0,003	0,07	<0,006	<0,006	0,009	0,64
Водопроводная вода	7,85	10,35	0,06	0,019	0,09	0,007	<0,006	0,01	0,93
0,1 н. HCl	—	11,6	0,086	0,01	0,093	0,013	0,043	0,009	0,07
2% H2SO4	2,5	13,45	0,054	0,205	11,64	0,157	0,088	0,559	0,146
2,5% KOH	13,7	13,7	0,853	0,029	0,903	<0,006	<0,006	0,527	0,361
2,5% NaOH	12,65	12,65	1,24	0,027	0,248	0,014	<0,006	0,431	0,177
2,5% MgCl2	6,35	8,4	0,168	0,021	0,015	0,012	<0,006	0,024	0,058
2,5% MgSO4	6	8,95	0,108	0,003	0,019	<0,006	<0,006	0,011	0,113
2,5% Na2S04	6,2	12,5	0,17	0,003	0,1	0,012	0,007	0,008	0,61
2,5/% K2SO4	5,8	12,5	0,15	0,005	0,06	0,013	0,01	0,005	0,39
ПДК для вод поверхностных водоемов		—	0,03	1	—	0,1	0,1	1	0,05
Превышение ПДК		—	1,6-43	нет	3-38,8	нет	нет	нет	1,16-20

 

Установлено, что степень вымывания катионов в щелочных средах резко возрастает в тех случаях, когда оксид металла обладает амфотерным свойством. Если в дистиллированной воде и щелочных средах медь вымывается примерно в одинаковых количествах, то металлы амфотерных оксидов (железо, никель, кобальт, цинк и свинец) проявляют тенденцию усиления миграции с повышением рН среды. Количество вымываемого оксида амфотерного металла зависит от его содержания в бетоне, растворимости в воде его гидроксида и от рН начала растворения. Гидроксид цинка начинает растворяться при рН выше 10,5 [3]. Поэтому в сильнощелочных средах содержание цинка в вытяжках соизмеримо с содержанием железа, хотя его начальная концентрация намного ниже, чем железа.

 

Свинец в бетоне находится в подвижных водорастворимых соединениях. Растворяясь в щелочах, Pb(OH)₂ образует плюмбиты Са[Pb(OH)₄] и гидроксо-плюмбиты Са₂[ Рb(ОН)₆].

 

Характер кривой изменения концентрации свинца в водных средах образцов песчаного бетона на ОФС (1:3, В/Ц = 0,5) естественного твердения от времени экспозиции свидетельствует, что процесс вымывания Pb²⁺ на протяжении всего периода экспозиции (30 сут) контролируется диффузией (рис.).

Зависимость концентрации хрома и свинца в водных вытяжках образцов песчаного бетона на ОФС (1:3, В/Ц=0,5) естественного твердения от времени экспозиции и рН среды: 1 — Cr³⁺; 2 — Cr⁶+; 3 — Pb²⁺

 

Динамика накопления Cr³⁺ и Cr⁶⁺ катионов в воде указывает, что они появляются в вытяжках одновременно. С течением времени при повышении рН среды содержание Cr³⁺ в воде не меняется вплоть до 12 сут выдержки. В дальнейшем с ростом рН содержание Cr³+ резко уменьшается (примерно в 10 раз). Это сопровождается увеличением содержания Cr⁶+ до 26-10^-2 мг/л. Гидроксид хрома Сг(ОН)₃ начинает растворяться при значениях рН больше 12 [3]. Следовательно, уменьшение содержания Cr³⁺ начиная с рН = 10 не может быть объяснено растворением его амфотерных соединений. С учетом постоянства суммы двух форм хрома в растворе уменьшение содержания Cr³+ объясняется протеканием окислительно-восстановительной реакции, при которой Cr³⁺ окисляется в Cr⁶⁺.

 

В качестве окислителя выступают катионы Fe³+, содержание которых в водных вытяжках намного превышает суммарное содержание всех других катионов.

 

В щелочных средах Cr⁶⁺ образует водорастворимые хроматы, в связи с чем наблюдаются аномально высокие значения количества вымываемого хрома при его невысоком начальном содержании в бетоне. Соединения Cr⁶+ в зависимости от рН среды в водных растворах находятся в виде различных форм — бихроматов или хроматов.

 

Окислительно-восстановительную реакцию между Cr³⁺ и Fe³⁺ в щелочной среде можно представить в виде полуреакций (а, б):

 

Электродный потенциал полуреакции (б) выше, чем полуреакции (а), из чего следует, что процесс (б) будет иметь место в прямом, а процесс (а) — в обратном направлении.

 

Учитывая, что медь, цинк, никель, кобальт надежно блокируются в составе бетона, а водой вымываются свинец и шестивалентный хром, для связывания последних в бетоне исследовались различные виды добавок.

 

При этом необходимо было учесть следующее. Во-первых, добавки должны обеспечивать концентрации свинца и хрома в водных вытяжках ниже ПДК_в. Во-вторых, они не должны ухудшать свойств бетонов, а по возможности их улучшать. В-третьих, при связывании одновременно свинца и шестивалентного хрома добавки должны быть совместимые. В-четвертых, они должны быть доступными и дешевыми.

 

Наиболее эффективными добавками для снижения концентрации шестивалентного хрома в водных вытяжках из бетона оказались щавелевая кислота и хлористый барий, а для свинца — карбонат кальция и дитизон. Концентрация Cr⁶⁺ и Pb²⁺ в водных вытяжках из песчаного бетона на ОФС через 10 сут экспозиции при использовании комплексных добавок приведена в табл. 2.

 

Таблица 2

Добавки, мас. % от количества ОФС в бетоне	Концентрация тяжелых металлов в водных вытяжках, мг/л
	Сг6+	Pb2+
BaCl2 0,01%+CaCO3 0,3%	<0,006	0,0235
Н2С2О4-2Н20 0,01%+CaCO3 0,3%	<0,006	0,0188
BaCl2 0,01%+KI 0,03%	<0,006	0,0324
Н2С2О4-2Н20 0,01%+KI 0,03%	<0,006	0,0311
BaCl2 0,01%+дитизон 0,01%	<0,006	0,0162
Н2С2О4-2Н20 0,01%+дитизон 0,01%	<0,006	0,0183
BaCl2 0,01%+СаСО3 0,5%	<0,006	<0,006
Н2С2О4-2Н20 0,01%+дитизон 0,02%	<0,006	<0,006
ПДКв, мг/л	0,05	0,03
Примечание. Песчаный бетон состава 1:3, В/Ц=0,45.

 

Установлено, что при введении в бетоны на ОФС щавелевой кислоты (0,01 мас. % от массы ОФС в бетоне) и хлорида бария (0,01%) в водных вытяжках не были обнаружены соединения шестивалентного хрома. Содержание свинца снижается до <0,006 мг/л при введении добавок карбоната кальция (0,5%) и дитизона (0,02%). При совместном использовании добавок хлорида бария (0,01%) и карбоната кальция(0,5%) или щавелевой кислоты (0,01%) и дитизона (0,02%) концентрация Cr⁶+ и Pb²+ в водных вытяжках составляет менее 0. 006.мг/л.

 

Выявлены особенности процесса структурообразования песчаного бетона, содержащего ОФС в присутствии тяжелых металлов и комплексных добавок, которые позволили не только связать свинец и хром в малорастворимые устойчивые к вымыванию соединения, но и повысить на 15—40% предел прочности при сжатии в ранние сроки твердения (табл. 3).

 

Таблица 3

Вид и количество добавки	Предел прочности при изгибе, МПа	Предел прочности при сжатии, МПа
		Время твердения, сут			Пропаривание
		7	14	28
Без добавки	3	6,1	7,5	14,2	15,6
ВаС12 0,03%+СаСО3 0,5%	1,9	7,7	8,8	14,7	16,4
ВаС12 0,03%+дитизон 0,01%	2	7,3	9,9	14,8	16,4
H2C2O4-2H2O 0,01%+СаСО3 0,5%	1,9	7,8	8,1	13,9	14,8
H2C2O4-2H2O 0,01%+дитизон 0,01%	2,1	8,6	10,3	14,4	16,6
Примечание. Бетон состава 1:3, В/Ц=0,44.

 

Таким образом, установлено, что механизм и динамика накопления катионов тяжелых металлов, таких как Cr³⁺ и Cr⁶⁺, Pb²⁺, цинк, медь, никель, кобальт, в водных вытяжках из песчаных бетонов, содержащих отработанные формовочные смеси, связаны с сочетанием одновременно протекающих диффузионных и химических процессов кислотно-основного взаимодействия.

 

Медь, цинк, никель, кобальт блокируются в составе бетона в отличие от катионов свинца и хрома.

 

Наиболее эффективным способом снижения концентрации свинца и хрома является химическое связывание катионов в устойчивые малорастворимые соединения добавками щавелевой кислоты (0,01%), хлористого бария (0,01%), карбоната кальция (0,5%), дитизона (0,01%), а также комплексными добавками на их основе.

 

Список литературы

1. МУ 2.1.674—97. Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промотходов. М.: Минздрав России. 1997. 40 с.
2. СанПиН 4630—88. Санитарные правила и нормы охраны поверхности вод от загрязнения / Минздрав СССР. Главное санэпидуправление. М., 1988. 70 с.
3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия. 1971.454 с. (с. 248).

 

 

 

Я.И. КОРЕНМАН, д-р хим. наук, Т.А. КУЧМЕНКО, д-р хим. наук, Ю.Е. СИЛИНА, инженер,
Воронежская государственная технологическая академия

 

За последнее десятилетие объемы производства синтетических материалов, применяемых для изготовления мебели и ремонта помещений, резко возросли, что негативно влияет на качество воздуха отремонтированных помещений. Искусственные материалы являются источниками миграции легколетучих вредно действующих соединений, нарушают естественную вентиляцию и физико-химические показатели внутренней воздушной среды помещения [1].

 

Химическая стабильность современных строительных материалов (СМ) является одним из основных критериев гигиенической оценки загрязненности воздуха помещения. Гигиеническую оценку СМ начинают с проведения санитарно-химических исследований:

• обнаружения возможного выделения вредно действующих веществ из СМ в контактирующие среды (в данном случае воздух);
• изучения интенсивности и динамики миграции легколетучих соединений с поверхности СМ [2].

 

Рецептурный состав СМ позволяет априори предположить возможность выделения летучих соединений, являющихся исходными компонентами СМ или продуктами их деструкции (табл.1).

 

Таблица 1

Наименование материала	Область применения	Химические добавки	Выделяемые токсичные вещества
Полимерные материалы	Покрытие потолков, стен, полов	Пластификаторы, отвердители	Фенол, стирол, аммиак, ацетон, формальдегид
Неорганические вяжущие	Отделка стен	Полимерные смолы, отходы производства полимеров	Соединения фосфора, фтора, летучие органические вещества
Линолеум ПВХ	Покрытие полов	Полимерные смолы, стабилизаторы	Бензол, толуол, кумол, хлороформ, четыреххлористый углерод
ДВП, ДСП	Домостроение, изготовление мебели	Органические смолы	Фенол, формальдегид, аммиак, толуол
Панели ПВХ	Декоративная отделка	Смолы, органические вяжущие материалы	Винилхлорид, хлорвинил, фталаты, стирол
Клеящие мастики	Домостроение, ремонтные работы	Вяжущие материалы	Формальдегид, нафтол, фталаты, этилацетат, октил, бензол, толуол
Лакокрасочные материалы	Отделочные работы	Отходы химических производств, отвердители	Ацетон, ксилолы, толуол, алкилацетаты, производные анилина
Паркетные доски	Декоративная отделка полов	Отвердители	Формальдегид, фенол, нафтохлорбензол, хлорфенол, бутиловый спирт, бутилацетат, анилин
Утеплители и пенопласты	Домостроение	Пластификаторы, органические смолы	Фенол, формальдегид, орто-и пара- крезолы, этилбензол, бутиловый спирт, стирол

 

Для контроля качества воздуха помещения службами санитарно-эпидемиологических станций используются, как правило, устаревшие методики анализа, позволяющие определять только индивидуальные компоненты из смеси воздуха. В связи с этим актуальной задачей является разработка тест-способов анализа, позволяющих контролировать качество воздуха помещения и принимать решение о безопасности его эксплуатации.

 

Принципиальное значение для качества внутренней воздушной среды помещения имеет характер источника загрязнения. К временным источникам относятся загрязнения, поступающие извне (выхлопные газы, компоненты сигаретного дыма, легколетучие соединения, мигрирующие с поверхности одежды, обуви, бытовой техники, пищевых продуктов) [4]. Такие источники менее опасны в связи с конечностью сроков миграции загрязнителей в воздух помещения и возможностью прекращения их доступа (проветривание, обеспечение полноценной вентиляции).

 

Основную массу постоянных источников загрязнения воздуха легколетучими соединениями составляют строительные материалы.

 

Эмиссия легколетучих соединений с поверхности СМ определяется нестабильностью применяемого материала и может продолжаться от нескольких месяцев и даже лет (кратковременная миграция) до полного вывода материала из пользования (долговременная миграция).

 

Для отделочных работ широко применяются полистирольные, полипропиленовые и полиэтиленовые пленки высокого давления (самоклеящиеся пленки); различные полимерные материалы, улучшающие акустику помещения, повышающие звукоизоляцию; древесно-стружечные и древесно-волокнистые панели, обеспечивающие монтаж сложных конструкций в помещениях и применяемые для отделочных работ и производства мебели [5].

 

Загрязненность воздуха помещения легколетучими соединениями СМ изучена нами на примере помещения, отремонтированного с применением полимерных покрытий для отделки потолков (ГОСТ РФ 509916—00), сухой строительной замазки (ГОСТ РФ 28013—98), самоклеящейся пленки для облицовки и декоративной отделки поверхностей (гОсТ РФ 51121—97), древесно-волокнистых и древесно-стружечных панелей (ДВП-ТУ 5536-001-51035632-99, ДСП-ТУ 5772-001-52618577-00). Согласно гигиеническим заключениям в тестируемых пробах воздуха содержались ацетон, аммиак, фенол и формальдегид, эмиссия которых в воздушную среду не превышает ПДК. Как правило, эти соединения являются продуктами деструкции стабилизаторов, эмульгаторов, красителей, входящих в состав указанных выше СМ и улучшающих их эксплуатационные характеристики. Например, источниками фенола, формальдегида и аммиака в воздухе помещений являются древесные панели (ДВП, ДСП), при производстве которых в качестве связующих применяются феноло-формальдегидные и мочевиноформ-альдегидные смолы [6].

 

Загрязненность воздуха отремонтированного помещения изучали сенсорометрическим методом на установке типа «электронный нос» [7]. Схема основного конструкционного узла — ячейки детектирования с инжекторным вводом пробы приведена на рис. 1 [8].

 

Таблица 2

Сорбент	∧Fт, Гц			∧сравн., Гц
	2 суток после ремонта	через 1 неделю	через 2 недели	2 суток после ремонта	через 1 неделю	через 2 недели
А-N	24	20	6	7	7	7
ТХ-100	18	10	6	6	6	7
ПчК	17	14	10	7	7	7
ПЭГА	20	12	5	5	6	6

 

Пьеэокварцевые резонаторы,
модифицированные пленками сорбентов

Рис. 1. Схема полисенсорной ячейки детектирования с инжекторным вводом пробы

 

Пьезокварцевые резонаторы АТ-среза с собственной частотой колебаний 8—10 МГц модифицировали пленками сорбентов различной полярности. Сорбенты подбирали в соответствии с индексами Ковача и Мак-Рейнольдса, установленными по кинетическим и количественным параметрам сорбции индивидуальных соединений: ацетона, фенола, формальдегида, аммиака [9]. Для фиксирования уровня фона легколетучих соединений, мигрирующих с поверхности СМ в воздух помещения, составлена матрица из 4 сенсоров на основе пленок Апиезона-N (А-N), Тритона Х-100 (ТХ-100), пчелиного клея (ПчК), полиэтилен-гликольадипината (ПЭГА).

 

Пробу воздуха отремонтированного помещения отбирали методом дискретной газовой экстракции [10]. Воздух прокачивали через шприц объемом 20 см³, вводили в ячейку детектирования 3 см³ пробы без предварительного концентрирования. Одновременно отбирали пробу воздуха в неотремонтированном помещении (проба сравнения).

 

По сигналам сенсоров в матрице строили «визуальные отпечатки» запаха воздуха тестируемого помещения и сопоставляли с пробой сравнения. Результаты опроса матрицы сенсоров при экспонировании в пробах воздуха тестируемого помещения приведены в табл. 2: ∧F_т и ∧F_сравн. — аналитические сигналы пьезовесов при экспонировании воздуха тестируемого и неотремонтированного помещений соответственно.

 

Аналитический сигнал пьезовесов уменьшается во времени вследствие выветривания загрязнителей из воздуха помещения, в то время как при экспонировании сенсоров в пробах воздуха сравнения такая зависимость не наблюдается (качественный и количественный составы пробы стабильны).

 

По «визуальным отпечаткам» изучали кинетику выветривания ацетона, фенола, формальдегида и аммиака из воздуха. Для этого сопоставляли площади «визуальных отпечатков» воздуха тестируемого помещения со стандартами, полученными в динамике и соответствующими пробам, отобранным через 2 суток, 1 и 2 недели после ремонта. В результате определяется время, когда составы загрязненного воздуха тестируемого помещения и воздуха сравнения соизмеримы. Выравнивание составов воздуха обоих помещений достигается через 10 суток после окончания ремонта (рис. 2).

 

Рис. 2. Кинетика выветривания загрязнителей из воздуха тестируемого помещения и воздуха сравнения

 

Разработанная методика суммарного определения летучих соединений, мигрирующих с поверхности СМ в воздух жилого помещения, характеризуется экспрессностью, простотой выполнения, рекомендуется для тестанализа воздуха после ремонта.

 

В результате выполненного исследования установлено выделение вредно действующих веществ из современных строительных материалов в воздух отремонтированного помещения, изучены интенсивность и динамика миграции загрязнителей с поверхности самоклеяющейся пленки, строительной замазки, полимерных материалов, древесно-волокнистых и древесно-стружечных панелей. Основное количество фенола и формальдегида мигрирует с поверхности древесных панелей, ацетона — с самоклеящейся пленки, аммиака — из строительной замазки. Менее интенсивная миграция ацетона, фенола, формальдегида и аммиака в воздух происходит с поверхности полимерного материала.

 

Наибольшее практическое значение имеет суммарное определение загрязнителей в воздухе отремонтированного помещения ввиду того, что в реальных условиях с учетом масштаба, геометрических параметров помещения и присутствия естественной вентиляции, обеспечивающей смешивание компонентов, миграция химических веществ в воздух отличается от установленной в лабораторных условиях на примере газовых фаз индивидуальных строительных материалов [11].

 

Список литературы

1. Туников С.А. Новости строительства // Промышленное и гражданское строительство. 2002. №2. С. 36-37.
2. ДмитриевМ.Т., КазнинаН.И. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. М: Химия. 1989. 368 с.
3. БудниковГ.К Эколого-химические и аналитические проблемы закрытого помещения. // Сорос. образоват. журн. 2001. т. 7. № 3. 39-44.
4. Померанцев Э.Г. Экологические проблемы производства, переработки и утилизации ПВХ и изделий из него // Пласт. массы. 1995. № 2. С. 47-49.
5. Орлов Ю.Г. Отделочные материалы // Строит. материалы. 2002. № 3 . С. 47-49.
6. Nealthy P.V. Healthy building and air distribution in rooms proceedings of healthy buildings / Anal. ^em., 1995. V. 37. № 11. P. 45-50.
7. Кучменко Т.А. Применение метода пьезокварцевого микровзвешивания в аналитической химии. Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. тех-нол. акад., 2001. 280 с.
8. Коренман Я.И., Шлык Ю.К., Кучменко Т.А., Кудинов Д.А. Патент 2205393 Россия, МПК 7 G 01 N 30/62. Ячейка детектирования для анализа газовых фаз // Изобретения. 2003. Бюл. № 15. Ч. 2. С. 476.
9. Король А.Н. Неподвижные фазы в газожидкостной хроматографии. М.: Химия, 1985. 240 с.
10. Витенберг А.Г., Иоффе Б.В. Газовая экстракция в хроматографическом анализе. Л.: Химия. 1982. 279 с.
11. Коренман Я.И., Кучменко ТА., Силина Ю.Е. Контроль безопасности современных строительных материалов с применеием метода пьезокварцевого микровзвешивания // XLV zjazdowe Naukowy Polskiego Towarzystwa Chemiznego. Lublin (Poland). 2003. P. 1277.

 

 

 

Л.А. КРОЙЧУК, канд. техн. наук, ОАО «НИИЦемент» (Москва)

 

По материалам Журнала «Zement-Kalk-Gips International» за 2004 г.

 

Расширение области применения древесных отходов является важной задачей.

 

В Техническом университете Горной академии (г. Фрейберг, Германия) были проведены исследования возможности модифицирования отходов древесины неорганическими материалами, содержащими известь и гипс, с целью получения древесноволокнистых изделий, устойчивых к воздействию микроорганизмов, огне- и влагостойких. В качестве исходной древесины в работе использовали крупную стружку канадской ели и сосны без удаления коры, а также гашеную известь и содержащую известь и гипс золу-унос ТЭС.

 

Изготовление модифицированных древесноволокнистых материалов. Процесс получения композита из древесных отходов с известью или золой-уносом заключается в измельчении древесных отходов в двухшнековом дезинтеграторе совместно с водной суспензией модифицирующих добавок.

 

С целью повышения активности гашеную известь и золу-унос предварительно диспергировали в воде при интенсивном перемешивании. Для опытов использовали слабо обожженную при относительно низкой форсуночной температуре золу-унос, богатую известью. Если использовать более сильно обожженную золу, то диспергирование необходимо проводить в вибромельнице. При этом образуется гидрогель Са(ОН)₂Н₂О и двуводный гипс CaSO₄2H₂O.

 

Перемешивание и измельчение смеси древесной стружки с модификаторами обеспечивается сжимающими и сдвигающими силами, интенсивность этих процессов возрастает при увеличении температуры в зоне измельчения до 80—100^оС. Происходит интенсификация свойств содержащихся в древесине парафинов, смол, дубильных веществ. Это создает предпосылки для повышения гидрофобности и консервации материала в результате денатуризации протеинов, сахаров и целлюлозы. При совместном измельчении модифицирующие добавки глубоко проникают в древесные волокна и реагируют с веществами древесины, инициируя возникновение дополнительных валентностей. Образующиеся при электролитической диссоциации выбранных модифицирующих компонентов ионы Са²+ образуют прочные водостойкие соединения с веществами, содержащимися в древесине. Важным результатом модифицирования является заполнение внутренних и наружных пор древесных волокон мельчайшими частицами модифицирующего материала. В результате древесные волокна упрочняются, повышается их прессуемость при изготовлении изделий. Вследствие антисептического действия извести и гипса возрастает сопротивление древесины к биодеструкции, она приобретает огнестойкость. Поверхность волокон древесины приобретает повышенную шероховатость, которая способствует повышению адгезионной способности. В результате образуется композиционный материал, обладающий благоприятными технологическими свойствами.

 

Выходящий из дезинтегратора материал обладает высокой влажностью. Его сушка осуществляется в ленточной сушилке или в кипящем слое горячими газами при температуре не ниже 120^оС до влажности 4—10% в зависимости от последующей обработки. Горячие газы интенсифицируют процессы кристаллизации растворенных добавок и термического изменения содержащихся в древесине веществ.

 

Если после повторного измельчения требуется получить древесное волокно, то для этой цели целесообразно применять обеспечивающие глубокий раздув молотковую дробилку или ударную мельницу, снабженные разгрузочным грохотом. При повторном измельчении наблюдается очень слабое отделение от волокна неорганических веществ.

 

Свойства модифицированных древесноволокнистых материалов. Высушенный и измельченный волокнистый композиционный материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Испытывали материал после вторичного измельчения в слабоуплотненном состоянии при влажности 4% с насыпной плотностью 300 кг/м³, коэффициент теплопроводности составляет 0,067 Вт/(м К) (состав, включающий 60% древесины и 40% гашеной извести) или 0,068 Вт/(м К) (состав, включающий 50% древесины и 50% золы-уноса).

 

Такой волокнистый материал пригоден для получения изоляционных изделий. Однако его недостатком является то, что в процессе схватывания во внутреннем пространстве могут образоваться поры. Кроме того, насыщенный водой волокнистый изоляционный материал не следует подвергать интенсивной сушке. Однако этот недостаток устраняется, если из него формовать гранулы размером 1—5 мм или таблетки диаметром 3—5 мм.

 

Необработанное неорганическими добавками древесное волокно воспламеняется в печной камере при температуре 250^оС и горит с образованием длинного пламени. У модифицированного волокнистого материала, содержащего 40% гашеной извести или золы-уноса, в печной камере при температуре более 300^оС наблюдались лишь локальные очаги воспламенения, которые быстро затухали. Процесс местного горения с последующим затуханием продолжался в течение 1 ч обработки до температуры 500^оС. Таким образом, модифицированный волокнистый композиционный материал имеет преимущества в огнестойкости перед немодифицированным древесноволокнистым материалом.

 

Для определения биологической устойчивости контрольные и модифицированные образцы волокнистого материала в течение 6 месяцев выдерживали при высокой постоянной влажности. У волокнистого необработанного материала процессы биоразрушения четко фиксировались уже через 28 сут; в материале, содержащем 40% гашеной извести или золы-уноса, до конца испытания не зафиксировано появления плесени и неприятного запаха.

 

В результате модифицирования неорганическими добавками получен древесноволокнистый материал, который можно использовать в качестве:

• наполнителя и изоляционного материала;
• армирующей добавки при изготовлении строительных материалов из глинистого сырья;
• материала для изготовления фильтров для поглощения отходящих кислых газов (SO₂, H₂S, HCl, NO₃, H₃P и т. п.) на установках малой мощности;
• связующего для окусковывания угля при получении топлива с пониженным выделением вредных веществ;
• добавки, повышающей адгезию и теплоизоляционные свойства штукатурных смесей;
• армирующей добавки для битумных строительных материалов;
• материала для изготовления прочных и эффективных гранул для насыпной теплоизоляции.

 

Прессование древесноволокнистых композиционных материалов без предварительной сушки. Преимуществом влажного прессования изделий из обработанных золой-уносом древесных волокон является то, что поры в полученном прессованием изделии всегда оказываются заполненными водной суспензией модификаторов и таким образом создаются благоприятные условия для химических реакций компонентов золы, а также между золой и древесным волокном. Недостатком такого технологического метода является продолжительная сушка изделий и низкое допустимое давление прессования.

 

В экспериментах использовали форму, через дно которой в процессе прессования отсасывался избыток воды. Давление прессования не превышало 25 МПа. Изделия размером 100x60x30 мм из массы, включающей 60% древесной стружки с влажностью 45% и 40% золы-уноса, прессовали при подогреве формы до 120°С, а последующую сушку изделий проводили до влажности 10%.

 

За счет быстрого схватывания золы-уноса сформованное изделие имело относительно высокую формовочную прочность. В процессе сушки прочность растет за счет кристаллизации органических и неорганических веществ.

 

Готовое изделие имеет прочность при сжатии более 48 МПа, прочность при изгибе — 3,4 МПа, прочность при изгибе после 24 ч водонасыщения — 3,1 МПа, при этом не было зафиксировано ни набухания, ни разрушения ребер образцов, а вода оставалась прозрачной; в сыром виде плотность изделия 1,2 г/см³, теплопроводность 0,292 Вт/(мК). При нагреве до 90°С в течение 4 ч образцы не имели трещин.

 

Материал гвоздится без появления трещин, при сверлении в нем образуются ровные отверстия. Поверхность изделий имеет хорошую адгезию со строительными растворами, к ней хорошо приклеиваются обои с помощью обойного клея.

 

Прессование древесноволокнистых композиционных материалов, обработанных золой-уносом, после предварительной сушки. При такой технологии большинство реакций модифицирования и возникновения связей протекает в непрессованном материале на стадии сушки, но они не влияют на развитие прочности сформованного изделия. Поэтому высокопрочное изделие может быть получено только в результате длительного воздействия высокого давления и повышенной температуры прессования. Только при этих условиях волокнистая композиция уплотняется до фактического отсутствия пор.

 

Материал после двухшнекового дезинтегратора сушат до влажности 4—10 % при температуре 80°С, а затем прессуют при давлении не ниже 100 МПа и температуре 180^°С.

 

Таким способом были изготовлены изделия размером 240x120x22 мм из композиции, включающей 60% крупной стружки с влажностью 45% и 40% золы-уноса. Образцы имели плотность 1,48 г/см³, теплопроводность 0,433 Вт/(мК), прочность при изгибе 39,4 МПа, прочность при изгибе после 24 ч водонасыщения 35,7 МПа, прочность при изгибе после 6-недельного водонасыщения 38,5 МПа, прочность при изгибе после 2 ч выдержки при 100°С 32,7 МПа и после охлаждения до 20°С 39,5 МПа, прочность при изгибе после 24 ч охлаждения до -18°С 28,9 МПа, твердость по Бринеллю 31,3.

 

При сверлении в изделиях образуются отверстия с ровными краями, при этом на них отсутствуют трещины, материал легко пилится с образованием гладкой поверхности распила.

 

Для определения огнестойкости изделия подвергали нагреву в печной камере до 500°С со скоростью 10°/мин и выдерживали в течение 1 ч. Слабое тление было зафиксировано при температуре более 390°С.

 

Таким образом, использование извести, гипса или содержащего эти реагенты материала, например золы-уноса, для модификации древесных отходов позволяет придать полученному материалу ряд ценных свойств — повышенную биологическую стойкость, хорошие теплоизоляционные характеристики, огнестойкость, высокую механическую прочность. В результате создаются предпосылки для существенного расширения возможности утилизации древесных и других промышленных отходов и создания многофункциональных эффективных материалов.

 

 

 

В.А. ХУДЯКОВ, канд. техн. наук, Л.В. ЛЕВИЦКАЯ, инженер,
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

 

Исходя из концепции энерго- и ресурсосбережения правительства Пензенской области на кафедре «Строительные материалы» были проведены исследования по разработке новых строительных материалов на основе крупнотоннажных и трудноутилизируемых промышленных отходов для защиты от коррозии конструкций и оборудования на предприятиях химической промышленности.

 

Особенность эксплуатации строительных конструкций и технологического оборудования на крупных объектах по выпуску азотных удобрений заключается в воздействии на них жидких и газообразных азотнокислых соединений. Материалы строительных конструкций подвергаются интенсивному разрушению и требуют проведения ежегодных дорогостоящих мероприятий по капитальному ремонту и восстановлению (рис. 1).

 

Для эффективной защиты можно рекомендовать полимерные композиционные материалы, модифицированные специальными добавками, повышающими их химическую стойкость. В качестве дисперсного наполнителя такие материалы содержат крупнотоннажные, трудноутилизируемые отходы химической промышленности, химический состав которых эффективен для защиты от коррозии. Это позволяет наряду с решением основной задачи защиты от коррозии значительно расширить сырьевую базу для производства новых строительных материалов, решать природоохранные и экологические вопросы.

 

Кроме того, для повышения деформативных показателей в составы химостойких композитов предлагается вводить в качестве дисперсного армирующего материала волокнистые отходы некоторых предприятий Республики Мордовии. Территориальное соседство, наличие большого количества волокнистых отходов делают актуальным создание таких композитных материалов [1].

 

В качестве связующего для композитных материалов применяли модифицированную эпоксидную смолу марки ЭД-16 с отвердителем полиэтиленполиамином [2]. В качестве основного наполнителя использовали высокодисперсные отходы стекольной промышленности, стройиндустрии и кварцевый песок, в качестве дисперсного армирующего материала — волокнистые промышленные отходы.

 

Полимерную композицию готовили по принципу раздельной технологии [3]. Связующее разогревали на водяной бане до температуры 60—80^оС, далее в связующее во избежание его мгновенного затвердевания вводили часть от расчетного количества модификатора и отвердителя. Параллельно готовился бинарный наполнитель, представляющий собой смесь высокодисперсного и мелкозернистого наполнителей. После гомогенизации наполнитель смешивали со смолой. Смесь охлаждали до температуры 20—40^оС. В охлажденную композицию вводили дополнительно необходимое до расчетного количество отвердителя и модификатора, после чего массу вновь тщательно перемешивали.

 

В качестве основного наполнителя использовали тонкодисперсные отходы стройиндустрии, стекольной промышленности, кварцевый песок; в качестве дисперсного армирующего материала — волокнистые промышленные отходы. Волокнистые отходы предварительно просушивали при температуре 60—70^оС, затем размалывали до удельной поверхности 4000 см²/г, а тонкодисперсные отходы: — до 11400 см²/г.

 

Надежность и химическая стойкость композиционных материалов в химически агрессивных средах зависит от плотности структуры композита. Максимально плотная упаковка достигается за счет оптимального соотношения всех компонентов. Оптимальный состав определяли как расчетным, так и экспериментальным путем.

 

Лучшие механические характеристики показали композиции, наполненные тонкодисперсными отходами и кварцевым песком, их плотность составляет 1240—1460 кг/м³, а на основе тонкодисперсных отходов и оптического стекла — 1150—1610 кг/м³ (рис. 1). Оптимальным наполнением эпоксидных композитов (ЭК) является 25—30 об. % (рис. 2).

 

Влияние наполнения ЭК на их прочностные характеристики показано на рис. 3. Предел прочности при сжатии на 28-е сутки твердения композиционных материалов на основе тонкодисперсных отходов и песка составляет 102—117 МПа, тонкодисперсных отходов и оптического стекла — 86—110,6 МПа. Наибольшее значение прочности ЭК соответствует 22—27 об. % наполнения, что подтверждает сделанное предположение о формировании наиболее плотной и бездефектной структуры материалов при данном объемном содержании наполнителя.

 

Сопротивление ударным воздействиям исследуемых композитов определяли на копровой установке Пэджа на образцах размером (30x30x30).10^-3м (рис. 4).

 

Для повышения технологичности композиции при содержании наполнителя 26 об. % дополнительно вводили модификатор, что позволило увеличить количество наполнителя. В результате сопротивление ударным воздействиям возросло, что видно на графике. Для ЭК на тонкодисперсных отходах и кварцевом песке сопротивление ударным воздействиям составляет 5,3—19 Дж/см³, на тонко-дисперсных отходах и ОСП — 3,2—8,2 Дж/см³.

Рис. 1. Разрушение строительных конструкций в цехе по производству азотных удобрений под действием азотной кислоты и ее паров: а — железобетонных конструкций; б — металлических конструкций

 

Рис. 2. Зависимость плотности ЭК от вида и количества наполнителя: 1 — наполнитель — тонкодисперсные промышленные отходы, кварцевый песок; 2 — наполнитель — тонкодисперсные промышленные отходы, ОСП

 

Рис. 3. Зависимость предела прочности при сжатии от вида и количества наполнителя: 1 — наполнитель — тонкодисперсные промышленные отходы, кварцевый песок; 2 — наполнитель — тонкодисперсные промышленные отходы, ОСП

 

Рис. 4. Зависимость сопротивления ударным воздействиям от вида и количества наполнителя: 1 — наполнитель — тонкодисперсные промышленные отходы, кварцевый песок; 2 — наполнитель — тонкодисперсные промышленные отходы, ОСП

 

Оптимальным наполнением для ЭК с тонкодисперсными промышленными отходами и кварцевым песком (или отходами стекольной промышленности — ОСП) можно считать 22—25 об. %, которое характеризуется наибольшими значениями пределов прочности при сжатии, при ударе и наиболее плотной структурой материалов.

 

В качестве материалов для защитных покрытий полов, колонн, нижних частей футеровки стен промышленных помещений можно рекомендовать ЭК на основе тонко-дисперсных отходов и кварцевого песка, тонкодисперсных отходов и отходов стекольной промышленности с наполнением 22—25 об. %.

 

В настоящее время изучается долговечность и химическая стойкость эпоксидных композитов в условиях воздействия агрессивных сред.

 

Список литературы

1. Коррозия конструкционных материалов. Газы и неорганические кислоты // Справочное издание. Кн. 2. Неорганические кислоты / В.В. Батраков, В.П. Батраков, Л.В. Пивоварова, В.В.Соболь. М: Интермет Инжиниринг. 2000. 320 с.
2. ГОСТ 10587—76. Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия.
3. Соломатов В.И. Полиструктурная теория композиционных строительных материалов // Новые композиционные материалы в строительстве. Сб. статей. Саратов. 1981. С. 3-5.

 

 

И.В. БЕССОНОВ, канд. техн. наук, О.В. ЯЛУНИНА, инженер, НИИСФ (Москва)

 

Перспективность того или иного материала определяется его влиянием на систему человек — материал — окружающая среда, так как единство геохимической среды и жизни неразрывно и является важнейшим условием существования природы и человека.

 

Одним из отрицательных экологических последствий интенсификации развития промышленности, происходившей во второй половине ХХ столетия, явилось увеличение техногенного радиационного фона в результате перемещения в процессе производственной деятельности огромного количества природных радионуклидов (уран, торий и продукты их распада). Уровень концентрации этих радионуклидов на земной поверхности резко возрос в связи с извлечением ряда полезных ископаемых при их добыче из недр и последующей переработке.

 

Немалую долю в увеличение техногенного радиационного фона вносят различные строительные, в том числе и облицовочные материалы и изделия. Так, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), годовая доза облучения в зданиях сопоставима с дозой, получаемой в процессе рентгенодиагностики.

 

Для обеспечения радиационной безопасности населения (далее РБ) при воздействии радионуклидов законом «О радиационной безопасности населения», принятым 5.12.95 г., предписывается проведение производственного контроля строительных материалов и приемки зданий и сооружений с учетом у-излучения природных радионуклидов. Закон запрещает использование строительных материалов и изделий, не отвечающих требованиям по обеспечению РБ [1].

 

Основными радиоактивными нуклидами природного происхождения, содержащимися в строительных материалах, являются: радий (²²⁶Ra), торий (²³²Th), калий (⁴⁰К).

 

Дополнительными факторами радиационного воздействия на человека являются радон ²²²Rn и торон ²²⁰Tn — инертные радиоактивные газы естественного происхождения. Они образуются в результате радиоактивного распада естественных радионуклидов (ЕРН) U и Th. Радон встречается во многих материалах, в том числе и строительных, откуда диффундирует в окружающую среду (атмосферный воздух, воду). Скапливаясь в подземных резервуарах и растворяясь в воде, радон через артезианскую воду может попадать в пищу, за счет эманации из почвы поступая через вдыхаемый воздух в организм, приводит к внутреннему облучению человека.

 

Основная доза от дочерних продуктов изотопов радона реализуется в легочной ткани людей. Наибольшему облучению подвергаются пульмональная и трахеобронхиальная части легочной ткани. Эквивалентные дозы в этих тканях составляют 4 и 26,8 м³ в год. Основное последствие облучения легочной ткани — индуцирование рака легких. Накопление дочерних продуктов радона в воздухе жилых помещений обусловливает около 10% случаев рака легких.

 

В закрытых плохо проветриваемых помещениях, особенно на нижних этажах или станциях метро, объемная активность ²²²Rn в воздухе помещений может более чем на порядок превышать его объемную активность в открытой атмосфере.

 

Процесс выделения радона (эксхаляция) в воздух помещений состоит из двух этапов.

 

Вначале происходит эманирование радона, то есть выделение его из кристаллической решетки материала в поры строительной конструкции. Эманирование обусловлено энергией отдачи, приобретаемой атомами в результате а-распада, а также процессами диффузии и адсорбции атомов радона.

 

На втором этапе радон распространяется за счет диффузии в порах и микротрещинах материала. За время диффузии часть радона распадается, поэтому в воздух помещения попадает только часть свободного радона, находящегося в порах. Количество радона, выделяющегося в поры материала, характеризуют коэффициентом эманирования материала:

П= А₁/А₂,

где А₁ — активность газообразного радона в состоянии радиоактивного равновесия; А₂ — равновесная активность радона в материале в отсутствие эманирования (активность радия — 226).

 

Произведение коэффициента эманирования радона на удельную активность радия-226 равно удельной активности свободного радона в материале. Эта величина получила название эффективной удельной активности радия-226.

 

Скорость эксхаляции радона из строительных конструкций (стен и перекрытий) зависит от эффективной удельной активности Ra-226, а также от длины диффузии Rn-222 в строительных конструкциях. Из всех природных источников ионизирующего излучения наибольший вклад в дозу облучения вносят радон и продукты его распада.

 

Строительный гипс имеет почти в 10 раз меньшую эффективную удельную активность Ra-226 по сравнению с бетоном (табл. 1). Это означает, что гипсолитовые межкомнатные переборки должны вносить небольшой вклад в суммарное поступление радона в воздух помещений [2].

 

Таблица 1

Материалы	АRa, Бк/кг	П	АRa×η, Бк/кг
Глина	48 (10-255)	0,21	7 (1-25)
Почва	21 (15-28)	0,21	4,1 (1,6-6,7)
Строительный раствор	15 (11-20)	0,24	3,3 (2,3-4,4)
Тяжелый бетон	27 (11-48)	0,11	3,1 (1,0-4,1)
Песок	9,6 (3,7-20)	0,2	1,9 (0,41-5,2)
Легкий бетон	23 (13-44)	0,095	1,5 (0,56-3,5)
Силикатный кирпич	14 (6,3-30)	0,1	1,3 (0,81-2,1)
Штукатурка	9,6 (6,7-14)	0,12	1 (0,59-1,4)
Известь, мел	26 (8,1-70)	0,035	0,92 (0,04-2,4)
Кирпич керамический	36 (13-56)	0,015	0,55 (0,18-1,7)
Зола	107 (52-155)	0,008	0,55 (0,07-1,6)
Керамзитовый бетон	28 (23-74)	0,01	0,41 (0,15-0,59)
Строительный гипс	8,9 (7-10)	0,044	0,37 (0,15-0,59)
Известняк	3,7 (3,7-4,1)	0,046	0,18 (0,04-0,52)
Гравий	16	0,11	1,7
Щебень	35	0,091	3,5
Цемент	41	0,013	0,48

 

Уровень облучения определяется конструкцией здания, строительными материалами и условиями вентиляции, то есть зависит от людей. Любое ограничение облучения населения может распространяться только на те источники радиации, для которых возможно влияние человека на создаваемую ими дозу облучения (принцип контролируемости облучения).

 

Под контролируемостью подразумевается не просто принципиальная возможность оказания влияния на создаваемую дозу (такая возможность имеется для любого источника), но оказание влияния с учетом разумной стоимости защитных мероприятий. Необходимость учета стоимости защитных мероприятий при обосновании их целесообразности — основополагающий принцип радиационной защиты. Она прямо вытекает из признания без порогового характера действия ионизирующего излучения. Полная защита от ионизирующего излучения может быть достигнута только в том случае, если доза от всех источников будет равна нулю, а это невозможно при любых разумных и даже неразумных затратах. Во многих видах человеческой деятельности расходы на защитные мероприятия ограничиваются разумными пределами.

 

Доза у-излучения в помещении определяется в основном удельной эффективной активностью естественных радионуклидов в строительных материалах (А_эфф). Форма и размеры помещений, толщина стен и перекрытий мало влияют на мощность дозы в помещении. Значение средней дозы облучения населения (или коллективной дозы) зависит от средневзвешенной А_эфф. Поэтому изменить ее можно только влиянием на номенклатуру используемых строительных материалов, например путем отказа от применения в жилищном строительстве материалов с наиболее высоким содержанием ЕРН. Этого можно достичь нормированием А_эфф в материалах, добываемых на отдельных месторождениях [2].

 

Данные о величине удельной активности естественных радионуклидов некоторых строительных материалов представлены табл. 2.

Таблица 2

Строительный материал	Удельная активность, Бк/кг			Мощность поглощенной дозы в воздухе, нГр/ч
	40К	226Rа	232Th
Природное происхождение
Гранит	1200	100	80	300
Вулканический туф	1500	130	120	400
Глинистые сланцы (заполнители в бетоне)	850	1500	70	1450
Промышленное происхождение
Фосфогипс из фосфоритов	110	600	<5	540
Кирпич	330	280	230	580
Шлак доменный	240	70	20	110
Примечание. Мощность поглощенной дозы рассчитана для 4π-геометрии и бесконечной толщины материала, полученные значения позволяют только провести сравнения между строительными материалами и не могут служить оценкой доз в жилых зданиях, построенных из них.

 

Коэффициент эманирования η и эффективная удельная активность А_Ra×η в отечественных строительных материалах и почве (средние значения и диапазон вариаций) приведены в табл. 1.

 

Удельные активности ЕРН существенно отличаются для различных стройматериалов, более того, они существенно зависят от места происхождения одного и того же стройматериала. Данные табл. 2 приведены для ограниченного числа измерений, выполненных различными группами исследователей, и могут служить только ориентиром для выбора того или иного материала [3].

 

А_эфф в строительных материалах имеет широкий диапазон значений (от 7 до 4700 Бк/кг). Наиболее высокие удельные активности ЕРН характерны для пород вулканического происхождения (гранит, туф, пемза), а наиболее низкие — для пород осадочного происхождения карбонатных (мрамор, известняк), сульфатных (гипс, ангидрит).

 

Результаты исследований радио -активности строительных материалов в зарубежных странах приведены в табл. 3. В нее включены только данные у-спектрометрических измерений, дающих полную характеристику радиоактивности строительных материалов. В колонке 7 табл. 3 приведены рассчитанные эффективные удельные активности естественных радионуклидов, характеризующие величину у-фона, создаваемого данным материалом в помещениях [4].

 

Таблица 3

Страна	Вяжущие	Число образцов	Удельная активность, Бк/кг
			226Ra	228Th	40K	Аэфф
США	Цемент	4	18	11	111	41
	Цемент	6	22	18	155	59
	Гипс	75	22	7	141	43
Норвегия	Клинкер	6	96	59	814	242
	Цемент	4	30	18	241	74
	Гипс	2	11	3	11	16
Венгрия	Цемент	12	26	18	149	63
ФРГ	Портландцемент	14	<26	<18	241	<70
	Известь	8	<30	22	185	<75
	Гипс	23	<18	<10	96	<38
Финляндия	Цемент	7	44	26	241	137
	Гипс	1	7	2	26	12
Швеция	Цемент	—	55	47	241	137
	Гипс	—	4	1	22	7
ГДР	Цемент	10	55	23	326	113
	Известь	2	44	85	81	162
	Гипс	7	<9	<7	<74	<24

 

В 1999—2003 гг. был проведен радиологический контроль различных гипсосодержащих строительных материалов, результаты которого приведены в табл. 4. Из табл. 4 видно, что гипсовый камень, вяжущие, сухие смеси и другие гипсосодержащие материалы имеют низкую удельную эффективную активность ЕРН, что является существенным дополнением к целому ряду других экологически положительных и защитных качеств.

Таблица 4

Продукт	Производитель	Аэфф, Бк/кг
Сухие гипсовые смеси	Республика Молдова	21,1
Фугенфюллер (шпаклевка на гипсовой основе)	АО «СМС-Кнауф» СП	21,1
Камень гипсовый и гипсоангидритовый	Карьер Палазна,	6,7
	ОАО «Гипсополимер»	29,4
Вяжущие гипсовые	ОАО «Гипсополимер»	9
		11,5
Сухие гипсовые смеси:
Гольдгипс	ОАО «Гипсополимер»	21,2
		17
Ротгипс	То же	13,48
		12
Перлгипс	–”–	15,9
		11
Наливной пол	–”–	3
		8,1
Шпаклевка	–”–	12,76
		6,9
Листы гипсокартонные (ГКЛ)	–”–	11,7
		7,8
Листы гипсокартонные влагостойкие (ГКЛВ)	-”-	3
Плиты гипсовые для перегородок	–”–	6
		6,4

 

Уникальное химическое превращение двугидрата сульфата кальция позволяет получать из него изделия с той же химической формулой, которая была заложена в природном минерале, таким образом, гипсовое вяжущее является максимально экологически чистым веществом, позволяющим получать изделия на его основе, не внося помех в естественный круговорот веществ [5].

 

Гипс не выделяет при переработке в окружающую природную среду СО₂ в отличие от цемента и извести, поэтому вяжущие, получаемые из гипса, не являются аллергенами и не вызывают заболевание силикозом [6].

 

Гипсосодержащие материалы имеют малую тепло- и звукопроводность, поэтому находят применение в производстве теплоизоляционных и акустических материалов.

 

Строительные материалы, производимые на основе гипса, имеют высокую огне- и пожаростойкость. Эти свойства определяются способностью двугидрата отщеплять при нагревании полторы молекулы воды, затрудняя тем самым возгорание материалов.

 

Материал может дышать, то есть изделия из гипса способны впитывать избыточную влагу и отдавать ее, когда в помещении сухо, поддерживая тем самым равновесную влажность воздуха, что положительно влияет на микроклимат всего помещения и создает комфортные условия для человека.

 

Поскольку экология окружающей среды, в том числе и радиоэкология строительных объектов промышленного и гражданского назначения, существенно влияет на физическое и морально-психологическое состояние людей, предлагаемый подход заставляет по-иному смотреть на наиболее широко применяемые гипсовые строительные материалы.

 

Список литературы

1. Крампит И.А., Мильчаков В.И. Законодательно-правовое, нормативное и организационное обеспечение радиационного контроля стройматериалов // Строит. материалы. 2002. № 8. С. 12-13.
2. Ахременко С.А. Управление радиационным качеством строительной продукции М.: АСВ. 2000. С. 236.
3. Смирнов В.П., Игнатов С.М., Уруцкоев Л.И., Чесноков А.В. Радиационный фон естественных радионуклидов строительных материалов // Строит. материалы. 1999. № 4. С. 17-19.
4. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. М.: Энергоатомиз-дат. 1989. С. 120.
5. Сучков В.П., Веселов А.В. Экологические аспекты получения и применения высокопрочных гипсовых вяжущих // Сб. материалов семинара, посвященного 10-летию создания РААСН. НИИСФ. М., 2002. С. 214-218.
6. Ферронская А.В. Перспективы производства и применения гипсовых материалов в XXI веке // Сб. материалов семинара, посвященного 10-летию создания РААСН. НИИСФ. М., 2002. С. 22-29.

 

 

 

Е.И. ПАНФИЛОВ, д-р техн. наук, ИПКОН РАН (Москва)

 

Человеческое общество использует природные ресурсы для удовлетворения своих потребностей прогрессирующими масштабами и темпами, оказывая этим негативное воздействие на окружающую среду. Негативные техногенные воздействия, которые охватили всю биосферу, особенно литосферу, проявляются в изменениях окружающей среды на всей планете и распространились на космическое пространство.

 

По своим размерам и интенсивности эти воздействия к началу XXI века стали сопоставимы с природными катаклизмами. Наибольшую тревогу вызывает сокращение биоты — основы существования всего живого на земле. Отмечено изменение климата, рост концентрации СО₂, уменьшение содержания кислорода в воздухе.

 

На предприятиях накапливаются отходы. Отечественные горные отрасли промышленности накопили в отвалах вскрышных и вмещающих пород, шламохранилищах, других техногенных образованиях не менее 5 млрд м³ отходов. Их ежегодный прирост составляет около 1 млрд м³, а использование техногенных ресурсов, по разным оценкам, не превышает 10-12% от названного объема.

 

Непрерывно нарастающее вторжение в недра земли, связанное преимущественно с извлечением полезных ископаемых, а также освоением подземных пространств, вызывает адекватную, а часто более мощную, и главное, трудно или вообще непредсказуемую реакцию недр на эти воздействия. Одним из наиболее существенных проявлений являются техногенные, то есть сформировавшиеся в результате деятельности людей, землетрясения. За последние 30 лет в мире произошло более 70 таких землетрясений. Самое крупное землетрясение силой в 5,8 баллов по шкале Рихтера в России зарегистрировано в 1989 г. около г. Кировска на Кольском полуострове.

 

Постоянную опасность представляют такие явления, как опускание земной поверхности в районе горных работ, в результате которого впоследствии происходит подтопление территории; провалы, в отдельных случаях глубиной 10 м и более; оползни, горные удары, пылегазовые выбросы в атмосферу, изменение рельефа местности, физическое и химико-бактериологическое загрязнение земель и вод, в том числе внутри подземных водоносных горизонтов.

 

При нынешних темпах деградации окружающей среды перед человечеством возникла угроза экологической катастрофы. Поэтому во второй половине XX века развитые в экономическом отношении государства, которые раньше других ощутили негативные последствия, сопряженные с хозяйственной деятельностью, выступили с предложением предпринять коллективные меры по охране природной среды. В 1972 г. на конференции в Стокгольме была принята программа, которая позволила в определенной степени упорядочить действия государственных и общественных структур.

 

Несмотря на некоторые успехи по восстановлению и стабилизации состояния окружающей среды, ожидаемые результаты не достигнуты. Главным образом вследствие неуправляемого стремления людей к комфорту, благополучию, что требует постоянного наращивания производственных мощностей. Причины деградации окружающей среды связаны с потребительским подходом к природе, которая продолжает восприниматься управляемой, эксплуатируемой и завоевываемой любыми способами ради удовлетворения людских потребностей. Рост народонаселения привел к нарушению естественного биогеохимического цикла. Вследствие этого жизнедеятельность любого биологического вида, включая человека, поставлена под угрозу. В настоящее время доля воспроизводимой энергии составляет около 10% от объема энергии, потребляемой человечеством во всем мире.

 

В мировом сообществе не отлажена система рационального использования природных ресурсов. Это обусловлено:

• несовершенством применяемых технологий и оборудования;
• отсутствием общепринятой методологии оценки и сопоставления различных технологий по критерию экологичности;
• остаточным принципом государственного финансирования природоохранных мероприятий, реально сложившимся в большинстве государств, включая Россию;
• слабой законодательной базой по охране окружающей среды, в частности отсутствием положений, нацеленных на комплексное освоение природных ресурсов, стимулирующих переработку отходов, разработку техногенных образований;
• малодейственным надзором и контролем за состоянием и изменением окружающей среды, это положение весьма актуально по отношению к геологической среде;
• несогласованной политикой государства в вопросах охраны природной среды. Применительно к недропользованию важно отметить, что в российском как предыдущем, так и нынешнем федеральном законодательстве об охране окружающей среды блок проблем по охране недр (геологической среды) отсутствует.

 

Антропогенные воздействия на окружающую природную среду проявляются по-разному. Принято различать следующие виды техногенного воздействия на природные ресурсы: изъятие, уничтожение, нарушение, преобразование, загрязнение и комплексные воздействия. Каждый вид воздействия имеет свои особенности, четкие индивидуальные разграничения, которые должны найти отражение в законодательстве. Далее на основании законодательных актов будут разрабатываться нормативные документы, с тем чтобы перечисленные виды воздействия на природные ресурсы вписывались в рамки налогов и штрафов.

 

Например, в соответствии с характером воздействия на природный ресурс в форме загрязнения выделены механическое загрязнение среды и объектов, химическое, физико-химическое, бактериологическое, шумовое, ультразвуковое, электромагнитное, тепловое, световое. Эти воздействия могут иметь глобальный, континентальный, региональный или локальный характер.

 

На современном уровне развития науки и техники многие виды техногенных воздействий и особенно их последствия трудно предсказуемы. Результаты таких воздействий могут распространяться за пределами государственных и региональных границ. Поэтому необходимо организовать единую сеть литомониторинга.

 

Первичной единицей недр (геологической среды), в отношении которой решается вопрос об экологической безопасности недропользования, является элементарный экологический блок, в границах которого размещается используемый или планируемый к использованию георесурс. Оценка техногенных воздействий и их последствий должна осуществляться по каждому блоку и для каждого этапа недропользования: изучение, проектирование, строительство, освоение, использование ресурса недр, ликвидация, консервация и перепрофилирование объекта.

 

В стране должна функционировать система экологической безопасности, которая пока отсутствует и подменяется разрозненными службами, включенными в состав министерств, комитетов, региональных структур. Экологические экспертизы, которые начали применяться, часто из-за недовольства населения или демаршей движения зеленых в сложившейся практике выполняются разрозненно и не в состоянии дать комплексную оценку проекта или проанализировать функционирование группы действующих производств.

 

Какие меры следует рекомендовать, чтобы нынешнее состояние изменилось к лучшему?

1. Разработать и принять международную конвенцию (или иной документ) по обеспечению экологической безопасности недр и недропользования с использованием известных концепций по общей экологической безопасности.
2. Разработать и принять модельный закон об экологической безопасности недр и недропользования для государств СНГ с обязательным творческим и финансовым участием каждой из этих стран.
3. Подготовить типовое соглашение об урегулировании трансграничных загрязнений воздушных и водных сред и иных техногенных воздействий.
4. Подготовить проект федерального закона об экологической безопасности недр и недропользования и пакет вытекающих из него поправок в иные законодательные акты.
5. Скорректировать действующие и разработать новые нормативные документы, отражающие специфические особенности недропользования и связанных с ним производств. Этот вопрос должен включать отдельные документы, касающиеся эксплуатации месторождений, являющихся сырьем для производства строительных материалов, в том числе общераспространенных полезных ископаемых.
6. Развивать геоэкологическое предпринимательство на основе государственной поддержки, в частности путем организации малых и средних горно-экологических предприятий, в функции которых может войти осуществление природоохранных мероприятий с использованием новых технологий, оборудования и средств контроля, сбором, переработкой и использованием (ликвидацией) отходов горного производства.
7. Разработать и ввести экологический паспорт для каждого объекта недропользования.
8. Принять новые либо внести поправки в действующие законы, устанавливающие стимулирующее налогообложение и другие виды поощрений, которые создадут благоприятные условия для инвестирования в предприятия и отдельные производства, ставящие целью переработку отходов, освоение техногенных ресурсов, создающие малоотходные и безотходные производства.

 

Е.Е. РУМЯНЦЕВА, д-р экон. наук, Центр экономической политики и бизнеса (Москва)

 

В ХХ в. обозначилась тенденция быстрого опережающего развития энергетики на основе органических топлив. Относительная дешевизна энергии в развитых странах привела к расточительному ее использованию и распространению энергоемких технологий, и как следствие, к повышенному загрязнению окружающей среды. В период индустриализации экономики и связанной с ней быстрой урбанизацией был осуществлен переход на индустриальные технологии, в том числе в строительном комплексе.

 

В настоящее время обеспечение строительства экологически безопасными, дешевыми, длительного пользования материалами, конструкциями и изделиями, позволяющими строить высококачественное жилье по доступным ценам, должно стать одним из главных приоритетов экономической политики России. Однако на сегодняшний день приходится констатировать тот факт, что экологическая безопасность не является главным критерием качества строительной продукции при формировании системы государственного регулирования комплекса.

 

В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый гражданин страны имеет право на благоприятную окружающую среду. В статье 3 Закона РФ от 10.01. 2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [1] изложены принципы хозяйственной и иной деятельности органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц, оказывающей воздействие на окружающую среду.

 

Остановимся на некоторых из них:

• научно обоснованное сочетание экологических, экономических и социальных интересов человека, общества и государства в целях обеспечения устойчивого развития и благоприятной окружающей среды;
• охрана, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;
• ответственность органов управления всех уровней — от органов государственной власти до органов местного самоуправления за обеспечение благоприятной окружающей среды и экологической безопасности на соответствующих территориях;
• обязательность оценки воздействия на окружающую среду при принятии решений об осуществлении хозяйственной и иной деятельности;
• обязательность проведения государственной экологической экспертизы проектов и иной документации, обосновывающих хозяйственную и иную деятельность, которая может оказать негативное воздействие на окружающую среду, создать угрозу жизни, здоровью и имуществу граждан;
• запрещение хозяйственной и иной деятельности, последствия воздействия которой непредсказуемы для окружающей среды, а также реализации проектов, которые могут привести к деградации естественных экологических систем, изменению и (или) уничтожению генетического фонда растений, животных и других организмов, истощению природных ресурсов и иным негативным изменениям окружающей среды;
• соблюдение права каждого на получение достоверной информации о состоянии окружающей среды, а также участие граждан в принятии решений, касающихся их прав на благоприятную окружающую среду, в соответствии с законодательством.

 

Вместе с тем, несмотря на продекларированное право граждан на благоприятную окружающую среду, внутренняя воздушная среда пока не включена в число объектов охраны. Так, в соответствии со ст. 4 данного Закона объектами охраны окружающей среды от загрязнения, истощения, деградации, порчи, уничтожения и другого негативного воздействия хозяйственной или иной деятельности являются: земли, недра, почвы; поверхностные и подземные воды; леса и иная растительность, животные и другие организмы и их генетический фонд; атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство.

 

Теоретически обеспечение защиты здоровья человека должно происходить через обязательную экологическую экспертизу. Однако на практике в условиях господства денежных отношений и разрешительная документация может выдаваться с нарушениями, и сами производители могут нарушать условия производства, а также выходить на рынок с продукцией, не прошедшей соответствующую эколого-гигиеническую проверку. А в результате несовершенства законодательства и господства теневой экономики страдает население, экологическое состояние жилых и производственных помещений с каждым годом ухудшается.

 

В ст. 11 данного Закона говорится, в частности, о том, что граждане имеют право: создавать общественные объединения, фонды и иные некоммерческие организации, осуществляющие деятельность в области охраны окружающей среды; выдвигать предложения о проведении общественной экологической экспертизы и участвовать в ее проведении в установленном порядке; предъявлять в суд иски о возмещении вреда окружающей среде.

 

Можно сказать, что граждане России, живущие в городах, имеют право возмущаться тем, что им трудно дышать при загрязнении атмосферного воздуха, но рассчитывать на гарантированный нормальный воздух в закрытых помещениях, где они проводят основную часть времени, они не могут — в Законе это пока не предусмотрено.

 

Таким образом, основная методологическая недоработка Закона, которая влечет за собой искажение целей и механизмов государственной политики охраны окружающей среды, а в конечном счете наносит ущерб стране из-за некомпетентного подхода к формированию системы государственного регулирования, заключается в том, что в нем акцент смещен на охрану того, что осталось на улице, находится за пределами построенных зданий и сооружений, хотя в ст. 1 определено, что окружающая среда — это совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов. Разработчики Закона обязаны были учитывать международные нормы, в первую очередь Стокгольмскую декларацию ООН, принятую в 1972 г., основное содержание которой сводится к тому, что целью охраны окружающей среды является человек, в первую очередь его здоровье, и следует охранять как внешнюю, так и бытовую и рабочую окружающую среду [2].

 

В развитие однобокой трактовки проблемы принят Закон РФ «Об охране атмосферного воздуха», в ст. 1 которого атмосферный воздух определяется как «жизненно важный компонент окружающей природной среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений» [3]. Таким образом, и в этом законе проблема качества воздуха внутри помещений, где человек проводит основную часть своей жизни, не затрагивается.

 

Однако было бы несправедливо утверждать, что защита здоровья человека не предусмотрена на законодательном уровне в России. Обеспечение требования экологической безопасности внутренней воздушной среды предусматривается в Законе РФ от 30.03.1999 № 52-ФЗ (ред. от 30.12.2001) «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», в соответствии со ст. 11 которого индивидуальные предприниматели и юридические лица в соответствии с осуществляемой ими деятельностью обязаны, в частности, обеспечивать безопасность для здоровья человека выполняемых работ и оказываемых услуг, а также продукции производственно-технического назначения, пищевых продуктов и товаров для личных и бытовых нужд при их производстве, транспортировке, хранении, реализации населению [4]. Прогрессивной нормой данного Закона является право граждан на возмещение в полном объеме вреда, причиненного их здоровью или имуществу вследствие нарушений при осуществлении санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий.

 

Вместе с тем, несмотря на то, что именно специалисты отраслей здравоохранения в своих исследованиях и публикациях выделяют проблему низкого качества строительных материалов, конструкций и изделий как приоритетную, от которой в большей степени зависит безопасность для здоровья человека внутренней воздушной среды, в этом Законе вопрос качества строительной продукции вообще не затрагивается.

 

В соответствии с Приказом Минздрава РФ от 15.08.2001 № 325 (ред. от 18.03.2002) «О санитарно-эпидемиологической экспертизе продукции» санитарноэпидемиологической экспертизе подлежит только строительное сырье и материалы, в которых гигиеническими нормативами регламентируется содержание радиоактивных веществ, в том числе производственные отходы для повторной переработки и использования в народном хозяйстве, металлолом [5].

 

На основе проведенных научных исследований в России официально обозначены также и приоритеты государства в отношении регулирования рынка строительных материалов, конструкций и изделий, включая экологический аспект. Так, в подпрограмме федеральной целевой программы «Жилище» — «Структурная перестройка производственной базы жилищного строительства», принятой в июне 1994 г. и предусматривающей реализацию мероприятий в 1994—1995 гг., определены направления совершенствования структуры производства основных видов строительных материалов, конструкций и изделий.

 

В каждой подотрасли промышленности этими направлениями предусматривалось создание новых и улучшенных строительных материалов, производимых по ресурсосберегающим технологиям, обеспечивающим получение экологически безопасных продуктов при наименьшей нагрузке на окружающую среду.

 

В целом на реализацию мероприятий программы, связанных с проведением приоритетных НИОКР, на 1994—1995 гг. предусматривалось финансирование из федерального бюджета в размере 19 млрд р; в пересчете на средний курс за июнь 1994 — декабрь 1995 гг. — 5,7 млн USD. Таким образом, на выделенные средства планировалось осуществить разработку около 100 научно-исследовательских тем, результатом которых должно было быть создание 19 видов эффективных строительных материалов, 37 технологических линий и 49 видов оборудования.

 

Помимо традиционных источников финансирования федеральных целевых программ в данной подпрограмме было предусмотрено создание при Госстрое России внебюджетного фонда развития технического прогресса в строительном комплексе за счет отчисления 1,5% от себестоимости продукции, произведенной предприятиями комплекса, и инвестиционного фонда строительного комплекса в «Стройинвест» за счет средств, полученных от продажи незавершенного строительства объектов промышленности строительных материалов и строительной индустрии, в целях последующего использования их для завершения строительства приоритетных объектов строительного комплекса и внедрения научно-исследовательских разработок.

 

За годы, истекшие от принятия целевой программы «Жилище» и подпрограммы, предусматривающей перестройку производственной базы жилищного строительства, проблема обеспечения экологической безопасности строительных материалов, конструкций и изделий не могла быть решена, так как официальные власти не замечали этой проблемы. Рынок строительных материалов, конструкций и изделий почти лишен санитарноэпидемиологического контроля.

 

Перекладывание на плечи санитарно-эпидемиологических служб заботы об обеспечении безопасности жизнедеятельности человека в условиях ограниченности финансовых средств, выделяемых для этих целей Минздраву России, а также узкая специализация министерства обусловливают преобладание негативных тенденций в области обеспечения экологической безопасности продукции всех товарных рынков, в первую очередь строительного и продовольственного.

 

В связи с этим требуется реализация комплексного подхода к решению этой проблемы с привлечением соответствующих министерств и ведомств, осуществляющих регулирование подведомственных им отраслей и товарных рынков. За обеспечение экологической безопасности строительных материалов, конструкций и изделий должен нести ответственность не только Минздрав РФ, но и Госстрой РФ.

Список литературы

1. Закон РФ от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» // Собрание законодательства РФ. 14.01.2002, ст. 133.
2. Стокгольмская декларация (Извлечения). (Принята в Стокгольме 16.06.1972 на Конференции ООН по проблемам окружающей человека среды) // Действующее международное право. Т. 3. М.: Московский независимый институт международного права. 1997. С. 682—687.
3. Закон РФ от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» // Собрание законодательства РФ. 03.05.1999. № 18, ст. 2222.
4. Закон РФ от 30.03.1999 № 52-ФЗ (ред. от 30.12.2001) «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» // Первоначальный текст документа опубликован в Собрании законодательства РФ. 05.04.1999. № 14, ст. 1650.
5. Приказ Минздрава РФ от 15.08.2001 № 325 (ред. от 18.03.2002) «О санитарно-эпидемиологической экспертизе продукции» (Зарегистрировано в Минюсте РФ 19.10.2001 № 2978) // Первоначальный текст документа опубликован в «Российской газете». № 210. 27.10.2001.

 

 

 

О.Ш. КИКАВА, канд. техн. наук, М.А. ФАХРАТОВ, канд. техн. наук
(Московский институт коммунального хозяйства и строительства)

 

До бурного развития технического прогресса взаимоотношения человеческого общества и окружающей среды складывались вполне лояльно. Однако как только люди получили преимущество в виде знаний, они начали использовать их без оглядки на последствия для своей собственной среды обитания.

 

Существенный урон окружающей среде наносят газообразные выбросы предприятий различных отраслей промышленности, энергетики, продукция бытовой химии и др. В ряду самых экологически неблагоприятных газов, являющихся продуктами деятельности человека, находятся различные фреоны — насыщенные летучие органические соединения, используемые в качестве холодильных жидкостей, пропеллентов для аэрозолей, вспенивающих агентов и растворителей в различных отраслях промышленности.

 

Широкомасштабное производство и применение фреонов началось в 50-х годах XX века. Фреоны химически инертны, что обеспечивает безопасность работы с ними. Постепенно молекулы фреонов поднимаются в стратосферу (слой атмосферы, расположенный на высоте от 8—17 до 50 км от поверхности Земли, в средней части которого сосредоточено максимальное количество озона). Сами по себе фреоны не разрушают озон, однако некоторые продукты их распада ответственны за разрушение озонового слоя.

 

В середине 70-х годов XX столетия ученые Калифорнийского университета (США) Ш. Роуланд и М. Молина, а также П. Крутцен из Института химии им. Макса Планка (Германия) провели исследования, которые объяснили причины снижения концентрации стратосферного озона. Было доказано, что основными разрушителями озона являются ионы хлора и брома, отделившиеся от молекул галоидированных углеводородов под действием УФ-излучения. В 1995 г. ученые были удостоены Нобелевской премии в области химии за это открытие.

 

С точки зрения разрушающего воздействия на озон, наиболее опасными являются трихлорфторметан CFCI3 (ХФУ-11, или CFC-11, или R-11), дихлордифторметан CF₂Cl₂ (ХФУ-12, или CRC-12, или R-12), 1,1,2-три-хлортрифторэтан CF2CICFCI2 (CFC-113 или R-113), тетрахлорметан CCI4, не полностью замещенные ХФУ, такие как дифторхлорметан CHCIF2 (HCFC-22, R-22), метилхлорид CH3CI и многие другие.

 

На рисунке показана упрощенно схема воздействия на озон (приводится по материалам официального интернет-сайта «The Nobel Foundation»).

 

Из приведенных реакций видно, что ионы хлора являются катализатором и не поглощаются в ходе реакции. Каждый ион хлора, образовавшийся в стратосфере, может разрушить тысячи молекул озона. Процесс гораздо более выражен для ионов брома. Полная химия разрушения озона очень сложна — в процессе задействовано более 100 соединений.

 

Для количественной оценки влияния различных соединений на озон был принят относительный коэффициент озоновый разрушающий потенциал (ОРП), который характеризует способность соединения разрушать стратосферный озон.

Net: 20₃ →30₂

 

 

Таблица 1

Название соединения	Формула	ОРП
		10 лет	30 лет	100 лет	Равновесное значение
CFC-113	CF2ClCFCl2	0,56	0,62	0,78	1,1
Тетрахлоруглерод	CCl4	1,25	1,22	1,14	1,08
Метилхлороформ	CH3CCl3	0,75	0,32	0,15	0,12
HCFC-22	CHF2Cl	0,17	0,12	0,07	0,05
Галон-1301	CF3Br	10,4	10,7	11,5	12,5

 

 

Таблица 2

Название соединения	Химическое название	ОРП
HCFC-22	Монохлордифторметан	0,05
HCFC-123	2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан	0,02
HCFC-124	2-хлор-1,1,1,2-тетрафторэтан	0,02
HCFC-141b	1,1-дихлор-1-фторэтан	0,1
HCFC-142b	1-хлор-1,1-дифторэтан	0,06

 

ОРП соединения «х» определяется как соотношение общего количества озона, разрушенного определенным количеством соединения «х», к количеству озона, разрушенного тем же количеством трихлорфторметана CFQ3 (CFC-11). ОРП CFC-11 принимается равным 1, ОРП других соединений рассчитывается относительно эталонного соединения. Например, соединение с ОРП, равным 0,2, в пять раз меньше разрушает озон по сравнению с CFC-11.

 

ОРП соединения зависит от природы галогена, количества атомов хлора и брома в молекуле, молекулярной массы (поскольку ОРП определяется сравнением одинаковых масс, а не молей), временем «жизни» в атмосфере (ОРП для CH3CQ3 ниже, чем для CFC-11, поскольку большая часть CH3CQ3 разрушается в тропосфере).

 

В последние годы было введено понятие «мягкие» фреоны и сделаны попытки замещения известных ХФУ на новые, обладающие укороченным периодом жизни в атмосфере. Идеальной заменой явились бы соединения, обладающие коротким периодом жизни в тропосфере и длительным периодом жизни в стратосфере, то есть устойчивые и не выделяющие хлора и брома под воздействием УФ-излучения. В 1991 г. было введено понятие ОРП, зависимого от времени:

При Т, стремящемся к бесконечности, формула переходит к равновесному значению ОРП. В табл. 1 представлены зависимые от времени и равновесные значения ОРП ряда галогенуглеродов.

 

Водородосодержащие ХФУ (английская аббревиатура HCFC) отличаются от CFC тем, что в их молекуле лишь часть атомов водорода замещена на хлор или бром. Наиболее известным представителем этой группы соединений является CHQF2, известное как HCFC-22, широко применяемое в качестве хладоагента. Атом водорода, содержащийся в молекуле, делает ее подверженной атаке гироксильного радикала OH^—, при этом значительные доли HCFC разрушаются до достижения стратосферы. Сопоставление на молекулярном уровне показывает, что HCFC разрушают озоновый слой в меньшей степени, чем CFC, что позволило начиная с 1976 г. считать их приемлемыми заменителями.

 

Большинство HCFC обладает ОРП в интервале 0,01—0,1, следовательно, за время жизни в стратосфере они расщепляют лишь 1—10% озона по сравнению с CFC-11. Они более реакционноспособны в тропосфере, следовательно, меньшие количества достигают стратосферы, однако их реакционная способность достаточно велика и там, что приводит к высокому ОРП на начальных стадиях. Таким образом, для HCFC более правильно использовать ОРП, зависящий от времени.

 

Необходимо учесть, что существует природный 10—20 летний лаг между выделением CFC и разрушением озона. Сегодняшнее разрушение озона связано с выбросами CFC в 70-80-х годах, а сегодняшний контроль процессов выделения CFC может предотвратить массированное разрушение озона через многие годы.

 

В 1987 г. Монреальский протокол определил, что эмиссия CFC должна быть сокращена к 2000 г. до 50% существующего уровня (до этого увеличение эмиссии составляло 3% ежегодно). К соглашению, в 1987 г. подписанному лишь 22 странами, за прошедший период присоединилось большинство стран — членов ООН и множество частных компаний. Протокол определяет процессы снижения и запрещения производства и применения различных CFC с учетом их опасности, а также предусматривает облегченные варианты программ для развивающихся стран.

 

Монреальский протокол был развит в 1990 г. в Лондонском соглашении к нему, определяющем полное прекращение производства CFC, CCI4 и талонов к 2000 г. Учитывая ухудшающуюся ситуацию, Копенгагенское соглашение 1992 г. еще более ужесточило требования к производству и применению хлорфторуглеродов, особенно содержащих водород и считавшихся относительно безопасными. В конечном итоге под первую фазу запрета попали также многочисленные HCFC, в особенности являющиеся «парниковыми газами». В табл. 2 приведены данные по наиболее известным и распространенным HCFC, сокращение производства и использования которых планируется в первую очередь.

 

В промышленности строительных материалов различные хлорфторуглеводороды активно применяются при производстве вспененных полимерных материалов, используемых в качестве промышленной и строительной теплоизоляции — пенополиуретанов, пенополистиролов и, в частности, экструдированных пенополистиролов, которые считаются в настоящее время наиболее эффективными теплоизолирующими материалами.

 

Их высокая эффективность определяется комплексом свойств, таких как высокая прочность при относительно низких плотностях, чрезвычайно низкое водопоглощение, обеспечивающее высокие теплоизолирующие свойства (коэффициент теплопроводности 0,025—0,033 Вт/(м-°С), и многими другими.

 

Таблица 3

Вспениватель	ОРП	Собственный объем молекул при ОоС, Nm3	Температура кипения, оС	Теплопроводность при 25оС и 101,3 КПа, Вт/(м-°С)	Коэффициент диффузии при 20-25оС, см2/с	Время замещения на воздух в плите толщиной 50 мм, лет	Время замещения на воздух в плите толщиной 100 мм, лет
CFC-12	1,0	0,19	-29,8	0,0099	0,23×10-8	24	95
HCFC-22	0,05	0,26	-40,8	0,0118	0,18х10-6	0,3	1
HCFC-142b	0,06	0,223	-9,6	0,0129	0,26х10-6	21	84
HCFC-134a	0	0,22	-6,5	0,0141	0,29х10-7	1,9	7.6
HCFC-152a	0	0,339	-24	0,0143	0,16х10-5	0,1	0,7
СО2	0	0,509	-78,5	0,016	0,10х10-5	0,01	0,1

 

В качестве высокоэффективных вспенивающих агентов производители первоначально использовали CFC-12 с последующим переходом на систему HCFC-22 и HCFC-142b. Переход в основном был осуществлен в 1989—90 гг. в результате принятого в соответствии с Монреальским протоколом запрещения применения CFC в Европейском сообществе с 1995 года. В Германии, а также в большинстве европейских стран запрещено применение HCFC-22 во вспенивающих системах с 1999 г., что поставило производителей перед задачей перехода на полностью бесфреонную систему на основе СО2.

 

Ведя разговор об эффективных утеплителях, следует учитывать, что вспениватель обладает собственной теплоизолирующей способностью. В экструдированном пенополистироле содержание полистирола не превышает 4%, остальное — вспенивающий газ, заключенный в порах материала. Постепенно он диффундирует через стенки пор, и состав газовой среды пор выравнивается с окружающей средой, то есть вспенивающий газ практически замещается воздухом.

 

Как показывают данные табл. 3, постепенное замещение вспенивателя воздухом должно в конечном итоге привести к достижению равновесного значения теплопроводности пенополистирола. При этом замена фреонов на CO2 не оказывает значительного воздействия на теплопроводность. Материалы, полученные по указанной технологии, выделяют озоноразрушающие вещества в атмосферу постепенно.

 

Производство, применение и потребление HCFC и материалов на их основе в Европе регулируется Положением 2037/2000 от 29.09.2000 г. В соответствии с ним применение пен на основе HCFC запрещается:

• с 1 ноября 2000г. — для пенополиэтилена;
• с 1 января 2002 г. — для экструдированных ППС;
• с 1 января 2003 г. — для пенополиуретанов;
• с 1января 2004 г. — для любых пен в виде блочных или заливных материалов.

 

В России также приняты нормативные документы, ограничивающие ввоз, производство и применение озоноразрушающих веществ и содержащей их продукции. Это постановление Правительства РФ № 563 от 8 мая 1996 г. «О регулировании ввоза в Российскую Федерацию и вывоза из Российской Федерации озоноразрушающих веществ и содержащей их продукции», в котором приводятся перечни озоноразрушающих веществ и продукции, их содержащей, а также перечень государств и международных организаций, подписавших Монреальский протокол. В 1999 г. Правительством России было издано постановление № 490 «Об усилении мер государственного регулирования производства и потребления озоноразрушающих веществ в Российской Федерации.

 

Производство экструдированного пенополистирола в России начато в 90-х годах XX столетия — существенно позднее многих зарубежных стран. В те годы уже были установлены и причины разрушения озонового слоя, и парникового эффекта. Однако, к сожалению, при организации отечественных производств ЭППС были реализованы технологии с использованием фреонов.

 

Конечно, вопросы энергосбережения особенно для нашей страны не менее глобальны и тесно связаны с различными аспектами экологии — разработкой месторождений нефти и газа, вырубкой лесов и др. Утепление существующего жилого фонда и строительство новых зданий с учетом новых теплотехнических требований может дать высокий экономический и экологический эффект. При этом производство эффективных утеплителей в России существенно отстает от потребностей, что неизбежно приводит к импорту материалов.

 

Сложившаяся ситуация может привести к тому, что зарубежные производители ЭППС, которые по различным причинам не перевели свои производства на бес-фреонные технологии, потеряют традиционные европейские рынки сбыта, в том числе и в своих странах. Они будут сбывать свою продукцию в страны с более лояльным законодательством, в частности в Россию, где многие законы длительное время остаются на бумаге, так как не отлажен механизм их исполнения. Это приведет к поступлению на российский строительный рынок высокоэффективных, но экологически неблагоприятных материалов. Более того, экологически безопасные материалы могут оказаться неконкурентоспособными по цене, так как бесфреонные технологии производства ЭППС дороже традиционных, а на реконструкцию производства требуются немалые капиталовложения.

 

Необходимо помнить, что опасность представляет не столько импорт экологически опасных материалов, так как существует все-таки таможенный фильтр, сколько импорт опасных технологий. Ведь и оборудование, как бывшее в употреблении, так и новое, будет сбываться в страны с облегченным законодательством по демпинговым ценам.

 

Круг может замкнуться. В целях сокращения энергозатрат и соответственно уменьшения нагрузки на окружающую среду будет потребляться все больше различных теплоизоляционных материалов. Для сокращения импорта этих материалов будут создаваться новые производства. При этом как частные, так и государственные компании будут, конечно, экономить на инвестициях. Это и откроет путь на отечественный рынок морально устаревшему и экологически неблагоприятному оборудованию.

 

Каждый специалист и гражданин должен задуматься, не придется ли за принятые им решения расплачиваться будущим поколениям россиян.