Экология строительных материалов

 

Водопроницаемость - свойство материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 час. через   1 площади испытуемого материала при постоянном давлении. К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (гидротехнический бетон специально подобранного состава). Высокой водонепроницаемостью отличаются гидроизоляционные, антикоррозионные и герметизирующие материалы.

 

Паро- и газопроницаемость - свойства материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы (воздух). Все пористые материалы при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газ.

 

Паро- и газопроницаемость материала  характеризуются соответствующими коэффициентами, которые определяются количеством пара или газа в л, проходящего через слой материала толщиной 1 м и площадью 1 . в течение 1 час. при разности парциальных давлений на противоположных стенках 133,3 Па. Паропроницаемость следует учитывать при выборе материалов для изоляции холодильников или других сооружений и объектов, работающих при температурах более низких, чем температура окружающего воздуха, так как в этом случае водяные пары проникают из окружающего воздуха в изолируемую конструкцию, конденсируются и превращаются в капли воды, что приводит к увлажнению конструкции и значительному ухудшению ее теплозащитных свойств.

 

При выборе материалов для стен производственных помещений с повышенной влажностью (коммунальных предприятий, текстильных  фабрик и т.п.) необходимо учитывать, что в зимнее время водяные  пары, проходя через стену и  попадая в холодную часть ограждения, конденсируются и значительно повышают влажность в этих местах. При этом создаются условия, способствующие быстрому разрушению материала (силикатного  кирпича, легкого бетона) наружной ограждающей  конструкции при действии мороза.

 

Паронепроницаемые материалы следует располагать с той стороны ограждающей конструкции, с которой содержание водяного пара в воздухе больше.

 

Воздухопроницаемость  материалов следует учитывать при применении их в наружных стенах и покрытиях зданий, а газопроницаемость при применении их в конструкциях специальных сооружений.

 

Морозостойкость - свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

 

Замерзание воды, заполняющей поры материала, сопровождается увеличением  ее объема примерно на 9 %, в результате чего возникает давление на стенки пор, приводящее к разрушению материала. Однако во многих пористых материалах вода не может заполнить более 90 % объема пор, поэтому образующийся при замерзании лед имеет свободное  пространство для расширения. Разрушение материала наступает только после  многократного попеременного замораживания  и оттаивания.

 

Принимая во внимание неоднородность строения материала и неравномерность  распределения в нем воды, удовлетворительную морозостойкость можно ожидать  у таких пористых материалов, в  которых вода заполняет не более 80 %, пор, т. е. объемное водопоглощение таких материалов составляет не более 80 % открытой пористости. Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5 %, обладают высокой морозостойкостью. Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, систематически подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, а также для материалов, применяемых в фундаментах и кровельных покрытиях.

 

Материалы на морозостойкость испытывают в холодильных камерах путем  замораживания насыщенных водой  образцов при температуре -15 - -17 °С и последующего их оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Материал признают морозостойким, если после заданного числа циклов замораживания и оттаивания потеря в массе образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5 % и прочность снижается не более чем на 25 %.

 

Для морозостойких материалов КМрз должен быть не менее 0,75.

 

По числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и  оттаивания (степени морозостойкости) материалы подразделяют на марки  Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более. К строительным материалам в зависимости от вида конструкции и характера работы сооружения предъявляют различные требования по морозостойкости. Так, морозостойкость керамического кирпича должна быть не менее 15 циклов, асбестоцементных кровельных материалов 30-50 циклов, а конструктивного бетона в гидротехнических сооружениях - 200 циклов и более.

 

Теплопроводность - свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящей через стену из испытуемого материала толщиной 1 м площадью 1 за 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 1 °С. Теплопроводность измеряется в Вт/(м-К) или Вт /(м-°С)

 

Теплопроводность материала зависит  от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем  материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое  строение, то теплопроводность его  зависит от направления потока теплоты  по отношению к волокнам, например, теплопроводность древесины вдоль  волокон в 2 раза больше, чем поперек  волокон.

 

На теплопроводность материала  в значительной мере влияют величина пористости, размер и характер пор. Мелкопористые материалы менее  теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Материалы  с замкнутыми порами имеют меньшую  теплопроводность, чем материалы  с сообщающимися порами. Теплопроводность однородного материала зависит  от величины его средней плотности. Так, с уменьшением плотности  материала теплопроводность уменьшается  и наоборот. Теплопроводность в воздушносухом состоянии тяжелого бетона 1,3-1,6, керамического кирпича 0,8-0,9, минеральной ваты 0,06-0,09 Вт/(м*°С).

 

Влажные материалы более  теплопроводны, чем сухие. Объясняется  это тем, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. При повышении температуры теплопроводность увеличивается, что имеет значение для теплоизоляционных материалов, применяемых для изоляции трубопроводов, котельных установок и др.

 

Знать теплопроводность материала  необходимо при теплотехническом расчете  толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении  требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей, например, трубопроводов, заводских печей и т. д.

 

Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное ,количество теплоты и выделять ее при охлаждении.

 

Показателями теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты: (Дж), несводимому для нагревания 1 кг материала на 1 . Удельная теплоемкость кДж ,искусственных каменных материалов 0,75-0,92, древесины - 2,4-2,7, стали - 0,48, воды - 4,187.

 

Теплоемкость материалов учитывают  при расчетах теплоустойчивости  стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева составляющих бетона и  раствора для зимних работ, а также  при расчете печей.

 

Огнестойкость - способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

 

Несгораемые материалы  под действием огня или высокой  температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К этим материалам относят природные каменные материалы, кирпич, бетон, сталь. Трудносгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются. Примером таких материалов могут служить древесно-цементный материал фибролит и асфальтовый бетон. Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. К этим материалам в первую очередь следует отнести дерево, войлок, толь и рубероид.

 

Огнеупорностью называют свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

 

Огнеупорные материалы  способны выдерживать продолжительное  воздействие температуры свыше 1580 °С. Их применяют для внутренней облицовки промышленных печей (шамотный кирпич). Тугоплавкие материалы выдерживают температуру от 1350 до 1580 °С (гжельский кирпич для кладки печей). Легкоплавкие материалы размягчаются при температуре ниже 1350 °С (обыкновенный глиняный кирпич).

 

3.5. Химические свойства строительных материалов.

 

Химические свойства характеризуют способность материалов к химическим превращениям под влиянием веществ, находящихся с ними в непосредственном соприкосновении.

 

 Способность материалов не  разрушаться в химически агрессивных  средах характеризует их химическую  стойкость. Химическая стойкость  зависит от структуры материалов  и их состава. Повышение химической  стойкости материалов достигается  введением в их состав легирующих  элементов, образованием защитных  покрытий и другими способами.  Химический состав неметаллических кислотостойких материалов представлен преимущественно кислотными оксидами, щелочестойких — основными оксидами. Например, силикатные материалы (стекло, кварц, асбест и др.), содержащие в основном оксид кремния, стойки к действию кислот, но при определенных условиях взаимодействуют со щелочами, а цементный камень, известняк, мрамор, в составе которых превалирует оксид кальция, щелочестойки, но легко разрушаются кислотами.

 

 Разрушение материалов в  результате физического или химического  взаимодействия их с окружающей  средой называют коррозией. Химическая  коррозия материалов происходит  под воздействием газов, воды, водных растворов солей и кислот, органических веществ. Химическая  коррозия металлов заключается  в их окислении и образовании  окалины. Для металлов распространена  электрохимическая коррозия, происходящая  при их взаимодействии с электролитами.

 

 Неметаллические материалы  наиболее часто корродируют в водной среде. Агрессивные свойства воды определяются степенью ее минерализации, жесткости, а также кислотности или щелочности. Обычно вода рек и озер имеет слабощелочную реакцию. Общее содержание солей в речных водах, как правило, не превышает 0,3—0,5 г/л. Грунтовые и подземные естественные воды содержат обычно повышенное количество минеральных солей и других примесей. Морская (океанская) вода может содержать до 35 мг/л солей, из них до 78% хлористого натрия, 11% хлористого магния, около 11% сульфатов магния, кальция и калия.

 

 Стойкость материалов к химической  коррозии повышают, увеличивая их  плотность, подбирая состав, вводя  специальные вещества, замедляющие  коррозионные процессы (ингибиторы), применяя различные защитные  покрытия.

 

3.6 Экологические свойства строительных материалов.

 

      Рост требований  к надежности строительных материалов, изделий и конструкций, полученных  с применением минерального сырья,  тесно связан с максимальной  комфортностью и полной безопасностью  для здоровья человека.

    Долгие годы промышленность  строительных материалов была  ориентирована на выпуск материалов  и изделий, отвечающих требованиям  автоматизированного промышленного  производства, индустриального применения  и высокого качества готовой  продукции. Из поля зрения выпадали  вопросы безопасности строительных  материалов.

   Получение высококачественной  экономически выгодной и экологически  безопасной продукции является  основным направлением современной  индустрии строительных материалов.

 

 

 

 

 

Использование на протяжении долгих лет традиционно считавшихся  безопасными строительных материалов, в свете их радиационного воздействия  на людей, заставило по-новому оценить  эти материалы с экологической  точки зрения (см. рис. 1).

    В соответствии с ГОСТ 30108-94, эффективная удельная активность  естественных (ЕРН) (Аэфф) – суммарная удельная активность ЕРН в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека по формуле:

   

    Аэфф = АRa + 1,31.ATh + 0,085.AK , (1)

    где АRa и АTh – удельные активности 226Ra и 232Th, находящихся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, АK – удельная активность К-40, Бк/кг.

    По НРБ-99 эффективная  удельная активность (Аэфф) природных радионуклидов в строительных материалах (щебень, гравий, песок, бутовый камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), добываемых на их месторождениях или являющихся побочным продуктом промышленности (отходы промышленного производства, используемые для изготовления строительных материалов – золы, шлаки и пр.), не должна превышать:

    - для материалов, используемых  в строящихся и реконструируемых  жилых и общественных зданиях  (I класс):

 

Аэфф= АRa +1,3АTh+0,09АK ≤ 370 Бк/кг; (2)

 

- для материалов, используемых  в дорожном строительстве в  пределах территории населенных  пунктов и зон перспективной  застройки, а также при возведении  производственных сооружений (II класс):

 

Аэфф Ј 740 Бк/кг;