2.7. Экологическая безопасность строительных материалов
С развитием цивилизации и повышением уровня жизни растет потребление энергии в мировом масштабе и в среднем на человека. При этом пока неизбежно отрицательное воздействие все возрастающих объемов потребления материалов на природу, и природа уже не во всех случаях может справиться с негативной нагрузкой производства.
Так, при строительстве и работе заводов на Урале заводчиками Демидовыми в течение 2-х столетий были вырублены огромные массивы леса рядом с металлургическими и машиностроительными производствами, а вместо горы Высокой, когда из нее достали 223 млн тонн железной руды (кстати, богатейшей по составу и содержащей до 70 % железа) появился глубокий кратер.
Все увеличивающие объемы потребления энергии требовали все большего расхода торфа, дров, нефти, газа, энергии рек и др. источников.
При разработке и использовании новых материалов следует учитывать следующие вопросы:
- какие природные ресурсы применяются в качестве сырья;
какие затраты энергии необходимы для производства материала;
виды и количество отходов при производстве материала;
возможности утилизации или последующего полезного использования отходов при производстве других материалов;
срок службы изделий из материала, во многом определяющий необходимые объемы его производства;
насколько нужна и эффективна разрабатываемая продукция для общества;
область потребления материала, возможность использования альтернативных материалов;
как утилизировать морально устаревшую или использовавшую свой ресурс продукцию, изготовленную из данного материала.
Влияние основных факторов производства и использования материалов на природу и человека представлено на рисунке 2.30.
Отрицательное воздействие факторов производства и использования материалов наблюдается как на входе (при производстве материала из сырья), так и на выходе системы (при производстве продукции из материала, ее использования и, особенно, при утилизации).
В
настоящее время острая проблема
человечества – это повышение средней
температуры атмосферы вследствие
парникового эффекта, возникающего из-
за увеличения содержания парниковых
газов, особенно СО2, образующего
при получении энергии сжиганием различных
видов органического топлива. Чем больше
энергии (табл. 2.12) затрачивается на
производство материала, тем больше
будет вреда для природы.
Вредными выделениями в воздух могут быть:
- пыль;
- угарный газ СО и окись углерода СО2;
- оксиды серы и азота;
- хлор;
- углеводороды.
Таблица 2.12.
Средние затраты энергии на производство единицы продукции
-
№
Материалы
Расход энергии, МДж/ кг
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Алюминиевый сплав
Медные сплавы
Стали углеродистые
Стали нержавеющие
Полиэтилен низкого давления
Полиэтилен высокого давления
Полипропилен
Полистирол
Стекло
Цемент
Бетон
Железобетон
Древесина
265
85
55
110
90
110
115
125
17
6
5
14
3
Вредными выделениями в воду являются:
кислоты:
металлы;
ионы хлорида, кальция, натрия;
нефть;
твердые частицы;
органика.
Особенно велики газовыделения в атмосферу при металлургическом производстве. Так, получение 1 тонны отливок из чугуна и стали сопровождается следующими экологически вредными для человека выбросами в атмосферу:
силикатной пыли –50 кг;
окиси углерода - 0,3 кг;
оксидов серы - 1,5…2,0 кг;
углеводородов –1 кг;
особо вредных для здоровья веществ (фенолы, цианиды, оксиды, формальдегиды, …) - 1,5 кг.
Некоторые материалы, особенно пластмассы, обладают рядом замечательных свойств, в том числе безвредностью для человека при их использовании, но в природных условиях они не разрушаются, загрязняя окружающую среду, а при сжигании образуют очень вредные газы.
При производстве полимерных материалов (табл. 2.12) затрачивается количество энергии больше, чем для сталей. Но использование этих материалов дает существенную экономию при монтаже и эксплуатации строительных конструкций. Так, стоимость прокладки полимерной трубы в среднем в 2,1 раза ниже стоимости прокладки стальной трубы, а уменьшение эксплуатационных затрат доходит до 70 % при гарантийном сроке службы их до 50 лет.
Абсолютно безвредных для природы и человека материалов не существует, причем искусственные материалы гораздо опаснее, чем природные. Природный материал (камень, песок, древесину) надо «взять» у природы, а для этого необходимо затратить энергию (работа бульдозера, экскаватора, автомобиля,…), т.е. расходовать природные энергетические ресурсы (нефть, газ,…). При изготовлении искусственных материалов затрачивается значительно больше энергии, а технологические процессы зачастую сопровождаются вредными выбросами.
Для примера рассмотрим вредность для человека использования широко применяемых в практике строительных материалов:
1. Кровельные материалы (рубероид, ондулин, мягкая черепица) выделяют, особенно сильно в солнечную и жаркую погоду, битум, который может вызвать онкологические заболевания.
2. Металлочерепица выделяет (конечно, меньше, чем в случае битумосодержащих материалов) опасные химические элементы из полимерного и окрасочного покрытия.
3. Из металлических труб в воду поступают продукты коррозии металла.
4. Из пластмассовых труб в воду могут попадать в небольшом количестве продукты распада пластмасс.
5. Природные и искусственные материалы дают различный уровень радиоактивного фона.
Имеются случаи, когда из-за острой конкурентной борьбы производителей строительных материалов, создается негативное отношение к конкретному материалу. Так, изготовители деревянных окон «перегибают» при критике пластмассовых окон по показателям эффективности их использования. Наглядный пример виден по антиасбестовой компании.
Асбест (шнуровой, листовой) используется как прокладочный материал в конструкциях, работающих при высоких температурах. Из асбоцемента изготовляют относительно дешевые и долговечные кровельные материалы (шифер) и трубы. Различаются два вида асбеста: хризотиловый (белый) и амфиболовый (коричневый, голубой и др.).
В результате исследований выявлено, что менее опасный для здоровья человека хризотиловый (белый) асбест, который как раз и добывается в России (г. Асбест Свердловской области), а вероятность возникновения ракового заболевания для человека от асбестовой пыли в три раза меньше, чем погибнуть от поражения молнией и в 22 тысячи раз меньше, чем от курения (приложение 5).
Однако, в результате антиасбестовой компании и последующего запрета использования асбеста, были «громкие» последствия от ограничения на использования асбеста. Так, одной из причин катастрофы космического челнока «Челинджер» рассматривается замена асбосодержащего уплотнителя на ускорителе этого корабля на синтетический.
В 2001 году в результате террористического акта рухнули два здания - близнеца Всемирного торгового центра в Нью- Йорке США. До 64 - го этажа для защиты металлоконструкций использовался асбест, а после его запрета (1986 год) выше 64-го этажа использовали заменитель – безасбестовый материал. Здания рухнули через 2 часа после взрыва и пожара, а в случае полной асбестовой изоляции продержались бы 4 часа, а это было бы спасением многих и многих людей.
На каждый строительный материал имеются стандарты качества, где указываются и предельные значения вредных выбросов при их использовании и утилизации.