RSS

Городской портал госуслуг
 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА, ВЫДЕЛЯЮЩЕГО ИЗ БЕТОНА В ВОЗДУШНУЮ СРЕДУ

13:11 12.04.2017

В настоящее время в строительной индустрии активно используют добавки в производстве бетона. В развитых странах мира практически весь применяемый в строительстве бетон содержит различного рода химические и минеральные добавки. Применение добавок является одним из наиболее универсальных, доступных и гибких способов управления технологией бетона. Среди добавок в бетон различают не только полезные, которые используются для улучшения его свойств, но и добавки промышленных отходов. Перечень практически применяемых в качестве добавок к бетону веществ насчитывает десятки, а исследованных и предлагаемых - целые сотни. Вводятся они для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента. Добавление промышленных отходов помогает утилизировать остатки производства и удешевлять стоимость бетона. Добавки в бетон не только выполняют свою непосредственную функцию (противостоит холодам, делает смесь податливой, помогает быстро застывать, придает цвет), но и обеспечивает цементную или бетонную смесь рядом преимуществ. Среди них: улучшение её технических характеристик, повышение антикоррозийности смеси. В результате этого арматура, которая используется для возведения монолитных конструкций, не проржавеет на протяжении долгих лет, а значит и всё здание или сооружение, построенное с её помощью, в котором использовались добавки в бетон останется прочным даже через многие годы. Для использования допускаются лишь те промышленные отходы, которые не наносят вред окружающей среде. Под этим понимается не абсолютная безвредность добавок, а то, что бетон, готовый к эксплуатации, не будет выделять в окружающую среду загрязняющих веществ, превышающих нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных государственными стандартами России. Помимо очевидных преимуществ, химизация технологии производства бетона ставит новые проблемы, связанные с качеством бетона в санитарно-гигиеническом отношении. По основным свойствами, которые добавки придают бетону, их можно разделить на следующие: пластификаторы, суперпластификаторы, противоморозные, гидроизоляционные, воздухововлекающие, армирующие, замедлители схватывания, ускорители твердения, пигменты.


12.04.17-1.jpg

Гидроизоляционные добавки в бетон используются для повышения уровня гидроизоляционных свойств бетона. Они образуют при гидратации цемента кристаллическую структуру, которая при взаимодействии с водой образует эттрингит, заполняющий поры бетона. Чаще все гидроизоляционные добавки в бетон используются при заливке фундаментов в местах присутствия грунтовых вод, бассейнов, дамб, водных резервуаров, платин.

Пластификаторы - вещества, смеси и составы, способные повысить эластичность или пластичность материала при дальнейшей его эксплуатации. Помимо этого, существуют поверхностно-активные компоненты и добавки, которые вводятся в растворы, строительные смеси и бетон. Служат они исключительно для понижения уровня содержания воды и для облегчения работы строителей при укладке бетона. Большее применение находят пластификаторы, которые при смешивании с другими веществами образуют смеси для повышения эластичности бетонной смеси.

Противоморозные добавки в бетон позволяют вести строительство любых объектов даже в зимнее время года при низких отрицательных температурах. Основное предназначение противоморозных добавок в бетон - сохранение необходимой подвижности раствора, ускорение процесса твердения бетона, ускорение процесса гидратации цемента, т.к. при минусовых температурах реакция твердения сильно замедляется. Добавки замедляют процесс замерзания бетона, в результате чего он успевает затвердеть до того, как замерзнет. Также они придадут бетонной смеси прочность. Тем не менее необходимо помнить о том, что противоморозные строительные добавки не позволяют бетону набрать 100% прочность при отрицательной температуре. Добавки дают возможность получить 30-40% от заданной прочности. Благодаря противоморозным добавкам бетонную смесь можно не прогревать так интенсивно, что так же позволить уменьшить стоимость строительства.

Одной из используемых противоморозных добавок является карбамид, он же мочевина. Карбамид - химическое соединение, диамид угольной кислоты. Он применяется как в качестве индивидуальной добавки, так и в качестве смеси с другими противоморозными добавками, для получения более специфических свойств. Карбамид дешев, а как следствие его использование весьма высоко. Сам по себе карбамид в бетоне не опасен, он не выделяется в окружающую среду и никак не нарушает конструкцию, но продукты его разложения могут быть опасными. Одним из таких продуктов является аммиак, который легко выделяется из массива бетона и при недостаточной вентиляции помещения способен в нем накапливаться.

Накопление в воздухе помещений аммиака приводит к их непригодности для использования по прямому назначению. Карбамид является не единственной противоморозной добавкой, которая способна разлагаться и выделять аммиак. Многие азотосодержащие соединения, используемые в качестве добавок способны разлагаться до аммиака. Учитывая огромное разнообразие добавок и масштабность их использования вопрос анализа аммиака, способного к эмиссии из бетона весьма важен.

Аммиак (NH3, нитрид водорода) - бесцветный газ с резким запахом (нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, температура кипения -33,35 °С. По токсическому действию аммиак относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, т.к. при ингаляционном поражении вызывает токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Аммиак обладает как местным, так и резорбтивным действием. Пары аммиака раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы, вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюнктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. Предельно допустимые концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м³. Согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 ПДК аммиака в атмосферном воздухе населённых мест равна: среднесуточная 0,04 мг/м³; максимальная разовая 0,2 мг/м³. Воздействие аммиака на организм человека вредно не только при «залповых» разовых дозах, но и при систематическом воздействии малых до3, оказывая аккумуляционный эффект. При хронической интоксикации газообразным аммиаком отмечают головные боли, расстройства обмена веществ, понижение артериального давления, неврастению, хронические воспалительные заболевания верхних дыхательных путей, угнетение системы иммунитета и кроветворения и др. Такое воздействие аммиака приводит к развитию хронических патологий и инвалидностей.



12.04.17-3.png12.04.17-4.jpg

Помимо противоморозных добавок, аммиак в бетон могут привносить и другие факторы. Среди следующих:

· транспортировка цемента в неочищенных вагонах-цементовозах

· наличие повышенного содержания интенсификаторов помола в цементе

· наличие аммиака в золах-уноса, применяемых в качестве минеральной добавки в цементе и бетоне

· химические добавки-модификаторы бетонной смеси и бетона, способные к образованию аммиака

При транспортировке бетона в вагонах-цементовозах, в которых до этого находились минеральные удобрения и не была проведена должная очистка, возможна миграция азотосодержащих соединений в бетон..

Аммиак может образовываться по реакции гидролиза из амидо-, аминогрупп и аммонийных соединений, входящих в состав модификаторов. В основном такие соединения встречаются в пластификаторах, противоморозных добавках, добавках-ускорителях и комплексных модификаторах. Основные вещества, способные выступать в роли потенциального источника аммиака в бетонных конструкциях это:

· сульфированные меламиноформальдегидные смолы (входят в состав пластификаторов и суперпластификаторов);;

· аммонийная форма нитрата кальция (Ca5NH4(NO3)11*10H2O) (используется в качестве ускорителя сроков схватывания и компонента в противоморозных добавках);

· амиды карбоновых кислот с формулой RCONH2(входят в противоморозных добавок и твердения);

· алифатические моноаминомонокарбоновые кислоты (аминокислоты) (аминоуксусная (гликоколь) NH2-CH2-COOH,аминопропионовая (α-аланин) CH3-CH(NH2)-COOH, аминовалериановая (норвалин) CH3-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH)(входят в состав добавок регуляторов твердения бетона);

· гидроксид аммония (аммиачная вода) NH4OH (модификатор противоморозного действия);

· нитрат аммония NH4N03 (модификатор противоморозного действия);

· карбамид или мочевина CO(NH2)2(модификатор противоморозного действия).

На сегодняшний день разработано большое количество методов определения ионов аммония и аммиака различными способами анализа: спектрофотометрическими, электрохимическими, хроматографическими и методом капиллярного электрофореза. Для определения ионов аммония наиболее доступными для прикладных лабораторий остаются спектрофотометрические методы. Эти методы основаны на образовании окрашенных комплексов при взаимодействии аммиака с реактивами, растворы которых в дальнейшем фотометрируют.

12.04.17-5.jpg

Так же широкое применение находят электрохимические методы, но портативные газоанализаторы, зачастую, не достаточно чувствительны для детекции аммиака в пределах ПДК атмосферного воздуха. Существуют чувствительные стационарные газоанализаторы, но для их использования необходимо производить отбор, консервацию и транспортировку воздуха до места проведения испытаний.

12.04.17-6.jpg

Кроме того, детектирование может осуществляться методом ионной хроматографии. В этом случае выделенный в процессе гидролиза аммиак диффундирует через поры мембраны в поглотительный раствор кислоты, в качестве которой используют соляную кислоту или метансульфоновую. После этого анализируемый раствор вводится в хроматографическую колонку.

12.04.17-7.jpg

Метод ИХ дает возможность совместного определения аммиака и аминов, однако имеет существенные недостатки, такие как низкая производительность вследствие дополнительной стадии хромотографического разделения, а также сложность комплектации схемы проточного анализа.

Анализ аммиака в бетоне возможно проводить как на завершающей стадии, так и в промежуточной стадии. Проведения исследований на завершающей стадии подразумевает отбор проб или проведение измерений «on-line» непосредственно в помещении, в котором возможна эмиссия аммиака из бетонных конструкций. Необходимым критерием при проведении исследований на месте, является наличие готовой конструкции с отделкой и поддержание предполагаемых параметров микроклимата (воздухообмен, влажность, температура, т.е. рабочая система вентиляции, отопления). В случае обнаружения превышений необходимо проводить мероприятия для уменьшения показателей среднесуточной и максимально-разовой концентрации. Такие мероприятия весьма дорогостоящи и могут существенно влиять на сроки сдачи объекта в эксплуатацию. В связи с этим, более рационально исследовать концентрацию аммиака, выделяющегося из бетонных конструкций еще на моменте строительства. Для проведения таких исследований требуется моделирование реальных условий, из-за того, что проведение измерений в незаконченном помещение невозможно. Проведение замеров на моменте строительства позволит диагностировать превышения в тот момент, когда мероприятия по их устранению будут не такими затратными и смогут вестись параллельно с основным строительством, не изменяя сроки сдачи. Такие исследования проводятся с использованием климатических камер, которые имитируют расчетные параметры микроклимата в помещении.

Исследования в условиях моделировании проводят в несколько этапов. На первом этапе производят отбор материала бетона для исследования. Для этого используются керноотборник или болгарка (в зависимости от форм-фактора отбираемого материала). Размер и количество проб должно быть достаточным, чтобы насыщенность климатической камеры образцами не имела сильного отличия от реальной насыщенности помещения, относительно которого производиться проверка.

.

12.04.17-8.jpg

Можно разделить 2 вида насыщенности. Насыщенность, представляющую собой отношение площади поверхности с которой происходит выделение аммиака к объему помещения, и насыщенность, равную отношению массы материалов, истощающих аммиак, к объему помещения. И одна и другая величина необходимы для того, чтобы соотнести моделируемые условия с реальными и произвести перерасчет полученных концентраций в истинные. После отбора проб необходимо смоделировать заявленные условия в климатической камере.

12.04.17-9.jpg

температура воздуха и кратность воздухообмена. Исследования производятся при температурах в 20 C и 40 C, как среднегодовой температуре в помещениях и максимальной температуре в помещениях соответственно. Для моделирования обычно используют относительную влажность в 40%. Кратность воздухообмена устанавливается в соответствие с типом исследуемого помещения и наличии принудительной вентиляции. В случае отсутствия этих данных используется кратность в 0,5, как среднюю кратность воздухообмена для помещений без принудительной вентиляции воздуха. Все параметры микроклимата могут быть изменены в зависимости от конкретного типа помещения, но при этом должны находиться в допустимых пределах согласно СанПиН 2.2.4.3359-16 и ГОСТ 30494-2011. Перед анализом воздуха в климатической камере, с загруженными в нее образцами, необходимо дождаться установления состояния равновесия. Это необходимо для того, чтобы вклад различного рода примесей, находящихся на поверхности образцов и веществ, проникших в поверхность образца при транспортировке, ушел. Анализ воздушной среды проводят спустя 24 часа после загрузки образцов в моделируемые условия и производиться одним из описанным ранее методом. При этом выбирают метод наиболее чувствительный и вносящий минимальное количество погрешностей, чтобы зафиксировать минимальные отклонения от нормы.

Так же исследование аммиака в бетоне можно проводиться путем экстракции. Для этого анализируемые образцы измельчают и обрабатывают специальными растворами. В результате все азотосодержащие соединения разлагаются до аммиака и переходят в водную среду. Полученную смесь фильтруют и анализируют на содержание в ней ионов аммония. Основной метод анализа получаемого раствора – фотометрический. Обнаруженная концентрация отображает общее содержание азотосодержащих Главными параметрами для моделирования является относительная влажность воздуха,

соединений, способных разложиться до аммиака и, впоследствии, эмиссировать в окружающую среду. Из найденной концентрации можно рассчитать количество времени, которое потребуется для полного разложения азотосодержащих примесей, до уровня ПДК. Данный способ позволяет анализировать смесь, которая будет использоваться для заливки конструкции и прогнозировать приемлемость или не приемлемость использование данной смеси.




12.04.17-10.jpg




Исследование бетона на возможность эмиссии аммиака стало очень важным вопросом в последнее время, в следствии растущего разнообразия добавок и отсутствия ограничений на их использование. В период с 2008 по 2014 год был выявлен ряд объектов капитального строительства с превышением предельно-допустимых концентраций (ПДК) газообразного аммиака в воздухе помещений. Установлено, что причиной повышенных концентраций является выделение аммиака из монолитных железобетонных конструкций.

В связи с вышесказанным Лабораторией санитарно-эпидемиологического и радиационного контроля ведется активная работа по настройке и наладке оборудования для осуществления контроля по определению концентрации аммиака в образцах бетонных конструкций, с последующим написанием и утверждением собственной методики по данному виду измерений. Это позволит принимать превентивные меры в борьбе с загрязнением различных помещений аммонийными соединениями на различных этапах строительства.



Материал для размещения на сайт http://ceiis.mos.ru/ подготовил

Начальник Лаборатории «СЭиРК»Ипполитов Д.Е.