Эмиссия аммиака из бетонных конструкций и методы ее снижения

Участившиеся случаи эмиссии аммиака из строительных конструкций обуславливают необходимость разработки специальных мер по ее снижению, а также методов нейтрализации вредного воздействия аммонийных соединений и других вредных примесей, которые присутствуют в сырьевых компонентах бетонных смесей.

В последние годы в России одной из проблем является загрязнение воздушной среды помещений аммиаком, выделяющимся из бетонных конструкций. Анализ научных источников и патентной информации позволяет сделать вывод, что проблема эмиссии аммиака из бетона встречается и в зарубежной практике строительства [5–8].

Аммиак (NH3) — нитрид водорода, бесцветный газ с резким запахом нашатырного спирта. При нахождении в атмосфере, загрязненной аммиаком, у людей наблюдается раздражение слизистой оболочки глаз, носа и горла.

При хронической интоксикации газообразным аммиаком отмечаются головные боли, расстройства обмена веществ, понижение артериального давления, неврастения, хронические воспалительные заболевания верхних дыхательных путей, угнетение системы иммунитета и кроветворения и др. [1].Действующими в России нормами не установлена предельно-допустимая концентрация (ПДК) аммиака в воздухе жилых помещений, но согласно гигиеническим нормативам (ГН 2.1.6.1338-03) ПДК аммиака в атмосферном воздухе населенных мест равна: среднесуточная (ПДК с. с.) — 0,04 мг/м3, максимальная разовая (ПДК м. р.) — 0,2 мг/м3.

Табл. 1. Содержание аммиака в воздухе некоторых жилых помещений

Многие химически стабильные соединения и вещества в составе бетонных смесей при совместном использовании с другими органическими или неорганическими соединениями могут интенсифицировать процесс разложения азотсодержащего вещества с выделением газообразного аммиака.

В табл. 1 приведены результаты мониторинга по содержанию аммиака в воздухе помещений многоквартирных домов Санкт-Петербурга (РФ) и города Тяньцзин (КНР): данные таблицы говорят о превышении концентрации аммиака в воздухе помещений в десятки раз.

Аналогичная ситуация с эмиссией аммиака из строительных конструкций происходит в других строительных объектах Санкт-Петербурга и Москвы.Известно, что аммиак образуется по реакциям гидролиза из аминов, амидов и аммонийных соединений. Подобные вещества привносятся в бетон совместно с химическими модификаторами бетонной смеси и бетона или в виде вспомо-гательных веществ при производстве цемента (интенсификаторы помола), или совместно с отходами других отраслей промышленности, применяемых в качестве минеральных наполнителей (золы, шлаки).

В табл. 2 представлены некоторые вещества, способные выступать в роли источников эмиссии аммиака и нашедшие применение в технологии производства бетона.

Табл. 2. Вещества, способные стать причиной эмиссии аммиака из бетона

Многие соединения и вещества, представленные в табл. 2, при нормальных условиях стабильны в щелочной среде бетона. Однако при совместном использовании с другими органическими или неорганическими соединениями (особенно характерно для комплексных добавок) последние могут интенсифицировать процесс разложения азотсодержащего вещества с выделением аммиака. Некоторые же вещества, такие, как триэтаноламин (ТЭА), применяются в очень малых дозах (400–600 г/т цемента) и при соблюдении технологии не способны к выделению аммиака в значимых количествах [2]. Наиболее вероятными и существенными источниками аммиака в бетоне могут стать такие соединения, как соли аммония, карбамид (мочевина) и другие подобные вещества, применяемые в качестве ускорителей твердения и противоморозных добавок, а также аммонизированная зола-унос [3].

При формировании бетонных конструкций на начальном этапе можно представить бетон в качестве реактора, в котором происходит гидратация минералов портландцемента и протекает процесс гидролиза аммониевых соединений с образованием целого ряда со-единений, в том числе аммиака.В результате адсорбции аммиак удерживается в порах бетона. На следующем этапе можно считать, что бетонная конструкция работает как десорбер, т. е. идет эмиссия аммиака в объем помещения.

В Санкт-Петербургском Государс-твенном архитектурно-строительном университете (СПб ГАСУ) на кафедре «Строительные материалы и технологии» совместно с кафедрой «Химия» был разработан и успешно реализован на практике способ очистки жилых помещений от аммиака, который заключается в нанесение на бетонные конструкции, выделяющие аммиак, специально разработанного нейтрализатора аммиака — OxRed [4].

OxRed представляет собой раствор окислителя с добавлением углеродных кластеров фуллероидного типа (фуллерены). Фуллерены являются модификатором раствора, стабилизируют его структуру и способствуют проникновению вглубь бетона, т. е. усиливают пенетрационные свойства раствора.

В зависимости от концентрации аммиака в бетоне последний подвергается разовой обработке или двухразовой. Окислитель, проникая в поры бетона, реагирует с восстановителем NH3, мочевиной и другими аммоний-содержащими примесями. Окислительно-восстановительная реакция сопровождается интенсивным выделением газообразных продуктов, и аммиак превращается в основном в азот и другие примеси.

Эффективность способа очистки жилых помещений от аммиака представлена в табл. 3.

Табл. 3. Эффективность способа очистки жилых помещений от аммиака

Наиболее значимый вклад в эмиссию аммиака из бетона могут вносить химические добавки, которые применяются в качестве модификаторов бетона и бетонной смеси-ускорители твердения и противоморозные добавки, а также аммонизированные золы уноса.

Из-за реакции в порах создается давление газов, которые интенсивно выделяются в атмосферу, и может частично выделятся не прореагировавший аммиак. Обработку строительных материалов ведут с одновременной очисткой воздушной среды помещения от выделяющихся газообразных продуктов с помощью абсорбера.

Литература1. Краткая медицинская энциклопедия. Том 1. 3-е изд. Под ред. Г. В. Петровского. — М.: Советская энциклопедия, 1989 г. 2. Карибаев К. К. «Поверхностно-активные вещества в производстве вяжущих материалов». — Алма-Ата: Наука КазССР, 1980 г. 3. Миронов А. М., Нестеренко В. В. «Исследование эффективности различных покрытий, снижающих эмиссию аммиака из бетона». Отчет НИР, Госрегистрация № 01201065826. — СПб ГАСУ, 2011 г. 4. Шиманов В. Н. «Способ очистки жилых помещений от аммиака» [Текст: Ю. В. Пухаренко, А. М. Миронов, В. Н. Шиманов и др.]. Приоритетная справка Федеральной службы РФ по интеллектуальной собственности от 20.04.2012 г. о рассмотрении заявки № 2012116177 на патент.5. Higuchi Takayuki [et al]. Method for electrochemical treatment of ready mixed concrete. Патент JP2004122620. 22.04.2004 г.6. Pollak Vladimir, Chodak Ivan. Method for the treatment of concrete. ПатентSK151099. 11.06.2001 г.7. Robert F. Rathbone, Thomas L. Robl. A Study of the Effects of Post-Combustion Ammonia Injection on Fly Ash Quality: Characterization of Ammonia Release from Concrete and Mortars Containing Fly Ash as a Pozzolanic Admixture. — University of Kentucky Center for Applied Energy Research. Final Report. 2001. 8. Z. Bai [et al]. Emission of ammonia from indoor concrete wall and assessment of human exposure. — Environment International, № 3. Vol. 32. 2006

Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!