Использование экологически чистых материалов в конструкциях зданий и сооружений

РЕФЕРАТ

по дисциплине:

«Экология»

на тему:

Использование экологически чистых материалов

в конструкциях зданий и сооружений

Содержание

Введение

Экологическое  строительство  сегодня  -  один  из  самых  актуальных  мировых трендов,  пришедших  в  архитектурно-строительную  отрасль  за  последнее  десятилетие. Материалы и конструкции, из которых возведут здания, оказывают значительное влияние на  здоровье  и  самочувствие  людей.  Поэтому  одним  из  важнейших  показателей строительной  продукции  является  ее  гигиеническая  и  экологическая  безопасность.

Современное строительное  производство невозможно  без экологических  материалов и конструкций и от выбора тех или иных будет завесить, каким образом они будут влиять на окружающую среду и живые организмы, как будут взаимодействовать искусственная и естественная  природная  среда.

Тема данного реферата дает понять экологические тенденции современного строительства. Рассмотреть влияние этих материалов и конструкций на природу, а так же на организм и жизнь человека в целом. Даст понять, почему с течением времени мы возвращаемся  к проверенным временем природным строительным материалам.

Глава 1. Общие сведения

К экологичным (биопозитивным) относятся строительные материалы из возобновимых природных ресурсов, которые не оказывают негативного воздействия на человека, не загрязняют природную среду при их изготовлении, требуют минимальных затрат энергии в процессе изготовления, разлагаются после выполнения функций подобно материалам живой природы или являются полностью рециклируемыми. Всем этим требованиям отвечают немногие естественные материалы: дерево, шерсть, войлок, кожа, пробка, коралловый песок и камни, натуральный шелк и хлопок, натуральная олифа, натуральный каучук, натуральные клеи и др.).

Несколько условно к биопозитивным материалам можно отнести строительные материалы, полученные из широко представленных в земной коре полезных ископаемых, или почти полностью рециклируемые материалы (следовательно, незначительно убывающие и позволяющие экономить до 80…90% энергии при их производстве). К ним относятся изделия из глины (кирпич, черепица плитка), стекла, алюминия, бетон, с некоторыми ограничениями сталь.

Под биопозитивными материалами подразумеваются такие материалы, которые удовлетворяют принципам биопозитивности: при их изготовлении используются возобновимые ресурсы, они поддаются саморазложению после выполнения функций без загрязнения среды. Производство и применение только биопозитивных материалов и конструкций в промышленности и строительстве позволит существенно снизить негативное влияние на природу, сохранить естественные запасы полезных ископаемых и оставить их для потомков.

Очень перспективным направлением производства различных материалов может стать возврат на более совершенном технологическом уровне к природному процессу их получения, например, производство волокон и тканей только из растений с усиленными генетическим путем соответствующими свойствами; выделение каучука только из растений-каучуконосов также с усиленным выделением сока; направленное создание сортовой древесины с ускоренным ростом; получение шерсти и различных утеплителей только из шерсти, получаемой при стрижке животных, а также из растений, и полный отказ от синтетических материалов. Таким же путем можно получать различные лаки, краски, смазочные материалы, спирт и т.д. Весьма эффективным кажется получение расщепляемых полимеров из растительного сырья. Уже созданы различные типы пластмасс, поддающихся биохимическому разложению в почве (обычно это соединения на нефтяной основе с крахмалом или целлюлозой). Тончайшие волокна из широко распространенного базальта позволяют получить прочные и несгораемые нити, вату, ткани, теплоизоляцию.

Древесина и ее производные – наиболее массовый биопозитивный строительный материал, позволяющий получать (с помощью специальной обработки) легкие, прочные, несгораемые, не гниющие конструкции. Дерево в период роста является также естественным фильтром для загрязнений, выделяет полезные для человека вещества в воздух, обогащает атмосферу кислородом, а почву – гумусом, создает ниши для существования различных животных. Модифицированная древесина – отличный и достаточно высокопрочный материал, который можно армировать. Стены, выполненные из дерева, «дышат» и обеспечивают внутри помещений благоприятный микроклимат. Поэтому можно считать дерево одним из наиболее перспективных биопозитивных строительных материалов.

Вторыми по экологичности являются строительные материалы и изделия из глины: необожженные кирпичи из глины в смеси с соломой и песком, обожженные керамические изделия – кирпичи, большеразмерные пустотелые камни для стен и перекрытий, плитка, черепица и др.

Среди невозобновимых материалов можно выделить алюминий и стекло как почти полностью (на 90 %) рециклируемые материалы, к тому же при их повторном изготовлении требуется значительно меньше энергии.

В понятие экологичности (биопозитивности) строительных материалов входит и невозможность выделения вредных веществ в период эксплуатации: например, некоторые натуральные каменные материалы (гранит, сиенит, порфир) имеют повышенный радиоактивный фон; пластмассы или строительные материалы с их применением (древесноволокнистые плиты, линолеум, синтетические краски, синтетические плитки для пола и для облицовки, различные синтетические добавки в бетон, раствор, синтетические клеи, утеплители на синтетической основе и др.) долго выделяют опасные газы в воздух помещений; изделия с асбестом, особенно подверженные выветриванию с поступлением волокон асбеста в воздух, признаны недопустимыми к использованию в ряде стран. Все это может быть чрезвычайно вредно для находящихся в помещениях людей, особенно детей.

Одно из возможных требований к экологичным материалам – саморазрушение после выполнения функций, способность естественным путем возвращаться в природную среду в виде неопасных для нее элементов или разделяться на составляющие, пригодные для немедленного применения в строительстве.  
Глава 2. Экологическая оценка строительных материалов

В строительстве экологическая оценка проекта, применяемых материалов стала неотъемлемой частью технологического процесса возведения любого здания. Поэтому, чтобы подчеркнуть хорошее качество материала или изделия, применяют термин «экологически чистый», не задумываясь о том, что материал может быть и грязный. То, что подразумевают под этим термином, в действительности является эколого-гигиенической характеристикой материала. В основу такой оценки положено наличие или отсутствие вредного воздействия материала на человека, находящегося в здании, в конструкциях которого использован этот материал.

К веществам, опасным для человека, относятся металлы: хром, свинец, ртуть, кадмий и др. Они могут находиться в виде солей и других соединений в красках, цементе и особенно в материалах, производство которых налажено из отходов (в этом один из парадоксов использования отходов: это полезно с экологической точки зрения, потому что отходы использованы, но может быть опасно для человека).

Соединения тяжелых металлов вместе с воздухом могут оказаться в рабочих помещениях и поступить в организм человека или, растворяясь в воде, воздействовать на кожу и слизистые оболочки. Наиболее полно изучены санитарно-гигиенические свойства у полимерных строительных материалов. Практически не проводится такая работа и оценка конструкций и теплоизоляционных материалов на основе неорганического сырья. Эти материалы могут содержать неблагоприятные для человека и окружающей среды компоненты.

Другая составляющая эколого-гигиенической оценки – радиационно-гигиеническая, которая введена в действие ГОСТ 30108 - 94. Такому анализу в обязательном порядке должны подвергаться искусственные и природные каменные материалы, в особенности материалы из отходов производства и побочных продуктов. Сущность анализа состоит в определении суммарной удельной активности естественных радионуклидов (Аэфф) в Бк/кг. Основные природные радионуклиды, встречающиеся в строительных материалах – это радий (226 Ra), торий (232 Тh), калий (40 К). Суммарная удельная активность радионуклидов рассчитывается с учетом их биологического воздействия на организм человека.

В зависимости от ее значения определяется возможная область применения данного материала. Так, при Аэфф < 370 Бк/кг материал разрешен для всех видов строительных работ, при Аэфф = 370...740 Бк/кг материал разрешен для дорожного строительства, в том числе и в пределах населенных пунктов, и для промышленного строительства. При Аэфф > 1350 Бк/кг вопрос об использовании материала требует согласования с Госкомсанэпиднадзором.

При производстве строительных материалов наибольшую опасность для здоровья людей представляет природный радиоактивный газ радон, являющийся продуктом, полученным из горных пород и материалов из них. Каждый строительный материал, содержащий в своем составе полимеры, отходы промышленности, должен получить сертификат качества и экологической безопасности для применения его на территории России в том или ином виде сооружения. В нормативно-методической документации и соответственно в сертификате на строительный материал указывается область его применения: для строительства жилых зданий, детских и школьных зданий, лечебно-профилактических учреждений и других зданий группы А; нежилых зданий и сооружений группы Б, В и Г; вспомогательных сооружений: подземных переходов, перронов и т.п. Радиационно-гигиеническая и санитарно-гигиеническая оценка строительных материалов характеризует безопасность материала, примененного для разных групп зданий.

Однако подход к экологической оценке строительных материалов должен быть иным. При оценке следует учитывать влияние на окружающую среду не только самого материала, но и всего комплекса процессов, сопровождающих материал по его жизненному циклу 1 от «рождения» - изготовления или добычи до самой его «смерти», т.е. до полного уничтожения, захоронения или, что более предпочтительно, повторного использования для получения новых материалов или изделий. Последнее позволяет замкнуть жизненный цикл материала, сократить количество отходов и количество добываемого сырья, т. е. жизненный цикл при его глубочайшей оценке с позиции экологии способствует ресурсосбережению.

Ни один материал, используемый в строительстве, не может быть назван экологически чистым, так как ни один материал не может быть изготовлен без затрат материальных ресурсов и энергии, которые могут нести отрицательные качества для окружающей среды. Рассматривая жизненный цикл любого материала, можно для каждого вида строительных работ выделить нежелательные с экологической точки зрения материалы или вещества, использования которых следует избегать (например, бетон и бетонные изделия). Само производство не сопровождается выбросами вредных веществ для окружающей среды (в том числе и для человека). При эксплуатации таких изделий они не будут выделять вредных веществ. Долговечность и надежность их не могут вызывать сомнений, а утилизация отслужившего материала должна вписываться в природные экосистемы. Такой материал должен использоваться в качестве сырья для других материалов или использоваться повторно (рисайклинг). Примером рисайклинга служит использование стеклобоя и отслужившей стеклотары для получения новых стеклоизделий. В этом случае отпадает нужда в добыче, транспортировке и подготовке сырья, а также исключается энергоемкий и сопровождающийся вредными выбросами процесс стекловарения. Для широкого внедрения рисайклинга необходима прежде всего организованная система сбора стеклоотходов. То же самое касается материалов, бумаги и многих других бытовых и хозяйственных отходов, в том числе и производства. Промышленные отходы и отслужившие материалы и изделия могут использоваться для производства строительных материалов, например, использование компонентов отслуживших свой век железобетонных конструкций. Такие конструкции дробятся и из них выбирается арматура, щебень и мелкий заполнитель. Арматура используется как металлолом, а заполнители идут для приготовления нового бетона. В этом отношении строительство с его огромной материалоемкостью может сыграть важнейшую роль в деле защиты окружающей среды.

Глава 3. Основные экологичные строительные материалы

использующиеся в конструкциях зданий и сооружений

Древесина - самый распространенный и наиболее перспективный экологичный строительный материал многофункционального назначения. Из древесины после соответствующей обработки изготавливают легкие, прочные, несгораемые и не гниющие конструкции (несущие, ограждающие, оконные, дверные блоки и т.д.), а также широчайший спектр отделочных материалов и столярных изделий. Лесной массив после изъятия из него небольшой части древостоя полностью восстанавливается.

Стеновые конструкции, выполненные из необработанной (бревна) или обработанной (цилиндрованные бревна, брусья) деловой древесины, «дышат», благодаря чему внутри здания поддерживается благоприятный микроклимат. Однако эксплуатационную ценность древесины снижают некоторые недостатки, обусловленные ее растительным происхождением. Перечень мероприятий, направленных на устранение этих недостатков, может в той или иной степени повлиять на степень экологичности древесины.

Керамические и глиняные изделия

На втором месте по экологичности находятся строительные материалы и изделия из глины: необожженные кирпичи из глины в смеси с соломой и песком, обожженные керамические изделия - кирпичи, большеразмерные пустотелые камни для стен и перекрытий, плитка, черепица и др. Наименее энергоемкими являются кирпичи из высушенной глины в смеси с армирующей ее соломой. Несомненное достоинство этого строительного материала - его полная рециклируемость. Однако здания из такого кирпича обладают существенным недостатком - стены нуждаются в надежной защите от воздействия атмосферной влаги и грунтовых вод.  В последние десятилетия возросла популярность обожженного кирпича, черепицы и эффективных большеразмерных керамических изделий: на современных автоматизированных линиях выпускаются керамические камни размером «на комнату», обладающие повышенными теплозащитными свойствами, и керамические изделия, используемые в качестве несъемной опалубки при возведении монолитных железобетонных перекрытий и колонн. Обожженный кирпич, облицовочная плитка и строительная керамика относятся к группе не полностью рециклируемых материалов. Основной недостаток керамических изделий - большая энергоемкость процесса их производства. И если учесть, что количество энергии, затраченной на изготовление того или иного продукта, - один из важнейших показателей степени его биопозитивности, то к категории экологичных керамические материалы можно отнести лишь с некоторой долей условности.

К числу факторов, обуславливающих невозможность использования керамических материалов в строительной практике, относится повышенная удельная активность естественных радионуклидов в готовых изделиях, что очень часто встречается в ситуациях, когда радиологический контроль сырьевых компонентов не производится должным образом или вовсе отсутствует.

Кирпич типа «Геокор»

К экологически чистым и экономичным строительным материалам можно отнести кирпич типа «Геокор», сделанный из торфа. Это принципиально новый, впервые изобретенный в России теплоизоляционный материал. Торф - самое дешевое и самовозобновляющееся сырье. На «Геокор» получены сертификаты; и материал внесен в нормативы. Внедрение торфо-блоков позволит на 80% сократить расход кирпича, блок размером в четыре кирпича весит не более 4 кг. «Геокор» можно использовать не только как утеплитель, он способен в течение 24 ч. убивать бактерии туберкулеза. Появилась возможность использовать его в лечебных целях, облицовывая им стены и потолки больниц и других учреждений. По прочности он не имеет себе равных, выдерживает нагрузку 8... 12 кг/см2. По долговечности «Геокор» сродни каменным и бетонным конструкциям. Он не только прочен, легок, но является и прекрасным адсорбентом, например, уровень радиации в помещении из торфа снижается в пять раз. Кроме того, в здании сохраняются нужная влажность, постоянная температура. 

Алюминий и стекло

Среди невозобновимых, но почти полностью (на 90%) рециклируемых материалов следует отметить алюминий и стекло. В принципе при изготовлении упомянутых материалов из природных бокситов и кремния требуется очень много энергии, однако большой первичный расход энергоресурсов компенсируется при повторном производстве конструкций (из лома, из боя), что позволяет отнести эти материалы к категории экологичных.

Природный камень

Природный камень издавна применялся человеком в качестве строительного материала. Горные породы, добываемые из земных недр в виде каменных глыб-блоков, реже – в виде плит, и сегодня представляют собой исходное сырье для производства изделий, известных под обобщающим названием «декоративно-облицовочные камни».

В зависимости от области применения декоративно-облицовочные камни подразделяются на три группы: камни (плиты), применяемые для внешней и внутренней облицовки вертикальных элементов конструкций здания; камни (плиты), применяемые для облицовки полов и изготовления ступеней; камни, предназначенные для изготовления декоративных деталей (колонн, пилонов и т.д.). При оценке степени экологичности природных каменных материалов следует принимать во внимание следующие факторы: ограниченность исходного компонента в земной коре (невозобновимость), энергоемкость процессов камнеобработки, повышенный радиоактивный фон некоторых натуральных камней. В осадочных (известняк, ракушечник) и метаморфических (мрамор, кварциты) породах содержание естественных радионуклидов минимальное. В магматических горных породах (гранит, сиенит, кварцевый и бескварцевый порфир, пемза, туф и т.д.) их концентрация может превышать предельно допустимые значения, что необходимо учитывать при использовании природных камней в качестве материала для выполнения внутренних облицовок.

Железобетонные изделия

Основное нарекание в адрес железобетона – отрицательное воздействие на микроклиматические параметры интерьерной среды при использовании в качестве материала для изготовления наружных ограждающих конструкций. Это объясняется тем, что железобетонные стены, в отличие от деревянных или кирпичных, обладают плохой воздухопропускающей способностью и низким термосопротивлением. В результате нарушается тепловлажностный режим, который наиболее важен для ощущения комфортности пребывания в помещении. Кроме того, железобетонные конструкции могут являться источником ионизирующего излучения и оказывать соматическое (лучевая болезнь и патологические изменения в организме, органах и тканях), соматико-вероятностное (опухоли, болезни внутренних органов, сокращение продолжительности жизни) и мутационное (генные и хромосомные мутации) воздействия. Подобный вариант развития событий – неизбежная закономерность, если при производстве бетонных и железобетонных изделий использовался радиоактивный гранитный щебень или песок. Еще один недостаток железобетона заключается в том, что металлические стержни арматуры экранируют естественное электромагнитное поле Земли, в связи с чем определенные группы людей могут испытывать некоторый дискомфорт

Утеплители

Самую большую историю применения в качестве экологического утеплителя для дома имеют материалы, получаемые из растений. Волокна льна использовали практически без дополнительной обработки. Сейчас из них получают современные материалы – льняной войлок, или же ленточную рулонную паклю. Так же используют целлюлозу – природный материал, служащий основной для получения «эковаты». Сама по себе вата – довольно горючий материал, поэтому к натуральному утеплителю добавляют соединения бора, делающие его стойким к огню и невосприимчивым к грибками и плесени. Овечья шерсть, экологически чистый утеплитель в виде полотна разной плотности. Она может варьироваться от 20 до 120 мм. Как и «эковата», овечья шерсть может впитывать воду, причем в значительном количестве, набирая до 30% собственной массы. Но в этом есть свой плюс: высыхая, материал отдает воду, тем самым увлажняя воздух в помещении. Такой «увлажнитель» будет работать в том случае, если утеплитель не закрыт сверху пленкой, непроницаемой для пара. Довольно дорогой натуральный утеплитель, который получают из коры пробковых деревьев, в основном растущих в Португалии. Само строение этого материала делает его идеальным утеплителем: множество пор, пронизывающих древесину, хорошо сохраняют тепло, отлично заглушают звук. Устойчивость к грибкам и плесени обеспечивается натуральными смолами в составе пробки.  
Заключение

Современная экологическая обстановка и потребности населения, все чаще толкает архитекторов и инженеров создавать все более экологичные здания и сооружения, соответствующие современным эколого-гигиеническим стандартам и стандартам качества. Реализованы и воплощены в жизнь современные технологи, облегчающих обработку материалов для создания конструкций удовлетворяющих потребностям.

В данном реферате рассмотрены основные экологичные (биопозитивные) строительные материалы использующиеся в современном строительном производстве и дана краткая оценка положительного и негативного воздействия на природу, а так же на организм и жизнь человека в целом. 

Дан ответ на вопрос, почему же мы возвращаемся  к проверенным временем природным строительным материалам. Все это нам дает возможность сблизиться с природой 
Список используемой литературы

1. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Промышленная экология: Учебн. пособие /Под ред. В.М. Гарина. – М.: Маршрут, 2005. - 328 с.
2. Тетиор А.Н. Городская экология : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А. Н.Тетиор. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 336 с.
3. Микульский В.Г., Сахаров Г.П. и др. Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). Учебное пособие. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. – 520 с.
4. Тетиор А.Н. Архитектурно-строительная экология : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А. Н.Тетиор – М.:  Издательский центр «Академия», 2008. — 368 с.