Экологическая безопасность строительных материалов
Системы критериев оценки экологической опасности (или безопасности) строительных материалов
Для получения сравнимых друг с другом, и вследствие этого, максимально объективных результатов исследования экологической опасности (или безопасности) строительных материалов необходима разработка общих критериев или систем критериев оценки.
Специалисты из разных стран в своих работах рассматривают различные аспекты влияния строительных материалов на окружающую среду, что связано с необходимостью более конкретного или, наоборот, более общего рассмотрения какой-либо из проблем или же вопроса в целом.
Таблица 1
Предлагаемые системы критериев и показателей при оценке воздействия строительных материалов на окружающую среду и человека
| Время публикации исследований | Организация, страна и группа разработчиков | Система критериев воздействия на окружающую среду и человека |
| 1992 г. и 1996 г. | Heijungs R. иGuinee J. (Голландия) K. Richter (Швейцария) | усиление парникового эффекта, разрушение озонового слоя в стратосфере, повышение кислотности, фотосмог в нижних слоях атмосферы, переудобрение почв и водоемов, опасность для здоровья человека и повреждение экосистем |
| 1993 г. | Anink D., Mak J., de Haas F., Boonstra C. и Willers W. Stuurgroep Experimenten Volkshuisvesting (SEV) (Голландия) | повреждение экосистем, дефицит, выбросы, использование энергии, здоровье человека, долговечность, отходы, возможность повторного использования |
| 1997 г. | Krogh H. и Hansen K. (Дания) | истощение ресурсов, здоровье человека и «экологическое здоровье» |
| 1997 г. | Д.И. Быльский (Россия) | внешние загрязнения, истощение природных ресурсов, качество воздуха в помещениях, хранение и утилизация твердых отходов, экологичные технологии, долговечность, стоимость и внешний вид материалов и изделий, поэлементные и интегральные эксплуатационные характеристики зданий, энергозатраты на производство материалов, их транспортировку и применение |
| 1998 г. | Н. Колер (Институт промышленной продукции в строительстве Университета Карлсруэ, Германия) [18] | Затраты ресурсов, эмиссии (по жизненному циклу), прямые воздействия на окружающую среду в местах изготовления материала, токсические воздействия на человека при работе с материалом и при его эксплуатации, прямые и косвенные затраты |
| 1999 г. | А. Мюллер (Баухаус-Университет) (Германия), проект MÜL99 (по результатам опроса экспертов) | возможность переработки материала, его теплоизоляционные свойства и малое наличие вредных веществ |
| 2005 г. | Е.Е. Румянцева, Ю.Д. Губернский, Т.Ю. Кулакова (Россия) | теплопроводность, теплоемкость, теплоусвоение, воздухо- и паропроницаемость, водопоглощение и гигроскопичность |
В 1992 и 1993 годах голландские специалисты при рассмотрении вопроса критериев воздействия строительных материалов на окружающую среду и человека демонстрируют два несколько отличных друг от друга подхода [13, 17]. Первый ориентирован на конкретные расчетные характеристики и любую продукцию, не только на строительные материалы, другой рассматривает проблемы менее конкретные с точки зрения расчетов, но направленные на конкретные строительные задачи.
Для выбора или оценки строительных материалов с учетом всех вышеперечисленных факторов специалистам предлагается дать ответы на три условные группы вопросов, касающиеся энергии, жизненного цикла и экологии [4]. Такой же проект опроса специалистов был осуществлен на практике в Германии. Результаты этого проекта показали, что возможность переработки материала, его теплоизоляционные свойства и малое наличие вредных веществ являются важнейшими показателями материала для строительства с точки зрения архитекторов и инженеров-строителей. Экспертные опросы играют немаловажную роль при установке критериев экологичности или важнейших с точки зрения экологии свойств материала. Это подтверждается тем, что с названными исследованиями по опросу специалистов пересекаются предложения учета важных показателей, критериев экологической безопасности материалов, приводимые в одном из первых отечественных учебных пособий по этой тематике [10]. Его авторы в качестве таких критериев приводят: паропроницаемость, теплопроводность и др. свойства материалов.
Руководствуясь концепцией голландских исследователей, необходимо отметить, что в их классификации аспектов воздействия материалов на окружающую среду различные параметры тесно взаимосвязаны друг с другом [13]. Например, образование отходов зависит от долговечности (чем дольше служит материал или конструкция, тем с меньшим количеством отходов приходится сталкиваться). Влияние на здоровье человека напрямую связано с возможным количеством вредных выбросов и т.д. Факт взаимной связи различных рассматриваемых параметров говорит о том, что возможно объединение некоторых из них и, соответственно, образование несколько других групп воздействий.
В частности, некоторые из рассматриваемых датскими специалистами и приводимых в табл. 1 категорий воздействий материалов на окружающую среду и человека сами авторы подразделяют на более мелкие и конкретизируют [19]. Например, под истощением ресурсов они подразумевают: истощение источников энергии, непосредственно истощение сырьевых материалов, истощение водных ресурсов и повреждение ландшафта. У них же категория «здоровье человека» учитывает возможность опасных токсичных выбросов, а также информацию о воздействиях материалов на окружающую среду и климат внутри помещений. В свою очередь более широкий показатель «экологическое здоровье» включает сбор и анализ данных по следующим параметрам: глобальное потепление, истощение озонового слоя, фотохимическое образование озона, повышение кислотности, загрязнение воды, возможные токсичные выбросы и образующиеся отходы, т.е. в целом учет факторов, рассматриваемых в своем проекте голландцами.
Приводимые в таблице 1 системы критериев обсуждались в соответствии с вводимыми стандартами по составлению экологических балансов продукции (Принципы и общие требования к составлению балансов изданы в виде стандарта ИСО 14040 в 1997 году). В 1999 году вышел стандарт ИСО 14042 по конкретной оценке воздействий, который утвердил на международном уровне рассматривавшиеся критерии, приведенные в таблице 2. Преимуществом этих критериев является их распространенность и признание специалистами во многих странах мира, в то же время они позволяют сделать конкретные расчеты по жизненному циклу продукции в эквиваленте определенного загрязняющего вещества, попадающего в окружающую среду [20].
Таблица 2
Критерии оценки воздействий на окружающую среду при составлении «экологических балансов» для строительных материалов
| Воздействие на окружающую среду | Показатели для измерения и учета | Единицы измерения |
| Усиление парникового эффекта | Потенциал, вызывающий парниковый эффект | кг СО2-эквивалента |
| Разрушение озонового слоя в стратосфере | Озоноразрушающий потенциал | кг СFCl3 (CFC-11)-эквивалента |
| Повышение кислотности | Потенциал окисления | кг SО2 - эквивалента |
| Фотосмог в нижних слоях атмосферы | Фотохимический потенциал образования озона | кг С2H4 (этилен)-эквивалента |
| Переудобрение почв и водоемов | Потенциал деградации | кг РО4 - эквивалента |
| Опасность для здоровья человека | Потенциал токсичности для человека, классификационные факторы для воздуха, воды, почв | кг критически нагружаемого веса тела |
| Повреждение экосистем | Потенциал экотоксичности вод | м3 критически загрязненной воды |
Таким образом, по результатам анализа современных критериев оценки экологической опасности или безопасности строительных материалов следует выделить следующие группы наиболее важных критериев:
· свойства и характеристики самих материалов (например, теплопроводность, долговечность и мн. другие);
· вредные вещества и иные воздействия, выделяемые на всех стадиях жизненного цикла (в особенности при производстве) материалов в окружающую среду [20];
· вредные вещества, содержащиеся в самих материалах и наносящие особенный вред при их эксплуатации [5, 6, 10].
Ознакомиться с первыми двумя группами можно соответственно в таблицах 1 и 2, а третья группа воздействий рассмотрена в таблице 3.
Таблица 3
Вредные вещества, содержащиеся в различных видах строительных материалов (по данным Е.Е. Румянцевой, Ю.Д. Губернского, Т.Ю. Кулаковой и В.П. Князевой)
| Наименование вредных веществ | Материалы с возможным присутствием вещества |
| Ацетон | Лаки, краски, клеи, шпаклевки, мастики, смазки для форм при изготовлении бетона, пластификаторы для бетона |
| Бензол | Мастики, клеи, герлен, линолеумы, материалы на основе цемента с добавлением отходов (включая бетон), смазки для форм при изготовлении бетона |
| Бутанол | Мастики, клеи, смазки, линолеумы, лаки, краски |
| Бутилацетат | Лаки, краски, мастики, шпаклевки, смазки для форм при изготовлении бетона |
| Винилхлорид | Линолеумы и плитки для полов, пленки, обои и иные материалы на основе винилхлорида |
| Дибутилфталат | Материалы на основе органических связующих (эпоксидная смола, битум) |
| Кобальт | Красители (например, для керамики), строительные материалы с использованием промотходов |
| Ксилол | Линолеумы, клеи, герлены, шпаклевки, мастики, лаки, краски, смазки |
| Никель | Материалы на основе цемента (включая бетон), шпаклевки и другие материалы с использованием промотходов |
| Пропилбензол | Клей АДМК, линолеумы, мастики, шпатлевки |
| Свинец | Материалы на основе цемента (включая бетон), краски, материалы из промотходов, содержащих свинец |
| Стирол | Теплоизоляционные и отделочные материалы на основе полистирола (в т.ч. пенополистирола) |
| Толуол | Лаки, краски, клеи, шпаклевки, мастики, линолеумы |
| Фенол | ДСП, фанера, герлен, линолеумы, мастики, шпаклевки |
| Формальдегид | ДСП, ДВП, фанера, мастики, герлен, пластификаторы, шпаклевки, смазки для форм при изготовлении бетона |
| Фосфор | Бетон и строительные растворы, а также иные материалы на основе минеральных вяжущих веществ с использованием промотходов |
| Фтор | Материалы на основе минеральных вяжущих с использованием отходов промышленности |
| Хром | Материалы на основе цемента (включая бетон), шпаклевки и другие материалы с использованием промотходов |
| Этилацетат | Лаки, краски, клеи, мастики |
| Этилбензол | Шпаклевки, мастики, линолеумы, краски, клеи, пластификаторы, смазки для форм, бетон с применением промотходов |
2.3.1 Методы оценки экологической безопасности строительных материалов
В отечественной практике наиболее распространенным является подход к анализу критериев экологической безопасности строительных материалов на стадии их выбора, то есть непосредственно перед эксплуатацией. При этом рассматриваются, в первую очередь, гигиеническая, радиационная и пожарная безопасность материалов. Как правило, материалам, качество которых удовлетворяет параметрам по содержанию вредных веществ и по интенсивности других факторов, присваивают сертификат или выдают заключение о возможности применения для определенного назначения. Перечисленные группы оцениваемых на стадии эксплуатации материала критериев особенно важны с точки зрения безопасности человека.
Например, по параметру радиационной безопасности в соответствии с НРБ-99 эффективная удельная эффективная активность (Аэфф) естественных радионуклидов в строительных материалах не должна превышать:
· 370 Бк/ кг – для материалов, используемых в жилых и общественных зданиях;
· 740 Бк/ кг – для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов, а также в строительстве производственных зданий;
· 1,5 кБк/ кг – для материалов, используемых в дорожном строительстве вне пределов населенных пунктов;
· 4 кБк/ кг – вопрос применения материалов решается по согласованию с федеральным органом Госсанэпиднадзора.
При превышении Аэфф норматива в 4,0 кБк/ кг их применение в строительстве запрещается [7, 8]. Для материалов, применяемых во вновь строящихся жилых и общественных зданиях удельная эффективная активность природных радионуклидов рассчитывается по следующей формуле [3, 10]:
Аэфф.= А (Ra) + 1,31 A (Th) + 0,085 A (K),
где А (Ra) и A (Th) – удельные активности 226 Ra и 232 Th, находящиеся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого семейства; А (К) – удельная активность 40 К, Бк/ кг.
При оценке гигиенических показателей следует принимать во внимание, что миграция вредных веществ в материале представляет собой сложный многостадийный процесс. Его продолжительность может составлять от нескольких часов до нескольких месяцев или даже лет. Факторами, от которых зависит скорость передвижения веществ в материале, могут явиться скорость диффузии, степень кристалличности материала и другие его свойства [6]. В частности, существует специальная методика, позволяющая рассчитывать количество выделяющихся в окружающую среду вредных летучих веществ при окраске различных поверхностей. В данной методике учитывается количество растворителя, тип поверхности, способ нанесения краски, а также погодные условия во время производства работ и др. факторы.
Из таблицы 3 видно, что многочисленной группой строительных материалов, в которых потенциально присутствуют вредные вещества, являются материалы с применением отходов промышленности. В связи с этим для таких материалов крупнейшими научными организациями в области гигиены окружающей среды были разработаны методические указания под названием «Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промотходов. Методические указания. МУ 2.1.674-97» (Утверждены Минздравом Российской Федерации 08.08.97) [3]. Согласно этому документу методы исследования строительных материалов с применением промышленных отходов предусматривают обязательное проведение следующих видов исследований:
· санитарно-химических (как в моделируемых, так и в натурных условиях);
· радиологических;
· оценки биоцидных свойств строительных материалов;
· одорометрических;
· санитарно-токсикологических.
Авторы рассматриваемых методических указаний из самых авторитетнейших в России организаций по экологии человека и гигиене (например, из НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды РАМН) следующим образом понимают актуальность каждой из групп исследований. Целью санитарно-химических исследований является изучение химического состава исходных компонентов строительных материалов (их качественного и количественного состава). Радиологические исследования помогают оценить наличие и количество дозообразующих радионуклидов в строительных материалах, к которым относятся 226 Ra, 232 Th, 40 K. Для оценки строительных материалов, содержащих в своем составе органические отходы, необходимо проведение оценки биоцидных свойств материалов (в частности, их устойчивости по отношению к плесневым грибам и некоторым видам бактерий). В случае наличия запаха у применяемых в производстве строительного материала отходов проводят одорометрические исследования. Результатом этих исследований является оценка характера и силы запаха по пятибалльной шкале, которая приведена в таблице 4.
Таблица 4.
Шкала для оценки силы запаха по Методическим указаниям
МУ 2.1.674-97 Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промотходов (по [3, 10])
| Оценка в баллах | Описание силы и характера запаха |
| Запах отсутствует, не ощущается ни кем из испытуемых | |
| Едва заметный запах, ощущается лишь особо чувствительными лицами | |
| Слабый запах, не привлекающий внимания, но присутствует, если испытуемые ориентируются на его обнаружение | |
| Отчетливый запах, ощущается легко, отмечается испытуемыми без специального посвящения ему внимания | |
| Сильный запах, который обращает на себя внимание | |
| Резко выраженный, который исключает повторные исследования |
Если полимерный материал применяется в непосредственном окружении человека, то его оценка не должна быть более двух баллов, то есть допустимо, чтобы запах от материала был слабый и не привлекал внимания. В случае отчетливого и легко ощутимого запаха испытания строительного материала прекращают с заключением о невозможности его использования. Санитарно-токсикологические исследования помогают изучить хроническое токсическое действие вещества, содержащегося в материале, на организм. Такие исследования, как правило, проводятся на подопытных животных [3, 10].
Эмиссии вредных веществ из полимерных материалов серьезно возрастают при увеличении температуры. В связи с этим практически с момента активного развития промышленности материалов на основе полимеров в середине XX века специалистами ведутся исследования в области определения эмиссий вредных веществ из материала в окружающую среду. Одними из первых методик были рекомендации ИСО № 191 и 192, касающиеся наиболее опасных в плане эмиссии вредных веществ компонентов строительных пластмасс – пластификаторов. В частности, эти рекомендации предлагали методики оценки миграции пластификаторов и определения их летучести. Миграцию пластификаторов определяли путем измерения потери веса образца материала, зажатого между пластинками, которые при определенных условиях поглощали пластификатор. Для определения летучести пластификаторов из материалов на основе полимеров возможны два следующих метода: 1) по потере веса образца, находящегося в потоке воздуха, после воздействия на него заданной повышенной температуры; 2) после предварительных действий с образцом для активации эмиссии (например, его нагревания) применяют адсорбенты газообразных веществ (активированный уголь).
Если рассматривать все вещества, которые могут выделяться из материалов в окружающую среду (в частности, в воздух помещений) можно классифицировать по летучести. Эта классификация приведена в таблице 5. По эффекту действия на человека различают вещества, воздействующие через запах, имеющие токсикологическое влияние и создающие туман (нарушающие светопрозрачность).
Таблица 5
Классификация органических соединений по показателю летучести
| Класс вещества по параметру летучести | Температуры проявления свойства |
| Сверх летучие органические соединения (Very Volatile Organic Compounds – VVOC) | до 5-100 оС |
| Летучие органические соединения (Volatile Organic Compounds – VOC) | 5-100 до 240-260 оС |
| Полулетучие органические соединения (Semi Volatile Organic Compound – SVOC) | 240-260 до 380-400 оС |
| Органические соединения со специальными добавками или особые органические вещества (Organic compound associated with particulate matter or particulate organic matter – POM) | > 380 оС |
На современном этапе анализ эмиссий вредных веществ из отделочных материалов внутри помещений ведут тремя следующими типами методов: статическими, динамическими и специальными [21].
К группе статических методов относят метод статических измерений в главном пространстве над пробой, метод вспышки и так называемые «электронные носы». Группа динамических методов включает термодесорбцию, применение трубки удаления газов, способы с применением эмиссионной камеры и метод FLEC (Field and Laboratory Emission Chamber – полевая и лабораторная эмиссионная камера), регламентированный в нормах DIN EN 13419-2 [12]. Специальными называют методы, связанные с определением изменения проницаемости воздуха, а также упоминавшиеся ранее одорометрические исследования (при помощи органов обоняния). Важными при использовании любого из методов являются следующие общие замечания:
- эмиссии вредных веществ не постоянны во времени;
- место отбора проб, условия их хранения и степень измельчения влияют на результат испытаний;
- используемый метод исследований определяет диапазон вредных веществ, которые можно выделить;
- необходимо отслеживать единицы измерения в зависимости от используемого метода;
- необходимыми во всех методах требованиями к точности и сравнимости результатов являются: а) сравнимость несильно отдаленных по времени испытаний при разработке материала; б) сравнительные исследования различных проб.
Все использующиеся в настоящее время методики предполагают идентификацию и измерение количества выделившихся из материала веществ. Например, предварительное воздействие по активизации эмиссионных процессов согласно стандартной методике FLEC занимает время 4 недели. Затем фиксируется количество токсичных летучих органических соединений (TVOC) в мг/м2. По результатам исследований материалу присваивают класс безопасности. Например, если выделения TVOC из материала после 4 недель составили < 0,005 мг/м2, то этот материал соответствует классу М1 (минимальному по количеству выделяющихся веществ).
Несколько иной, но не противоречащий описанному выше, методический подход сформулирован в международных стандартах ИСО группы 14040- 14044 и касается не только строительных материалов, но и любой иной продукции. Он заключается в оценке ее жизненного цикла (Life Cycle Assessment - LCA) [9, 20]. При этом материалы оцениваются по всему жизненному циклу в соответствии с их функциональным применением, определяемым комплексом свойств. В число этапов жизненного цикла в обязательном порядке включаются: добыча сырья; производство; монтаж, установка или укладка при строительстве; эксплуатация; удаление и возможное повторное использование (рис. 1). Между каждым этапом должны учитываться также процессы транспортировки сырья или самих материалов.
На каждом из перечисленных этапов жизненного цикла рассматриваются и оцениваются критерии, приводимые в разделе 2.1. Они в общем или конкретном виде помогают проанализировать воздействия на окружающую среду (в частности, на воду, воздух, почву), на структуру ландшафта, воздействия на человека сопутствующих технологическому процессу токсичных веществ, а также масштабы использования сырьевых и энергетических ресурсов.
Рис. 1. Схема жизненного цикла строительного материала (по Д. Глюклиху [16] и др. с изменениями)
Строительный материал считается более экологичным, если он производит меньше воздействий на окружающую среду по всему его жизненному циклу. В целом это означает целый комплекс одновременно выполняемых условий. Во-первых, сырьевые материалы должны быть безвредными для окружающей среды и возобновляемыми. Во-вторых, процессы транспортировки (как при добыче, так и при производстве и последующем строительстве зданий и сооружений) должны быть краткими и технологически оправданными, что позволит уменьшить нагрузки на окружающую среду. В-третьих, следует избегать эмиссий вредных веществ при производстве, использовании и утилизации строительных материалов, а также в случае чрезвычайной ситуации (например, при пожаре). В-четвертых, материалы должны предоставлять возможность их повторного использования, переработки. В крайнем случае, они не должны причинять вреда окружающей среде после их захоронения. Кроме того, строительные материалы должны быть долговечными, что также позволит уменьшить нагрузки на окружающую среду.
Этап добычи сырья. Этот этап очень важен с точки зрения влияния на окружающую среду. При этом следует учитывать вид сырьевых материалов и их необходимую обработку [16]. Рассматривая вид сырьевых материалов необходимо принимать во внимание доступность и возобновляемость имеющегося сырья, его качество, а также количество вторичных материалов после обработки. Под необходимой обработкой понимают все технологические этапы, связанные с добычей и предварительной обработкой сырья. В отношении этого критерия рассматривают способы добычи сырья (в том числе масштаб наносимого окружающей среде вреда), количество полезной части в исходном сырье и место добычи (в частности, расстояние до места производства материала и до места строительства).
Этап производства строительного материала. На этом этапе учитываются так называемые первичные энергозатраты на производство. Эти затраты включают также расход энергии на транспортировку и монтаж (установку) материалов. При более строгом подходе необходимо также учитывать энергетические затраты на отделочные работы и на последующую утилизацию материалов, что часто опускают на данном этапе ввиду отсутствия четкого разграничения между некоторыми технологическими операциями. В связи с различием в технологиях и оборудовании для производства материалов и вышеназванной неточности в определении границ, результаты по затратам энергии на этапе производства различных материалов не всегда объективно сравнимы. В данном случае также важно приводить расчеты энергозатрат к удельным единицам продукции. Например, для тяжелого бетона такой единицей может служить м3, а для большинства отделочных материалов – м2. Серьезное значение для подсчета энергозатрат имеет наличие на предприятии-изготовителе современной технологии. Например, по данным проф. Д. Глюклиха со ссылкой на техническое сообщество производителей кирпича в Германии, в период с середины 70-ых до середины 80-ых годов XX века энергетические затраты на изготовление условного килограмма кирпича сократились на 40 % [8].
Таблица 6
Первичные энергетические затраты на производство некоторых строительных материалов (по данным В.П. Князевой и D.Gluecklich [6])
| Наименование материала | Первичные энергозатраты на добычу и производство материала, кВт · час/ м3 |
| Алюминий (фасадные плиты) | |
| Сталь (фасадные плиты) | |
| Полистирол | |
| Минеральная вата | |
| Цемент | |
| Керамический пустотелый кирпич | |
| Древесноволокнистые плиты | |
| Керамический кирпич | |
| Газобетон | |
| Известково-песчаный раствор | |
| Силикатный кирпич | |
| Материалы из древесины | |
| Саманный кирпич | |
| Материалы на основе растительного сырья (тростник, лен, солома и т.п.) |
При анализе экологической безопасности огромное значение имеют многочисленные вредные эмиссии, которые могут наносить вред как человеку, участвующему в процессе производства, так и окружающей среде.
Для учета воздействия на участников производственного процесса используются предельно допустимые концентрации (ПДК). В процессе производства наиболее важны максимально разовые и средне-сменные ПДК рабочей зоны. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны – максимальная концентрация, которая в пределах установленного рабочего времени (не более 40 часов в неделю) и всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья непосредственно в процессе работы или отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Единица измерения – миллиграмм на кубический метр (мг/ м3).
С точки зрения экологической науки понятие ПДК имеет ряд недостатков. В частности, это понятие не до конца учитывает синергетический эффект и эффект биологического накопления. Под синергетическим эффектом (потенцированным действием) понимают такое воздействие нескольких (от одного до n) вредных веществ, когда одно из них усиливает негативное действие другого. Вредный эффект при этом выше, чем при простом сложении эффектов действия отдельных веществ. Причем каждое из веществ может находиться в окружающей среде в сотых, или даже тысячных долях ПДК.
Биологическое накопление вредных веществ в организме связано с отложением вредных веществ в живых тканях с течением времени, что может впоследствии привести к серьезному вреду для этого организма. Накопление загрязнителей может происходить, даже если их дозы в окружающей среде не превышают сотых долей ПДК.
В таблице 7 приведены среднесуточные ПДК веществ, которые могут содержаться в строительных материалах, используемых для жилых и общественных зданий (см. также таблицу 3).
Таблица 7
Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ, содержащихся в строительных материалах (по [2, 10])
| № п/п | Наименование веществ | Значение среднесуточных ПДК, мг/ м3 |
| Ацетон | 0,35 | |
| Бензол | 0,1 | |
| Бутанол | 0,1 | |
| Бутилацетат | 0,1 | |
| Диэтиленгликоль (2,2 -оксидиэтанол)* | 0,2 | |
| Диэтиловый эфир (Этоксиэтан)* | 0,6 | |
| Кобальт | 0,001 | |
| Ксилол | 0,2 | |
| Никель | 0,001 | |
| Пентан | ||
| Свинец | 0,0003 | |
| Скипидар (в пересчете на С)* | 1,0 | |
| Стирол | 0,002 | |
| Толуол (метилбензол) | 0,6 | |
| Фенол | 0,003 | |
| Формальдегид* | 0,003 | |
| Хром | 0,0015 | |
| Этилацетат | 0,1 | |
| Этилбензол | 0,02 | |
| * Приведен гигиенический норматив в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе населенных мест |
Этап применения (монтажа) строительных материалов. Для этого этапа также важно учитывать присутствие вредных веществ. Кроме того, на этапе строительства необходимо, чтобы образовывалось как можно меньше отходов, а выполненные из материала элементы и конструкции выполнялись ремонтопригодными. Для этого стараются использовать материалы, имеющие максимальную заводскую готовность. Примером может служить применение гипсокартонных листов вместо обычной штукатурки.
Этап эксплуатации (подробнее в разделе 2.2.1). Сложности на этапе эксплуатации связаны с тем, что человек непосредственно находится в помещении, а вокруг него везде строительные и отделочные материалы, некоторые из которых могут иметь вредные эмиссии. Обостряется проблема тем, что до 75-90 % своего времени человек в нашей климатической зоне проводит именно в помещениях.
Для того чтобы считать материал более экологичным, необходимо располагать сведениями о его сроке эксплуатации. Поскольку в случае большей долговечности снижаются материальные и энергетические затраты на проведение ремонтных работ.
Этап удаления (утилизации) материала. По данным Доклада о состоянии окружающей среды в Москве за 2000-2001 годы только от сноса ветхого жилищного фонда за 2001 год образовалось около 1 млн. тонн строительных отходов. В ряде стран строительные отходы составляют значительную часть от общего количества отходов (например, в Германии до 42 %) [16]. Процент перерабатываемых отходов в строительстве даже чуть ниже, чем процент перерабатываемых от общего количества отходов. В настоящее время применяются следующие виды обращения со строительными отходами:
1. Депонирование до сих пор остается наиболее распространенной формой обращения с отходами. В зависимости от класса опасности отходов предъявляются различные требования к основанию и конструкции полигона, включая системы отведения фильтрата и образующихся газов.
2. Компостирование подходит только для природных органических материалов без примесей (как правило, из массивной древесины). При этом способе происходит сокращение органических материалов на 30-50 %.
3. Сжигание применяется только для горючих материалов (древесные материалы всех видов, материалы из искусственных полимеров). Сжигание происходит при температурах свыше 1000 0С. Важным является использование энергии от сжигания и очистка образующихся при этом выбросов.
4. Истинный рециклинг (Recycling) – когда продукт рециклинга применяется там, где использовался и первичный продукт. Примерами такого способа являются переплавка металлов, переплавка стекла и т.п.
5. Даунциклинг (Downcycling) – когда материал используется повторно с понижением качества материала по сравнению с первоначальным. Примеры: использование полистирола в качестве выгорающей порообразущей добавки в керамической промышленности, применение щебня из боя кирпича в качестве добавки к почвенному субстрату при озеленении кровель [16].
2.3.2. Методы выполнения оценки экологической безопасности строительных материалов
Для понимания системы экологических показателей и критериев оценки воздействия материалов на окружающую среду и человека следует рассмотреть также методологические предпосылки анализа жизненного цикла продукции и способы представления (обобщения) результатов исследования. В целях математической обработки результатов измерений или аналитических исследований встречаются две группы методов: комплексные расчетные и экспертные оценки.
Среди расчетных методов распространены системный анализ, использование теории графов, метод построения сетки параметров и метод «просеивания через экологическое сито» [5, 13-15].
Метод системного анализа исторически является одним из самых первых и значимых для определения экологических показателей, предложил его использовать профессор Ван Леувен из Технического Университеа блоков (систем) каждый из этапов жизненного цикла материала, можно исследовать нагрузки на окружающую среду с математической точки зрения
В литературе системный анализ называют также методом «черного ящика». При этом, в зависимости от целей исследования, различные специалисты рассматривают в виде системы отдельный строительный материал, весь процесс строительства или уже существующий объект [13, 14, 18, 19].
Основными моментами при использовании этого метода по опыту специалистов являются следующие:
· стремление к уменьшению негативных потоков как входящих, так и выходящих с целью создания замкнутого цикла подобно природным экосистемам;
· учет взаимосвязи отдельного материала и всего здания, в том числе в отношении внутреннего климата помещений;
· учет показателей, связанных не только с производством материалов, но и с вопросами их эксплуатации в конструкции [19].
Практика показывает, что для комплексного анализа жизненного цикла материала необходимо проведение системного анализа в несколько фаз. Огромную работу по структуризации этапов составления экологических балансов провела организация SETAC. В настоящее время в соответствии с международными стандартами оценка жизненного цикла продукции включает: определение цели и создание границ системы, материальный баланс (инвентаризация данных), баланс воздействий, оценка баланса и оптимизация процесса [11, 20]. При этом каждая фаза имеет свои проблемы, основной из которых зачастую является нехватка данных для расчетов. Поэтому работа многих специалистов в последние годы направлена на создание и совершенствование информационных технологий, позволяющих облегчить процесс составления экологического баланса.
По оценке воздействий на окружающую среду от строительных материалов и конструкций можно выделить следующие цельные информационные системы: