IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Известно, что промышленно-хозяйственная деятельность человека вызывает ряд химических процессов, разрушающих его же среду обитания и наносящих ей непосредственный ущерб. Целью нашего исследования являлось рассмотрение влияния химических загрязнителей атмосферы на состояние строительных сооружений.

К химическим загрязнителям атмосферы относятся пыль, газы и пары, которые могут прямо или косвенно создавать условия существования  архитектурных сооружений. Происхождение загрязнителей может быть связано с промышленным производством, хозяйственной деятельностью человека, работой автотранспорта. На последнем хотелось бы остановиться подробнее, так как отличительная особенность современных городов - большое количество автомобилей. Известно, что в состав их выхлопных газов входит более 200 компонентов.  Большой вклад в задымлённость городской атмосферы  вносят автомобили, работающие на дизельном топливе, особенно при неправильной отрегулировке двигателей. Под действием дыма  на зданиях  образуются чёрные вкрапления сажи.

Обычный смог накапливается путём сжигания топлива, содержащего серу, с образованием диоксида серы и продукта его окисления  серной кислоты. Последняя является сильным агентом коррозии, она поражает ржавчиной полосы железа и выветривает строительные камни. При этом образуются слои сульфата кальция (гипса), повреждающего до 10 см толщи карбонатных пород (известки, мела), что можно схематически описать уравнением реакции:

H₂SO₄ + CaCO₃ + H₂O = CO₂ + CaSO₄·2H₂O

                                                            ^{известняк                                  гипс}

Итак, серная кислота превращает плотный нерастворимый в воде известняк в гипс, который хорошо растворяется дождём. Кроме того, известно, что гипс занимает больший объём, чем известняк, в результате чего возникает механическое давление и каменные кладки зданий и сооружений могут разрываться изнутри.

Для состояния каменных сооружений чрезвычайно опасно просачивание влаги в стены через повреждённые покрытия. Накопленная влага зимой замерзает в щелях стен. При потеплении она оттаивает, разрушая связующий раствор и ослабляя конструкции стен. Этим объясняется, что в большей степени разрушениям подвержены южные и частично западные кирпичные стены, в то время как северные и восточные стены  менее повреждены вследствие меньших температурных колебаний. На старых сооружениях можно наблюдать беловатые минеральные наслаивания, представляющие собой кристаллики солей, образовавшихся в результате описанных процессов.

Для современных полимерных материалов  опасным химическим загрязнителем атмосферы является озон. Этот реакционно способный газ  очень быстро разрушает двойные связи органических молекул. Как следствие, пигменты и красители под действием озона также разрушаются - краска блекнет.   

Пигменты также могут разрушаться под действием оксидов азота, присутствующих в фотохимических смогах.  Существует мнение,  что оксиды азота увеличивают скорость разрушения строительных камней. При этом некоторые исследователи  считают, что диоксид азота NO₂ увеличивает эффективность образования H₂SO₄ на поверхности камней в городах с умеренными концентрациями диоксида серы SO₂:

SO₂ + NO₂ + H₂O = NO + H₂SO₄

Другие учёные полагают, что соединения азота способствуют более быстрому росту  микроорганизмов на поверхности памятников из камня и дерева, способствуя их биологической коррозии [1].

К наиболее распространённым загрязнителям городской атмосферы относится  и уличная пыль. В сочетании с другими факторами воздействия она способна нанести существенный ущерб состоянию строительных сооружений.  

Уличная пыль, с точки зрения коллоидной химии,  - это аэрозоль.  Аэрозоли представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит воздух, а дисперсной фазой - твёрдые диаметром более 1 мкм или жидкие (образованные при конденсации паров или химическом взаимодействии газов) частицы диаметром 0,1-1 мкм. Состав пыли трудно химически классифицировать, но в него могут входить:

• минеральные вещества из разных источников, к примеру, частицы золы,  кварца (SiO₂), соединения щелочных и щелочно-земельных металлов, тяжёлые металлы и др. По данным [2] уличная пыль Екатеринбурга содержит соединения следующих тяжёлых металлов  (в порядке приоритетности): свинец, медь, цинк, кадмий, никель, марганец и др.;
• органические и биологические вещества различного происхождения, например, углеводороды, смолы, мох, споры растений, цветочная пыльца.

Указанные компоненты способствуют не только потере привлекательного внешнего вида строительных сооружений, но и их постепенному разрушению.

Наиболее эффективным является такой путь борьбы с уличной пылью как использование растительности. Учёные доказали, что горожан надёжно защищают от пыли густые посадки искусственных насаждений шириной 10-30 м. Листья и сучья деревьев при этом  изменяют направление потоков воздуха и частицы пыли могут оседать. Так,  из общего  сбора пыли на долю деревьев в зимнюю пору приходится 40%, а на лето - 60%. В посадках должны быть и кустарники, заполняющие пространство между кронами деревьев и землёй. Для удержания же осевшей пыли земля должна быть покрыта дерном или подстриженным газоном.  Неоднократные наблюдения над различными участками почв и подсчёты частиц пыли показали, что  число этих частиц над открытыми лужайками снижается более чем на 50% [3].  Защитные свойства посадочных полос необходимо учитывать при прокладке улиц,  строительстве  жилых домов и  социально-значимых учреждений - больниц, учебных заведений, детских садов и др. 

Библиографический список

1. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П. Введение в химию окружающей среды. - М.: Мир, 1999. - С. 48-62.
2. Урал и экология: Учеб. пособие / Под ред. А.М. Черняева.- Екатеринбург: Банк культурной информации, 2000. - С. 245.
3. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг. - М.: Мир, 1997. - С. 40.

Код для цитирования: Скопировать