Анализ экологической безопасности химически и жаростойкого бетона на основе кварцита и жидкого стекла

Формат: doc

Дата создания: 10.01.2006

Размер: 25.1 KB

Скачать дипломную работу

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Братский государственный университет»

Кафедра «Строительное материаловедение и технологии»

Экология строительных материалов

Диплом

Анализ экологической безопасности химически и жаростойкого бетона на основе кварцита и жидкого стекла

Выполнил:

ст. гр. СТ-01-2 С.В. Рожнев

Проверил:

к.т.н., доцент С.А. Белых

Братск 2006

Содержание

Введение

Анализ жизненного цикла

Заключение

Список использованных источников

Введение

В основу всех мероприятий по экологической защите положен принцип нормирования качества окружающей природной среды. Этот термин означает установление нормативов (показателей) допустимых воздействий человека на природную среду. А под самим качеством окружающей природной среды понимают степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям.

Согласно природоохранному закону Российской Федерации (2002) соблюдение экологических нормативов обеспечивает:

  • экологическую безопасность населения;

  • сохранение генетического фонда человека, растений и животных;

  • рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в целях устойчивого развития.

Основные экологические нормативы качества и воздействия на окружающую природную среду подразделяются на:

санитарно-гигиенические:

  • предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК);

  • допустимый уровень физических воздействий (шума, вибрации, ионизирующих излучений и др.);

производственно-хозяйственные:

  • допустимый выброс вредных веществ;

  • допустимый сброс вредных веществ;

  • допустимое изъятие компонентов природной среды;

  • норматив образования отходов производства и потребления;

комплексные показатели:

  • допустимая антропогенная нагрузка на окружающую природную среду;

  • нормативы санитарно-защитных зон;

  • строительные и градостроительные правила и т.п.;

Предельно допустимая концентрация (ПДК) — представляет собой количество загрязнителя в почве, воздушной или водной среде, которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства, а также минимизирует экологический ущерб природным сообществам.

Для атмосферного воздуха установлены два норматива, ПДК — разовый и среднесуточный. Максимальна разовая предельно допустимая концентрация (ПДКм.р.) не должна вызывать, при вдыхании воздуха в течение 30 минут рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др.). Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДКс.с.) не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействие при определенно долгом (годы) воздействии.

Допустимый уровень радиационного и иного физического воздействия на окружающую среду — это уровень, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда. Допустимый уровень радиационного воздействия определяется на основании «Норм радиационной безопасности» (НРБ-96). Установлены нормы и для других физических воздействий.

Допустимый выброс или сброс — это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени разрешается выбрасывать данным конкретным предприятием в атмосферу или сбрасывать в водоем, не вызывая при этом превышения в них ПДК загрязняющих веществ и других неблагоприятных экологических последствий.

Допустимые нормы антропогенной нагрузки на окружающую среду — это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.[1]

В последнее вопросы экологии стали важнейшими проблемами человечества, так как развивающие промышленное производство, транспорт и энергетика резко увеличили нагрузку на окружающую среду. Требует специальных мероприятий борьба с вредными выбросами; возрастают объемы техногенных отходов, так как только незначительная часть природных ресурсов превращается в конечную продукцию, а основная становится отходом; для экологической безопасности требуется повышенный контроль за качеством материалов и производственным процессом.[1]

В зависимости от допустимой температуры применения и остаточной прочности при температурном воздействии в качестве вяжущих используют: ортофосфорную кислоту, жидкое стекло, высокоглиноземистый и глиноземистый, а также обычные портландцементы и шлакопортландцементы. В качестве заполнителей применяют щебень и песок из корунда, циркония, муллитокорунда, шамота, керамзита, вермулита, боя шамотных или высокоглиноземистых огнеупоров и кирпича. Кроме того, в состав бетона обязательно вводят тонкомолотые добавки. В качестве тонкомолотой добавки могут использоваться хромитовая руда, бой шамотного или обычного кирпича, андезит, пемза, лессовидный суглинок, гранулированный доменный шлак, топливный шлак и зола-унос.

Выбор вида бетона определяется в каждом случае в зависимости от условий и температуры службы конструкций (тепловых агрегатов в черной и цветной металлургии, в химической, нефтеперерабатывающей и машиностроительной промышленности, мощных котельных агрегатов и дымовых труб), а также с учетом экономических показателей - стоимости исходных материалов, возможности использования местного сырья.[2]

Анализ жизненного цикла и жаростойкого бетона

Основы технологии производства жаростойкого бетона. Технологическая схема.

В этом дипломе производится анализ экологической безопасности химически и жаростойкого бетона на основе кварцита и жидкого стекла (далее жаростойкого бетона).

Жаростойкие бетоны - это бетоны, способные длительно выдерживать нагревание до температуры свыше 1000 ºC. В процессе нагревания обычного бетона при температуре более 100 ºC происходит постепенное снижение прочности сначала (150…400 ºC) из-за дегидратации алюминатов кальция, а затем (400…600 ºC) в результате дегидратации гидроокиси кальция. Образцы, подогретые до 600…900 ºC, разрушаются при последующем выдерживании их в воздушно-сухих условиях вследствие вторичной гидратации окиси кальция. В связи с этим обычный тяжелый цементный бетон применяют для изготовления строительных конструкций, подвергающих длительному воздействию температур лишь до 200 ºC. При более высоких рабочих температурах (200…1800 ºC) используют жаростойкие бетоны.[3]

Согласно ГОСТ 20910-90 жаростойкие бетоны подразделяю:

по назначению - на конструкционные, теплоизоляционные;

по структуре - на плотные тяжелые и легкие, ячеистые;

по виду вяжущего - на портландцементе и его разновидностях (быстротвердеющем портландцементе, шлакопортландцементе), на алюминатных цементах (глиноземистом и высокоглиноземистом), на силикатных вяжущих (жидком стекле с отвердителем, силикат-глыбе с отвердителем);

по виду тонкомолотой добавки - с шамотной, кордиеритовой, золошлаковой, керамзитовой, аглопоритовой, магнезиальной, периклазовой, алюмохромитовой;

по виду заполнителя - с шамотным, муллитокорундовым, корундовым, магнезиальным, карборундовым, кордиеритовым, кордиеритомуллитовым, муллитокордиеритовым, шлаковым, золошлаковым, базальтовым, диабазовым, андезитовым, диоритовым, керамзитовым, аглопоритовым, перлитовым, вермикулитовым, из боя бетона.[4

Рассматриваемый жаростойкий бетон используется в качестве неформованного материала, предназначенного для применения в алюминиевых электролизерах, а так же для герметизации катодного стержня при сборке подовых секций. Имеет следующий состав:

Вяжущее

В качестве вяжущего применяется жидкое стекло из содовой, содово-сульфатной или натриевой силикат - глыбы (ГОСТ Р 50418-92 «Силикат натрия растворимый. Технические условия»).

Жидкое стекло должно иметь модуль от 2,4 до 3 и плотность от 1,36 до 1,38 г/см3.

Свойства жидкого стекла должны соответствовать ГОСТ 13078-81*.

Отвердитель

В качестве отвердителя применяется кремнефтористый натрий (Na2SiF6) по ТУ 113-08-587-86. Он представляет собой мелкий кристаллический порошок белого или желтого цвета с содержанием чистого Na2SiF6 не менее 93 % и влажностью не более 1%.

Алюмосиликатами заполнитель

Применяется шамотная крупка марки ЗШБ-1,3 кл. 4 (5) по ГОСТ 23037-99 «Огнеупоры неформованные. Технические условия» и алюмосиликатный мертель МШ-36 (39) по ГОСТ 6137-97.

Химически стойкая добавка

Кварциты применяются в качестве кислотоупорных материалов. В соответствии со стандартом (ГОСТ 9854-81.) по химическому составу и содержанию примесей кварциты должны отвечать требованиям: SiO2 не менее – 96%; Fe2O3 не более –1,1%; Al2O3 не более – 0,6%.

Технологическая схема получения жаростойкого бетона выглядит следующим образом:

Жизненный цикл рассматриваемого жаростойкого бетона:

Взаимодействие жаростойкого бетона с человеком на всех стадиях жизненного цикла

Сырьевые компоненты

Горные породы используют в качестве сырья для изготовления искусственных строительных материалов.

Естественные строительные материалы в большинстве случаев добывают из открытых горных выработок — карьеров, число которых на территории России в настоящее время превышает 5 тыс.

Согласно СНиП 11-02—96 различают:

  1. постоянно действующие карьеры по добыче местных строительных материалов, пригодных для производства бетона, кирпича и т.д.;

  2. временные карьеры по добыче грунтовых материалов для возведения земляных сооружений, планировки территории строительства и др.

Разработка карьеров естественных строительных материалов оказывает существенное негативное воздействие на все компоненты биосферы. Экологическое состояние недр определяется, прежде всего, масштабом и характером воздействия на них горнодобывающей, строительной и иной деятельности.

Важнейшие из негативных экологических последствий добычи естественных строительных материалов является загрязнение атмосферного воздуха газопылевыми выбросами от работы карьерного оборудования и машин (бульдозеров, транспортеров, экскаваторов, автосамосвалов и др.).

Особенно большие выбросы органической и неорганической пыли происходят при проведении открытых горных работ и добычи минерального сырья взрывным способом. Облако пыли может распространяться на многие километры; осаждаясь на почву, пыль загрязняет ее и снижает плодородие.

Вследствие всего выше названого происходит отчуждение ценнейших земельных ресурсов, литосферные нарушения, уничтожение биоценозов и т.д.

Не меньшее загрязнение атмосферы создается при транспортировке добытого сыпучего минерального сырья, перевозимого в открытых вагонах и в кузовах автомашин. В этих случаях выдуваются десятки тысяч тонн естественных строительных материалов.

Еще одним экологическим аспектом, связанным с добычей естественных строительных материалов, будут, карьеры и отвалы, которые являются открытыми источниками ионизирующих излучений, потенциально опасными для здоровья человека, вследствие возможных выделений из них радона и торона. Поэтому необходимо строгое соблюдение радиационно-экологических требований, отраженных в ГОСТах.

При организации добычи естественных строительных материалов все заинтересованные лица обязаны строго соблюдать действующее законодательство о недрах. Согласно Закону РФ «О недрах» (1992) для предотвращения экологического вреда необходимо охранять земную поверхность, поверхностные и подземные воды, рекультивировать выработанные участки, не нарушать качество окружающей природной среды в целом.

Недра следует рассматривать не только в качестве источника полезных ископаемых, но и как часть среды обитания человека[1].

Производство

Производство жаростойкого бетона сопряжено с рядом вредных факторов.

При проведении работ по приготовлению и укладке жаростойких плотных химически стойких бетонов на основе жидкого стекла необходимо соблюдать все действующие правила безопасности в соответствии с требованиями СНиП Ш-4-80*, правилам безопасности, регламентированным ГОСТ, а также технологическим инструкциям на каждый вид бетонов.

Производственные помещения должны иметь приточно-вытяжную вентиляцию.

Полы и стены помещений должны быть выполнены из материалов, обеспечивающих возможность влажной уборки.

Запыленность на рабочих местах не должна превышать ПДК по диоксиду кремния 1 мг/м3 воздуха и других пылей 2 мг/м3 воздуха.

Хранение щелочесодержащего материала (жидкое стекло) должно осуществляться в специальной закрытой емкости.

Персонал, работающий с тонкодисперсными материалами, должен быть ознакомлен и обучен с правилами обращения с ними и правилами личной гигиены, а также обеспечен спецодеждой и обувью в соответствии с санитарными правилами.

При работе с кварцитами вредным производственным фактором является пыль кварцита, содержащая кристаллическую двуокись кремния в количестве более 70 %, относящуюся к третьему классу опасности.

Двуокись кремния оказывает вредное воздействие на дыхательные пути человека. Величина предельно допустимой концентрации двуокиси кремния в воздухе рабочей зоны не должна превышать 1 мг/м3 (ГОСТ 12.1.005)[5].

Общие правила безопасности при работе с кварцитами — по ГОСТ 12.1.007.

При работе с кварцитами должны соблюдаться требования, изложенные в стандартах по охране окружающей среды, — ГОСТ 17.0.0.01 и ГОСТ 17.2.3.02.

При работе с заполнителями используют индивидуальные средства защиты от пыли по ГОСТ 12.4.028, ГОСТ 12.4.041.

По степени воздействия на организм человека алюмосиликатный заполнитель относится к 4-му классу опасности.

Предельно допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений по ГОСТ 12.1.005 не должна превышать 2 мг/м3

Заполнители обладают преимущественно фиброгенным действием. Длительное вдыхание пыли ведет к поражению дыхательных путей[6].

Еще одним вредным фактором при производстве жаростойкого бетона является вибрационное воздействие. По своей природе вибрация тесно связана с шумом, это одна из форм акустического (физического) загрязнения. Как и шум, вибрация может приводить к различным сердечно-сосудистым заболеваниям, неблагоприятно влияет на психическую сферу человека, повышает его утомляемость, значительно понижает производительность труда. Особенно неблагоприятно действие вибрации, если частота колебаний механизмов близка к частоте колебаний человеческого тела (~ 5 Гц). Основные источники вибрации технологическое оборудование

Утилизация

При эксплуатации промышленных объектов с течением времени неизбежен выход из строя конструкций, в которых используется жаростойкий бетон. Вследствие чего возникает вопрос вторичного использования материала.

Возможно использование лома жаростойкого бетона в качестве мелкого и крупного заполнителя.

Нормы экологической безопасности жаростойкого бетона

Экологическая чистота строительных материалов и изделий определяется содержанием, выделением или концентрацией в них вредных веществ. При оценке степени экологической чистоты строительных материалов в первую очередь учитывают их токсичность, радиоактивность и микробиологические повреждения.

Токсичность

Токсичность — ядовитость (от греч. toxicon — яд), т.е. способность оказывать вредное воздействие на живой организм. Присутствие токсикантов, т.е. химических веществ, обладающих свойствами токсичности, приводит к дестабилизации экосистем и к возможной гибели всего живого.

Токсичность строительных материалов оценивают путем сравнения их состава с ПДК выделяющихся токсичных веществ и элементов. Первостепенное значение имеет класс опасности, состав вредных веществ и их количественное содержание.

Токсичность жаростойкого бетона не превышает ПДК.

Радиационная безопасность

ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные. Определение эффективной удельной активности естественных радионуклидов», устанавливает методы определения эффективной удельной активности естественных радионуклидов, порядок проведения контроля и критерии оценки материалов (см. таблицу 1).

Таблица 1

Класс материала

Эффективная удельная активность Аэфф, Бк/кг

Область применения

I

До 370

Все виды строительства

II

Свыше 370 до 740

Дорожное строительство в пределах населенных пунктов и зон перспективной застройки, строительство производственных сооружений

III

От 740 до 1350

Дорожное строительство вне населенных пунктов

IV

Свыше 1350

Вопрос об использовании материала решается по согласованию с Госкомсанэпиднадзором

Эффективная удельная активность естественных радионуклидов рассчитывается по формуле:

Аэфф=АRа+1,3·АTh+0,09·АK,

где – ARa, ATh, АK удельные активности радия, тория, калия соответственно, Бк/кг.

Рассматриваемый жаростойкий бетон относится к I классу с эффективной удельной активностью Аэфф<370 Бк/кг.

Биокоррозия

Учитывая что жаростойкий бетон используется в качестве неформованного материала, предназначенного для применения в алюминиевых электролизерах, а так же для герметизации катодного стержня при сборке подовых секций, биоповреждения не актуальны.

Заключение

В целом необходимо подчеркнуть, что современный строительный техногенез весьма существенно влияет на процессы, происходящие в природных комплексах и экосистемах, негативно воздействуя на все компоненты биосферы: атмосферу, гидросферу, литосферу и биотические сообщества.

Негативное воздействие строительного техногенеза как одной из форм функционирования природно-технической системы требует принятия специальных мер по поддержанию экологического равновесия с тем, чтобы не допустить деградации и потери устойчивости природных экосистем.

Экологически безопасной может считаться только такая строительная деятельность, при которой в природных комплексах и, экосистемах не будут происходить количественные изменения (загрязнения или нарушения), влекущие снижение пределов гомеостаза, нарушения в них структурных и функциональных характеристик и других предельных границ существования. Усилия изыскателей, проектировщиков, строителей и других специалистов «должны быть направлены не на то, чтобы оставить неприкосновенной природу, а найти такие методы ведения хозяйства, которые учитывали бы природные связи, развивали и направляли природные равновесия в сторону либо минимальных последствий, либо приводили к улучшению природного потенциала

Список использованных источников

  1. Передельский Л.В., Приходченко О.Е. Строительная экология: Учеб. Пособие. — Ростов н/Д: Феникс, 2003. — 320 с. (Серия «Строительство»)

  2. Технология бетона. Учебник Ю.М. Баженов –М.: Изд-во ACB, 2002 – 500 стр. с иллюстрациями.

  3. Стрелов К.К., Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов: Учеб. пособие для вузов.2-е издание –М.: Металлургия, 1996г.

  4. ГОСТ 20910-90 Бетоны жаростойкие. Технические условия.

  5. ГОСТ 9854-81 Кварциты кристаллические для производства динасовых изделий. Технические условия.

  6. ГОСТ 23037-99 Заполнители огнеупорные. Технические условия.

Перечень нормативных документов, на которые даны ссылки в данном дипломе

п/п

Наименование документа

Шифр

1

Бетоны жаростойкие. Технические условия

ГОСТ 20910-90

2

Силикат натрия растворимый. Технические условия

ГОСТ Р 50418-92

3

Стекло натриевое жидкое. Технические условия

ГОСТ 13078-81

4

Огнеупоры неформованные. Технические условия

ГОСТ 23037-99

5

Бетоны. Правила контроля прочности

ГОСТ 18105-86

6

Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

ГОСТ 10180-90

7

ССБТ. Строительство. Работы по тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Требования безопасности

ГОСТ 12.3.038-85

8

Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов

ГОСТ 30108-94*

9

ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения

ГОСТ 12.1.044-89"

ИСО 4589-84

10

ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.007-76*

11

Стекло натриевое жидкое. Технические условия

ТУ 2145-001-00279491

12

Натрий кремнефтористый технический

ТУ 113-08-587-86

13

Техника безопасности в строительстве

СНиП Ш-4-80*

14

Инструкция по технологии приготовления жаростойких бетонов, СН 156-79. М., Стройиздат, 1979 г., С40.

15

Руководство по составам и применению теплоизоляционных огнестойких перлитовых штука-турок. М., Стройиздат, 1975 г., 15 с. (науч.-исслед. инт бетона и железобетона Госстроя СССР. ВНИПИТеплопроект Минмонтажспец-строя СССР)