Экологическая роль автомобильных выбросов в снижении качества материалов конструкций и отделки фасадов зданий в примагистральных зонах городов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Ястребова, Надежда Борисовна

• Ястребова, Надежда Борисовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ястребова, Надежда Борисовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИЙ И ОТДЕЛКИ ФАСАДОВ 11 ЗДАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ 1.1. Автомобильные выбросы и их воздействие на материалы конструкций и отделки фасадов зданий

1.1.1. Разрушение природного камня, применяемого в строительстве

1.1.2. Разрушение окрасочного покрытия и штукатурного слоя фасадов зданий

1.1.3. Коррозия металлических конструкций зданий

1.2. Воздействие кислотных дождей и туманов на материалы конструкций и отделки фасадов зданий

1.3. Взвешенные частицы и их разрушающее воздействие

1.4. Изменение климатических условий на планете

1.5. Влияние агрессивной водной среды на эксплуатационные свойства материалов конструкций и отделки фасадов зданий ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

И ОТДЕЛКИ ФАСАДОВ ЗДАНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ ВДОЛЬ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ, В РАЗЛИЧНЫХ АДМИНИСТРАТИВНЫХ ОКРУГАХ Г. МОСКВЫ

2.1. Основные положения методики обследования

2.2. Уровень загрязнения атмосферы автомобильными выбросами по Административным округам г. Москвы

2.3. Влияние месторасположения здания на степень воздействия на ^ него автомобильных выбросов

2.3.1. Распространение автомобильных выбросов в пространстве

2.3.2. Особенности климатических условий в г. Москве

2.3.3. Влияние наличия зеленых насаждений между автомагистралью и зданиями на концентрацию 71 загрязняющих веществ

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИЙ И ОТДЕЛКИ

ФАСАДОВ ЗДАНИИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЕЙ

3.1. Разрушение бетона, цементного камня

3.1.1. Коррозия бетона при наличии испаряющейся поверхности

3.2. Влияние выхлопных газов автомобилей на разрушение природных каменных материалов

3.3. Разрушающее воздействие солей, используемых для борьбы со снегом и гололедом на дорогах, на материал строительных 88 конструкций

3.3.1. Распределение в материале конструкций мигрирующих из грунта солей

3.3.2. Влияние вида солей на развитие коррозии в строительных материалах

3.3.3. Накопление в строительном материале солей

3.4. Проницаемость отделки фасадов при воздействии выхлопных газов автомобилей

3.4.1. Перенос газов и жидкостей через лакокрасочные покрытия фасадов зданий

3.4.2. Факторы, влияющие на проницаемость и разрушение пленочного покрытия

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ШТУКАТУРКИ И ОКРАСКИ ФАСАДОВ ЗДАНИЙ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ

4.1. Разрушение штукатурного слоя фасадов под воздействием солевых составов

4.2. Лабораторные исследования образцов раствора на водопоглощение в водном растворе

4.3. Исследование коррозионной стойкости образцов в растворе NaCl

4.3.1. Разрушение образцов штукатурки фасада в концентрированном растворе NaCl

4.3.2. Испытание прочности образцов раствора, выдержанных в солевом растворе NaCl

4.3.3. Дефектоскопия методом «секущих» высверленных из цокольной части фасадов образцов штукатурки

4.4. Прочность сцепления окрасочного слоя в зависимости от структуры и свойств подложки ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 127 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 129 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экологическая роль автомобильных выбросов в снижении качества материалов конструкций и отделки фасадов зданий в примагистральных зонах городов»

Вопросам долговечности, надежности и безотказности в работе всех конструктивных элементов здания придают большое значение.

За длительный период эксплуатации материалы конструкций здания могут подвергаться воздействию разрушающих факторов. При этом характер и цикличность этого воздействия со временем, в зависимости от экологической опасности, могут существенно изменяться. В условиях больших городов, таких как г. Москва, к наиболее характерным разрушающим факторам можно отнести: действие на материалы строительных конструкций вредных автомобильных газов, возникающих в результате интенсивного движения автотранспорта по магистралям, расположенным рядом со зданиями; резкие температурные перепады в зимнее и летнее время года, появившиеся в течение последних десятилетий, в связи с изменением климатических условий на планете; воздействие на материалы конструкций влаги, в большинстве случаев с растворенными в ней агрессивными компонентами, которые выбрасываются заводами и автотранспортом в наземное, воздушное и водное пространства города; соляные составы, применяемые сотнями тысяч тонн в зимнее время для очистки проезжей части улиц ото льда и снега; непредвиденные деформации грунтов и другое.

Как показали исследования, скорость агрессивного воздействия окружающей среды на материалы конструкций и отделки фасадов зданий в последнее время значительно возросла. Об этом свидетельствуют многочисленные трещины, появившиеся в последнее время на фасадах зданий в г. Москве, достаточно частые обрушения конструкций и отдельных элементов, осадки зданий, отслоение облицовки и покраски фасадов, разрушение материалов кирпичных карнизов, балконов, цоколей, отмосток, коррозия кровельных материалов, гниение оконных и дверных заполнений.

В результате ухудшения экологической обстановки в городах в наиболее сложных условиях оказались кирпичные, железобетонные, каменные, металлические и деревянные конструкции зданий, находящиеся рядом с магистралями с интенсивным движением автотранспорта.

Учитывая сложную экологическую ситуацию в г. Москве, в ближайшие годы, по нашему мнению, без проведения соответствующих технических мероприятий, уменьшающих вредное воздействие окружающей среды, ожидается ухудшение состояния материалов конструкций зданий таких, как фундаменты, стены, перекрытия, кровли. Это может привести к появлению опасных трещин в этих конструкциях, обрушению отдельных участков стен, осадкам фундаментов, деформациям зданий, разрушению кровель и отделки фасадов.

Решению указанных проблем посвящена данная диссертация.

Экспериментальная часть работы была проведена в МГСУ в лабораториях «Строительные материалы» и «Испытание сооружений». Были использованы данные обследования зданий различного периода постройки, выполненные Москомприродой, кафедрой «Техническая эксплуатация зданий» МГСУ за последние десятилетия, институтами МосжилНИИпроект и Мосгоргеотрест.

Автор выражает искреннюю благодарность заведующему кафедры «Техническая эксплуатация зданий» МГСУ профессору, д. т. н. Касьянову В. Ф., научному руководителю профессору, к. т. н. Бондаренко И. Н., преподавателям и сотрудникам кафедры за научное руководство, содействие и ценные советы, полученные в процессе работы над диссертацией.

Автор выражает благодарность за оказание практической помощи при проведении экспериментальных исследований профессору Кунину Ю. С. руководителю лаборатории «Обследование и реконструкция зданий и сооружений» кафедры «Испытания сооружений», специалистам Департамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы, преподавателям кафедры химии МГСУ, специалистам лаборатории при кафедре «Строительные материалы», профессору, д.т.н. Малашкину Ю. Н. (кафедра «Сопротивление материалов» МГСУ).

Цели и задачи исследований

Актуальность работы. Изменившиеся в последнее время климатические условия на планете, кислотные выпадения, загрязненность атмосферы городов вредными выхлопными газами автомобилей приводят к ускоренному разрушению материалов конструкций и отделки фасадов зданий. Это приводит к разрушению архитектурного облика зданий и увеличению дополнительных затрат на ремонт.

СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» не учитывает влияние новых видов воздействий на материалы конструкций зданий, возникшие в последние десятилетия за счет загрязнения и возрастающей агрессивности городской среды, резкой смены температур, кислотных выпадений, загазованности приземного слоя атмосферы автомобильными выбросами, воздействия агрессивной водной среды и др. Снижение несущей способности конструкций зданий происходит не только от механических нагрузок, но, к&к выясняется, от агрессивного воздействия факторов окружающей среды.

Целью диссертационной работы является исследование агрессивного воздействия окружающей среды, загрязненной вредными автомобильными выбросами, и возникающих процессов разрушения материалов конструкций и отделки фасадов зданий, расположенных в примагистральных зонах городов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - теоретически обосновать процессы разрушения материалов конструкций и отделки фасадов зданий, расположенных вдоль автомагистралей;

- установить зависимости процесса разрушения материалов конструкций и отделки фасадов зданий от агрессивного воздействия окружающей среды;

- разработать мероприятия по увеличению сроков службы материалов конструкций и отделки фасадов примагистральных зданий.

Объекты исследования; здания 1900-1990 годов постройки, расположенные в различных Административных округах г. Москвы, выполненные из кирпича, бетона с отделкой известняковыми, мраморными плитами, оштукатуренные, окрашенные различными составами, находящиеся рядом с автомагистралями с интенсивным движением транспорта.

Научная новизна. Автором впервые, на основе проведенных исследований и экологического мониторинга загрязнения окружающей среды определено влияние вредных выхлопных газов автомобилей на материалы конструкций и отделки фасадов зданий, сформулированы теоретические положения особенностей разрушения материалов конструкций и отделки фасадов зданий, расположенных вдоль автомагистралей. Разработана теоретическая модель — схема экологического воздействия среды на материалы конструкций и отделки фасадов примагистральных зданий.

Проведен мониторинг состояния конструкций зданий различного периода постройки и отделки фасадов зданий, расположенных вдоль автомагистралей в различных Административных округах г. Москвы.

Дана оценка степени разрушающего воздействия загазованного выхлопными газами автомобилей приземного слоя на разрушение материалов конструкций и отделки фасадов.

Выявлены основные компоненты выхлопных газов автомобилей, выделяемые в процессе сгорания топлива, интенсивно разрушающие строительные материалы и покрасочные составы фасадов зданий. Исследована и обобщена закономерность рассеивания автомобильных выбросов в жилой застройке по высоте зданий и по горизонтали. Установлена закономерность разрушения конструкций и отделки фасадов зданий, расположенных вдоль автомагистралей с интенсивным движением автотранспорта в различных

Административных округах г. Москвы, в зависимости от степени загрязнения приземного слоя выхлопными газами автомобилей.

Проведены лабораторные испытания в солевом растворе ИаС1 образцов штукатурки, высверленных из цокольной части фасадов; проведена дефектоскопия образцов - кернов штукатурного раствора.

Выявлена зависимость адгезионной прочности окрасочных покрытий с подложкой от ее состояния. Для достижения более плотного контакта окрасочного покрытия с подложкой установлен оптимальный показатель поверхностной пористости подложки. Разработаны рекомендации по подготовке поверхности фасадов зданий, расположенных в примагистральных зонах городов, под окраску.

Методы исследования. Использованы методы согласно поставленным задачам (табл. 1). Таблица 1

Матрица методов обследования, мониторинга, диагностики

Методы Вид мероприятий Примечания обследования мониторинг диагностика испытание

Экспертно-аналитические + + - - Мнение эксперта

Физические + + + + Измерительный метод

Химические - - + + Измерительный метод

Физико-химические + + + + Измерительный метод

Статистические - - + + Расчетный

Практическая значимость, внедрение: на основе результатов исследований разработаны технические требования по подготовке поверхности фасадов зданий под окраску для зданий, расположенных в примаги стральных зонах городов, и даны предложения по срокам службы отделочных покрытий фасадов с учетом воздействия автомобильных выбросов.

Подготовлена к печати книга «Воздействие автомобильных выбросов на материалы конструкций и отделки фасадов зданий».

Теоретические положения диссертационной работы, результаты полученных экспериментальных исследований в настоящее время используются в учебном процессе при подготовке инженеров-строителей по специальности 29.05.00 «Городское строительство и хозяйство».

Апробация работы: основные положения диссертационной работы были доложены на Всероссийском совещании специалистов ООО «Бизнес Консалтинг ЮНГ» в 2002 году.

Разработана система измерений, сбора и анализа информации об автомобильных выбросах, которая апробирована в проектно-технологической организации «Билдинг Констракшин».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 161 наименования; содержит 143 страницы текста, включая 15 таблиц, 38 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Экология», Ястребова, Надежда Борисовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Сформулированы основные теоретические положения особенностей процесса разрушения материалов конструкций и отделки фасадов зданий в результате воздействия на них автомобильных выбросов. Разработана теоретическая модель — схема экологического воздействия на конструкции и отделку фасадов зданий, расположенных в примагистральных зонах города.

2. Произведена оценка агрессивности окружающей среды, загрязненной выхлопными газами автомобилей. Выявлены основные компоненты выхлопных газов автомобилей, интенсивно разрушающие строительные материалы и покрасочные составы фасадов зданий. Определены основные факторы, способствующие накоплению выхлопных газов автомобилей в приземном слое атмосферы. Исследованы. закономерности распространения выхлопных газов автомобилей в жилой застройке по вертикали и горизонтали. I

3. Проведен мониторинг состояния зданий различного периода постройки по оценке состояния конструкций и отделки фасадов зданий, расположенных вдоль автомагистралей в различных Административных округах г. Москвы. Было установлено, что состояние конструкций и отделки фасадов зданий, расположенных в примагистральной зоне города, зависит от степени загрязнения территории выхлопными газами автомобилей.

4. Подтверждено, что выхлопные газы автомобилей разрушающе действуют на материалы конструкций и отделки фасадов зданий, расположенных в примагистральных зонах городов, и формируют особый вид, так называемой, экологической нагрузки, неучтенной ни одним нормативным документом в нашей стране.

5. Дана оценка степени разрушающего воздействия загазованного выхлопными газами автомобилей приземного слоя на разрушение конструкций и отделки фасадов зданий. Проведены лабораторные исследования образцов штукатурки, извлеченных из цокольной части фасадов, и испытания их в солевом растворе ЫаС1. Установлено, под действием солевого раствора №С1 концентрации 164 г/литр штукатурный раствор разрушается значительно быстрее, чем при воздействии на него чистого водного раствора. Проведена дефектоскопия образцов-кернов штукатурного раствора, высверленных из цокольной части фасадов зданий, расположенных вдоль автомобильных магистралей с интенсивным движением автотранспорта. Установлено: снижение прочностных характеристик образцов штукатурки, наличие значительного количества дефектов в структуре материала кернов.

6. Даны практические рекомендации по обработке бетонных (растворных) поверхностей фасадов примагистральных зданий перед окраской: тщательная подготовка поверхности под окраску - удаление ослабленного слоя, шлифовка, шпатлевка, затирка — приводит к увеличению прочности сцеплений окрасочного покрытия с основанием. Проведены исследования на адгезионную прочность окрасочных покрытий, нанесенных на различные виды подложки: необработанную, отшлифованную, зашпатлеванную. Экспериментально установлено, что применение бетонных (растворных) подложек с порами диаметром до 1,5 мм и показателем поверхностной пористости менее 5 — 7% является оптимальным с точки зрения достижения более полного контакта окрасочного покрытия с подложкой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ястребова, Надежда Борисовна, 2004 год

1. Авилова К.В., Орлов М.С. Экологические экскурсии по Москве. М.: Экология, 1994.- 208 с.

2. Адлерберг М.М., Карякина М.И. Лакокрасочные материалы и их применение. 1970 №1 - с 60-62.

3. Актуальные проблемы городского строительства и хозяйства. Сборник научных трудов. Москва, 2001. 274 с.

4. Александров В.Ю., Кубузова Л.И., Яблокова Е.П. Экологические проблемы автомобильного транспорта. Новосибирск. 1995.• 5. Андрюшенко Е.А. Светостойкость лакокрасочных покрытий. -М.: Химия, ' 1986.- 182 с.

5. Арский Ю.М., Данилов-Данильян В.В., Залиханов М.Ч. и др. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать? (Под ред. проф. В.И. Данилова Данильяна). - М.: Изд. МНЭПУ, 1997.

6. Атлас «Окружающая среда и здоровье населения России». ( Под ред. М. Фешбаха). М.: Изд. "Паимс", 1995.

7. Атмосферостойкие лакокрасочные покрытия и прогнозирование сроков• их службы. М.: МНДНТП, 1982. - 133 с.

8. Бабенко И. Д. Влажностный режим керамзитнобетонных стеновых панелей жилых домов. Сб. тр. ЦНИИЭП жилища « Теплотехнические качества и микроклимат крупнопанельных жилых зданий» М. Стройиздат, 1975.- с 58.

9. Балакирева С. В., Абдрахимов Ю. Р. Экологические проблемы атмосферы и пути их решения. Уфа, 1998. - 140 с.

10. Баренблатт И. Г., Енотов В. М., Салганик Р. А. Механика твердого тела. -1967, №2.

11. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров — М.:• Химия, 1984.-280 с.13