Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка и повышение надежности лакокрасочных покрытий фасадов в городских условиях

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка и повышение надежности лакокрасочных покрытий фасадов в городских условиях"

КАВЕР Наталья Сергеевна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ ФАСАДОВ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ (НА ПРИМЕРЕ г. МОСКВЫ)

Специальность 03.00.16 - «Экология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА—2004

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Князева Валентина Петровна

Официальные оппоненты - доктор химических наук, профессор

Сидоров Вячеслав Иванович кандидат технических наук, доцент Орел Татьяна Яковлевна

Ведущее предприятие - Государственное Учреждение города Москвы «Городской Координационный Экспертно-научный Центр «ЭНЛАКОМ»

Защита состоится «24» июня 2004 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.07 в Московском государственном строительном университете по адресу: 129 337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, зал заседаний Ученого Совета., тел/факс 188-15-87.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат

2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Потапов А.Д.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

Фасады зданий - градостроительные объекты, носители историко -архитектурной и колористической информации города. Фасады осуществляют конструкционные, ограждающие и эстетические функции, создавая гармоничную городскую среду, обеспечивая экологическую комфортность внутри помещений, оказывают благоприятное воздействие на человека.

Сегодня особую значимость приобретают эстетические характеристики фасадных поверхностей, в первую очередь, колористические возможности лакокрасочной продукции, позволяющие решать проблемы видеоэкологии города. Поэтому лакокрасочные материалы (ЛКМ) активно используются в качестве отделочных материалов в фасадных системах новых и исторических зданий. К лакокрасочным покрытиям (ЛКП - включает в себя красочный слой и подложку) предъявляются требования не только по эстетическим свойствам, они должны также выполнять функции защиты зданий от агрессивного воздействия городской среды.

Из-за экологических проблем мегаполиса лакокрасочные фасадные поверхности быстро теряют не только свои эстетические показатели, но и защитные функции, не выдерживая установленных сроков текущего ремонта (межремонтный срок для фасадов зданий установлен в 10 лет, а для зданий, расположенных в центре города или на основных магистралях - 5 лет.) Наблюдаются сильное загрязнение поверхности фасадов, быстрая деструкция красочного слоя покрытия и штукатурных растворов, что приводит к увлажнению стен, снижению их теплозащитных характеристик. Это может быть связано с изменением условий эксплуатации, наличием неучтенных факторов и малой изученностью механизмов коррозионных повреждений. Факторы же воздействия и механизмы взаимодействия реальной среды эксплуатации настолько сложны, что не представляется возможным смоделировать их в лабораторных условиях -требуется проведение комплексных исследований на объектах.

Сопряженной с проблемой быстрого повреждения ЛКП и частых ремонюи фасадов является проблема загрязнения окружающей среды (ОС) лакокрасочной продукцией на всех этапах жизненного цикла. Поэтому важным является вопрос оценки экологической безопасности ЛК

РОС НАЦИОНАЛЬНА« • 3

БИБЛИОТЕКА ^

критериев продукции является важной задачей для разрабатываемой сегодня системы управления качеством окружающей среды (в рамках международных стандартов серии ИСО 14000).

Целью настоящей работы является повышение надежности ЛКП и экологическая оценка качества при выборе лакокрасочных материалов для фасадных поверхностей в условиях агрессивной городской среды.

Для достижения этой цели определены следующие задачи:

1. Определение причин повреждений ЛКП на фасадах и разработка атласа повреждений.

2. Разработка методики исследований повреждений ЛКП для оценки влияния .. подложки, состава ЛКМ и факторов ОС.

3. Исследование механизма развития коррозионных повреждений лакокрасочных фасадных поверхностей для ЛКМ на территориях с повышенным уровнем загрязнения.

4. Проведение экспериментальных исследований изменений свойств ЛКМ и установление взаимосвязи между особенностями структуры ЛКМ и стойкостью покрытия.

5. Разработка - элементов системы менеджмента качества ЛКП, включающих алгоритм мониторинга, стендовые испытания эксплуатационных качеств ЛКМ,

. экологическую оценку ЛКМ на стадии проектирования и эксплуатации. Объекты исследования; Выбор объектов исследования определен необходимостью получения следующей информации:

• активные компоненты в подложке, приводящие к быстрому повреждению ЛКП в современных фасадных системах;

• наличие метастабильных фаз и загрязнителей в составе ЛКМ, приводящих к снижению их стойкости;

• факторы и параметры воздействия ОС на фасады зданий. Обследования и мониторинговые исследования проводились на зданиях

исторической застройки и новых объектах с ЛКП в ЦАО г. Москвы. Для Лабораторных и стендовых испытаний и экологической оценки качества продукции использовали образцы ЛКМ отечественных и зарубежных производителей.

Методы исследования: Согласно задачам исследования, особенностям и многотипностью объектов исследования был использован комплекс методов: методы экспертной оценки с использованием экспрессных методик инструментального контроля за состоянием ЛКП и методы комплексного физико-химического анализа.

Для оценки экологического качества Л КМ использована методология стандартов ИСО 14000: методы математического анализа, черного ящика, ориентированных графов.

Научная новизна; В связи с изменившимися условиями эксплуатации ЛКП предложен новый подход к классификации примагистральных территорий, учитывающий градостроительное положение объекта, степень влияния негативных факторов ОС для дифференциации требований при выборе ЛКМ.

Определено влияние веществ загрязнителей на надежность ЛКП: сульфатов (из подложки и ОС); метастабилъных фаз кальцита (из ЛКМ и подложки); пыли (содержащей абразивные и химические вещества).

Установлено, что стабильность ЛКП при прочих равных условиях определяется видом наполнителя ЛКМ и убывает в ряду: кристаллических (порошок известняка, мрамора), аморфных (мел, тальк).

Разработан алгоритм методики мониторинга состояния ЛКП для прогнозирования стойкости и надежности защитных свойств. Практическая значимость;

1. Разработан проект атласа типичных повреждений, отражающий взаимосвязь градостроительного положения объекта и характерных видов повреждений ЛКП, который может быть использован для повышения объективности при экспертной оценке качества ЛКП.

2. Предложен класс надежности ЛКП, учитывающий тип примагистральной территории, пылевые нагрузки и вид наполнителя.

3. Разработаны структурные элементы системы менеджмента качества ЛКП:

- Разработана методика экологической оценки качества ЛКМ в рамках стандартов

информационные карты экологического предпочтения к применению, -модифицированная методика стендовых испытаний, учитывающая влияние подложки и реальные условия эксплуатации.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены:

1. на международной научно-практической конференции «Наука и техника в инновационном подходе к сохранению и реставрации памятников истории и культуры», кафедра ЮНЕСКО в России, Москва, ГИМ, 25-27 февраля 2001 г,

2. на городской научно-практической конференции «Современные технологии в строительстве. Образование, наука, практика», Москва, МГСУ. 2001 г.

3. на научно-технической, конференции кафедры «Архитектура жилых и общественных зданий», Москва, МАРХИ, 12 декабря 2002 г.

4. на. научно-технической конференции кафедры «Архитектурное материаловедение», посвященное 70-летию МАРХИ, Москва, МАРХИ, 22 декабря 2003 г.

На защиту выносятся;

• Типизация примагистральных городских территорий.

• Результаты натурных и лабораторных исследований состояния ЛКП фасадов.

• Результаты исследования структурных особенностей товарных образцов ЛКМ;

• Механизм коррозионного повреждения ЛКП, учитывающий комплекс факторов: активные компоненты в подложке, наличие метастабильных фаз и загрязнителей в составе ЛКМ, факторы и воздействия ОС на фасады зданий.

• Структурные элементы системы менеджмента качества ЛКП, включающие стендовые испытания1 ЛКП в реальных условиях эксплуатации и методику экологической оценки ЛКМ.

Структура и объем диссертации; Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, библиографического списка из 129 наименований, трех приложений, содержит 190 страниц, включая 35 таблиц и 60 рисунков.

Общее содержание диссертации.

Во введении излагается актуальность темы диссертации, определяются цели и задачи исследований, сформулирована научная гипотеза. Раскрыта научная новизна и практическая значимость работы.

б

В первой главе «Лакокрасочные покрытия в фасадных системах в условиях городской среды, их качество и стабильность свойств» представлены результаты анализа исторических типов отделки фасадов, появления и использования ЛКП и показана перспективность применения ЛКМ в современных условиях. Отмечена необходимость решения важных задач городских колористических программ, а также обеспечения для ограждающих конструкций требований новых теплотехнических норм (СНиП П 3-79*). Успешное решение этих вопросов обусловлено качеством фасадных систем, соблюдением технологии производства работ и качеством лицевого покрытия. Сегодня качество покрытия обеспечивается не только набором простых свойств ЛКМ, определяемых нормативной документацией (ГОСТы, ТУ) но и интегральным качеством окружающей среды, фасадной системы в целом. В связи с этим встает вопрос о необходимости введения в систему показателей качества окружающей среды и продукции новых показателей и характеристик, отражающих взаимодействие ЛКМ с ОС и материалом подложки. Такой подход: позволит откорректировать систему показателей качества ЛКМ для научно обоснованного выбора по показателям назначения.

Наибольший вклад в исследование свойств ЛКМ и разработку системы контроля их, свойств внесли ученые ведущих научно-исследовательских организаций и высших,, учебных заведений Москвы: НИИМосстрой, МГСУ, МАрхИ. Производство лакокрасочной продукции обеспечено- нормативной документацией, что должно обеспечивать поступление на рынок качественной продукции.- Однако в настоящее время наблюдается тенденция быстрой утраты эксплуатационно-технических и эстетических свойств ЛКП, появления микроповреждений на фасадах вскоре после сдачи объекта строительства или реставрации. Это говорит о некорректированности существующих требований к свойствам лакокрасочных материалов по отношению к изменившимся за последние годы условиям эксплуатации объектов.

Что касается влияния на качество ЛКП материала подложки: вопросы ее пористости, шероховатости, давления воздуха в порах подложки при увлажнении рассмотрены в научных трудах М.Д. Бойко, Л.П. Орентлихер, В.И. Логаниной, Г.А. Порывай и др. Менее изучено влияние состава подложки, содержания в ней веществ-загрязнителей на ЛКП. Практически не рассматривается влияние вида

7

наполнителя ЛКМ и его структурных характеристик на эксплуатационную стойкость в условиях агрессивной окружающей среды. Практически не изучена роль такого абиотического фактора, как запыленность в совокупности с загрязненностью воздуха кислотными оксидами и прежде всего 802, не выявлено значение этого фактора в скорости повреждения ЛКП и не изучен до конца механизм развития коррозионных повреждений.

В условиях мегаполиса важным является изучение не только влияние ОС на ЛКМ, но и их взаимодействие. Оценка воздействия ЛКМ на ОС методом ориентированных графов (рис.1) показала необходимость введения показателей экологического качества в систему оценки качества ЛКМ.

Оценка и учет воздействия производства ЛКМ осуществляется по «Экологическому паспорту» завода изготовителя. Однако, для этого химически опасного вида продукции совсем не учитывается, что нагрузки на ОС имеют место и при использовании ЛКМ в строительстве, при эксплуатации и удалении покрытия. В мировой практике эти воздействия учитываются согласно международных стандартов управления качеством ОС серии ИСО 14000. Нагрузки оцениваются по всему жизненному циклу продукции. Это дает возможность совершенствовать производство и выпускать более экологически безопасные и надежные материалы.

Предварительное исследование состояния' фасадных систем и их повреждений, показало, что в ряде случаев требуются частые ремонтные мероприятия, ведущие к росту потребления ЛКМ, и следовательно, росту всех негативных воздействий на окружающую среду. Например, при окраске 7-ми этажного жилого дома выделяется до 2717 кг аэрозоля краски в атмосферу.

Рис.1. Знаковый орграф взаимодействия ЛКМ и городской среды

Анализ существующей нормативной базы оценки качества ЛКМ и сложившаяся ситуация с быстрым повреждением фасадных ЛК поверхностей показал, что для ЛК продукции в системе показателей качества отсутствуют экологические показатели, а также нет методик оценки нагрузок на окружающую среду по стадиям жизненного цикла ЛКМ. Это связано с отсутствием методических разработок по экологической оценке и выбору ЛКМ. Поэтому предстояло разработать структурные эчементы системы менеджмента качества ЛКП

Вторая глава работы «Характеристика объектов и выбор методов исследования» содержит описание объектов и методов исследования. В работе объектами исследования стали:

• Фасадные традиционные системы и с применением наружной теплоизоляции. Более 300 объектов обследовано визуально и 50 объектов с использованием инструментальных и лабораторных методов исследования.

• Пробы (более 600) с неповрежденных и поврежденных участков фасадных поверхностей отобранные с использованием минимикроскопа ЗОх. Для каждого типа повреждений отбирали по 3 пробы, в случае значительной неоднородности на участке повреждений отбиралось от 5 до 10 параллельных проб. Схема отбора проб представлена на рис.2. Отбор пробы в виде керна позволил исследовать изменения химического состава и структуры каждого слоя (ОС-краска-подложка) и определить изменения на границе раздела слоев для оценки совместимости материалов.

• Пыль, осаждаемая на лакокрасочные покрытия фасадов (от 3 до 10 проб с 10 зданий).

• Товарные образцы ЛКМ отечественных и импортных производителей для лабораторных исследований состава и структуры.

(Отбор проб и подготовка образцов осуществлялся согласно ГОСТ 8832-76).

Рис.2. Порядок и схема отбора проб.

2- штукатурный раствор

3-конструкиионный материал стены

1 —красочный слой с грунтовкой

Совокупность испо!ьз>емых методов для решения поставленных в работе задач приведена в таблице 1. Данный подход позволяет получать не только качественные, но и количественные характеристики взаимодействия в системе «подложка - ЖП - окружающая среда».

Методы исследования Таблица. 1.

L _ Вйзуадьио-ицетрументальвые четодь! мониторинга и обследования на объекте , Визуальное обследование объекта путем внешнего осмотра без вскрытия несущих

Инструментальный контроть за увлажнением и засоленностью стен приборами

Экспрессный индикаторный анализ Тесты на содержание в материале хлоридов С1,

ИЬследовште^лруиурньк-хайаэтеристик-ЛКМ и-ЛКГТметодами комплексного-

Анализ на сканирующем электронном микроскопе с химическим анализатором "Stereoscan 600"(фирма Cambridge Instrument, Великобритания)

_Анализ на рентгеновском дифрактометре SDX-10PA (фирма SEOL, Япония)_

Микроскопический анализ и фотофиксация в режиме фазового контраста

Модифицированная методика определение процента (%) уменьшения паропроницаемости JIK покрытия с использованием метода гравиметрического анализа по ГОСТ 21472-81, по варианту методики DIN S2615 "Dry cup - Wet cup

Для уточнения показателей назначения ЛКМ модифицирована методика

стендовых испытаний красок, позволяющая быстро оценить стойкость покрытия к воздействию агрессивных факторов ОС в натурных условиях.

Полученные данные могут быть включены дополнительно в систему показателей свойств ЛКМ, определяемые сегодня только в искусственной среде климатических камер. Особенность методики состоит в том, что она позволяет учесть влияние агрессивных по отношению к ЛКМ компоненты подложки; оценить совместное воздействие материалов штукатурной фасадной системы и совокупность агрессивных компонентов ОС на надежность ЛКП.

В работе представлен пример математической обработки исследований. В третьей главе «Исследование механизма коррозионных повреждений ЛКП» представлены результаты исследований поврежденных лакокрасочных

' В случае обследований зданий памятников для определения исторического цвета застройки в схему включается стратографический метод

фасадных систем двух типов: традиционной «штукатурка-краска» и новой более сложной с использованием наружной теплоизоляции.

Для определения области экспериментальных исследований использовали аналитический метод ситового анализа, что позволило последовательно выявить проблемные ситуации и выделить наиболее значимые факторы повреждающих процессов. Для определения условий эксплуатации ЛКП городские селитебные территории условно разделили на 4 группы по классу прилегающих к фасадам зданий автомагистралей. Для этих групп территорий четко прослеживается влияние количества пылевых нагрузок на фасады и на скорость повреждений ЛКП. На рис.3, представлена классификация примагистральных территорий на типы А, Б, В, Г по условиям эксплуатации. На этих типах территорий планировка застройки может оказывать существенное влияние на формирование воздушных потоков.

Примагистральная застройка расположенная в «коридоре проветривания» характеризуется повышенной скоростью ветра и загазованностью. Как показали наблюдения, здания исторической застройки эксплуатируются в основном в среде типов В и Г, испытывают максимальную степень воздействия выбросов от автомобильного транспорта и прежде всего, пылевых нагрузок. Полученные данные по скорости развития повреждений представлены графически для каждого типа территории и зависят от пылевых нагрузок. Реальный срок службы ЛКП фасадов зданий, расположенных на этих территориях часто меньше чем прогнозируемый (5-10 лет). Фасадные поверхности сильно загрязнены уже в первый год после окраски, снижены адгезионные и защитные характеристики ЛКП.

Поэтому основным научно-практическим направлением дальнейших исследований стало изучение роли пыли в механизме повреждения ЛКП на этих территориях. Для определения роли пыли во взаимодействии ЛКП и ОС был исследован ее состав и структура. Химический анализ пыли, показал, что в ней содержатся химические вещества, которые могут влиять на деструкцию ЛКП. Пыль адсорбированная на поверхности фасадов на территориях типа В, Г по химическому составу содержит соединения диоксида кремния до 80%, соединения натрия до 2%, хлора до 3%, серы до 4%, железа до 5%, цинка до 2%. Содержание в пыли тяжелых металлов колеблется от долей единицы до десятков.

Рис.3. Взаимосвязь типов примагистральных территорий, пылевых нагрузок и скорости повреждения ЛКП фасадов.

Результаты рентгеноструктурного анализа показали, что аморфная составляющая образцов пыли доходит до 50%, и представлена соединениями, однотипными с компонентами краски - фазами кальцита СаСОз, кварца вЮа, доломита СаМ§(СОз)г. Можно предположить, что адсорбируясь на поверхности красочного слоя пыль повреждает целостность пленки и значительно повышает ее поверхностную энергию. Появление на поверхности пленки кристаллических и аморфных частичек пыли приводит к активизации коррозионных процессов в ЛКП. Твердые частички пыли также содержат углеродистые загрязнители, являющиеся питательной средой для микроорганизмов. Это в свою очередь, способствует активизации биохимической коррозии материала. л

Как показали исследования для условий эксплуатации типа В и Г, стойкость покрытия зависит от вида краски, и прежде всего от количества полимерного связующего и вида наполнителя. Анализ результатов физико-химического исследования проб с поврежденных участков фасадов показал, что повреждения характерны для ЛКП с пленкообразующем эффектом. Для ЛКМ с содержанием полимера >5%, практически через 6 месяцев эксплуатации таких ЛКП отмечается сильное загрязнение, появление микротрещин, видимых в минимикроскопе при ЗОх увеличении. Примерно через год уже наблюдаются видимые мелкие трещины и отшелушивание краски. Под пленкой краски часто обнаруживаются новообразования в виде кристаллов, ватообразной или порошковой формы. Потеря защитных свойств ЛКП на полимерном связующем практически за первый год эксплуатации по данным метода Карстена снижалась не для всех ЛКП одинаково. Выявлено два типа ЛКП: ЛКП1 и ЛКЛц. Меньшая часть фасадных поверхностей (ЛКПп) с покрытиями на основе полимерного связующего оставалась не поврежденной. Поэтому основное внимание при дальнейших исследованиях было уделено сравнительному анализу составов и структуры этих двух типов: ЛКЩ и ЛКПп.

Последовательность появления характерных видов повреждений ЛКП1 на полимерном связующем показаны на рис. 4 рядом фотографий 1-4. Практически на всех фотографиях видно, что поверхности фасадов сильно загрязнены и на горизонтальной поверхности имеется значительный слой пыли.

Фото 1 Пьпь, образование микротрещин 1ста]ия повреждения

Фото 2 Трещины ЛКП, шириной раскрытия 1-3 мм 11 стадия повреждения

щ ФотоЗ Ше тушение красочного слоя III стадия повреждения

иггг.т1:- Фото 4 Высолы на ЛКП Нарушение адгезии в штукатурном стог

Рис.4 Характерные виды повреждений для ЛКП на полимерном связуюшем на объектах распочоженных на территориях типа В, Г

Обобщенные результаты натурных инструментальных обследований состояния ЛКП после 1 года эксплуатации представлены в таблице 2

Обобщенные результаты натурных исследований. Таблица 2.

Характеристики состояния ЛКП Вид ЛКП

ЛКП! ЛКПц

Влажность стены, % >15 <5

Засоленность, % 5-15 <1

Содержание хлоридов (С1") т^ >1500 <500

Содержание сульфатов (ЭО/) те/1 >800 <200

Содержание нитратов (N0)) т£>/1 >100 <25

Адсорбционное водопоглощение (А\у) по методу Карстена, мл/10 мин >2,5 <1

Для установления причин наблюдаемых различий в стойкости ЛКП первого и второго типов отбирали пробы для лабораторных исследований и сравнивали микроструктуру покрытий Установлено, что ЛКП] и ЛКПп отличаются по структуре и по химическому составу краски.

По химическому составу пробы с поврежденных участков ЛКЦ[ содержат большее количество веществ - загрязнителей привнесенных с пылью, чем пробы с ЛКПц. Типичный вариант структурных особенностей для ЛКД представлен на

14

рис.5. Для I типа покрытия характерно наличие метастабильного карбоната- мела (рис.5., фото б) и значительное количество полимерного связующего (более 10%). На фотографии микроструктуры (рис.5., фото а) четко видно: полимер образует паронепроницаемую пленку, в которой видны микротрещины, что сказывается на качестве ЛКП. Подобные структуры не могут обеспечить надежности и стабильности свойств покрытиям при эксплуатации.

Рис.5.

Типичный вариант структуры ЛКП[ после 1 года

эксплуатации.

Анализ данных спецификации используемых материалов для фасадных работ показал, что группа ЛКП1 представлена в основном отечественными материалами, ЛКПп - импортными красками на акриловом связующем. Для определения влияния структуры, состава ЖМ и подложки на эксплуатационную стойкость были проведены сравнительные испытания товарных образцов красок на акриловом связующем. Обобщенные результаты комлексного физико-химического исследования структурных особенностей приведены в табл. 3. и на рис. 6 для ЛКМ-I типа и ЛКМ-И типа.

Таблица. 3

Результаты химического анализа товарных образцов ЛКМ-! и ЛКМ-11

£ & О О < <5 6 £ б (Л 0 и о <3 и с? и •о* К О и МпО 2 О 5 N

г и — С?, г-> О У г— о" о V» 14 V — О N ее сч ТГ — о — о» ^ »л - © — V 11 о" о о ю О О гл О ЧО о о о" © о "О о о о © о" о* 00 г) о о Г- Г"; о" — гч г> ео ее г-* о 9« О« о" «Т <ч гч ГЧ «0 во гч «л 04 •л V — сч о «л 83 О о* О О «*> © о о* о «с во гл о-о г« о о %% о о о" о* о о — о — о сч*

5= и 4 о — о гО ил о" о* О г* о У> О —* »Л О" 1— — Г-4 «о о" о* «л 00 40 тт ~ «л о" о* о ео «Л ТГ о гч о о* © ^ О V О V о о о — о <л о о о о §§ о о. о © о о О тг «о гЧ е* -с ~ — г» — »о* гл со «-• ^ во о — о" о о о о © о о о о гч <ч о «« о" о о чо О ТГ © о о* о о о о о о о , О* о

Вариант ЛКП Характер микроструктуры

ЛКП[ н

Фото а), краска • верх Фото б), краска - низ

¡¡¡и ш

Фото а. ЛКМ-1 Фото б. ЛКМ-Н

Рис. 6. Характерные микроструктуры красок

ЛКМ-1иЛКМ-И, фотографии в фазовом контрасте.

По результатам комплексного физико-химического анализа ЛКМ-1-И типов выявлены следующие различия в их структуре и свойствах:

• ЛКМ-1 - в качестве наполнителя используется мел (рис.6, фото а), частички которого агрегируются (слипаются) и препятствуют равномерному распределению белого пигмента в связующем. -Этим можно объяснить, что в отечественных красках для обеспечения белизны дорогостоящий, дефицитный пигмент Т1О2 используется в количестве в 2-3 раза большем, чем в подобных импортных составах. Практически все краски этой группы содержат полимерное связующее в количестве более 10%, что делает покрытие не паропроницаемым и повышает риск образования в них микротрещин, микроповреждения появляются уже в первые годы эксплуатации.

• ЛКМ-И (рис.6, фото б) выгодно отличается от сравниваемых образцов отечественного производства и по равномерности распределения компонентов краски (более однородное распределение пигмента ТЮЪ). Содержание полимерного связующего в пределах до 5% обеспечивает требование к ЛКП: «водопоглощение « паропроницаемость». Практически во всех импортных ЛКМ в качестве наполнителя используется не мел, а тонкодисперсионные порошки известняка и мрамора, кварца и т.п.

Изучение механизма протекания процесса разрушения ЛКП для этих двух сравниваемых типов ЛКМ-1 и ЛКМ-П выполнено параллельно на опытных выкрасах, размещенных на стендах в реальных условиях эксплуатации с категориями нагрузок Г. Для учета влияния метастабильных компонентов подложки, выкрасы сделаны на гипсовых пластинах. Микроскопическими исследованиями установлено, что в коррозионном процессе активное участие принимает пыль. На рис. 7 представлены два типичных варианта распределения

кратное увеличение).

Типичные варианты распределения пыли на поверхности ЛКШ и ЛКП„

Рис.7.

I вариант

II вариант

Для I варианта характерно агрегирование частичек пыли, четко выделяются участки с повышенной адсорбционной активностью. Такой вариант характерен для ЛКП первого типа, пыль агрегируется на частичках мела и вдоль микротрещин При количестве полимерного связующего >5%, ЛКП имеет ярко выраженные электростатические свойства, притягивает и удерживает пыль.

Для II варианта агрегирование пыли практически отсутствует и ее на поверхности ЛКП второго типа с количеством полимерного связующего < 5% значительно меньше чем для ЛКП|

Таким образом, процессу формирования видимых макроповреждений предшествует стадия загрязнения и пыль активизирует процессы разрушения. При этом скорость накопления микроструктурных дефектов зависит от микроструктурной однородности ЛКП и определяется наличием в нем метастабильных веществ. Для ЛКП первого типа это практически всегда частички мела (кокколиты).

Обобщенные результаты физико-химических исследований показали, что возможны две стадии развития повреждающих процессов:

1. деструкция в ЛКП за счет перекристаллизации метастабильной фазы наполнителя краски (мела). В случае наличия сульфатов в подложке происходит активное повреждение краски за счет перехода кальцита мела в сульфат, процесса перекристаллизации, расширения и образование трещин.

2. активизация сульфатного повреждения за счет привнесения из ОС загрязнителей нитратов (К03"), хлоридов (СГ), сульфатов (8042), которые образуют опасные вещества гидросульфоалюминаты и сульфаты натрия. Их кристаллизация сопровождается значительным увеличением объема новообразований. Наиболее активно это происходит в процессе попеременного увлажнения-высушивания. Соли, накапливаясь под красочным слоем, разрушают подложку, приводят к отслаиванию красочного слоя, снижают адгезию ЛКП к подложке.

Исследуемые нами процессы быстрого повреждения фасадов с новыми системами наружной теплоизоляции показали, что помимо вышеперечисленных причин (взаимодействия с подложкой и ОС) имеет место несбалансированность компонентов многослойной системы по физико-химическим характеристикам, что часто приводит к активному повреждению ЛКП. Типичным примером является использование в системе наружной теплоизоляции фасада материалов различной природы (металл, пластмасса, штукатурные растворы, ЛКМ). Они различаются по водопоглощению (рис.9,6), всасывающей способности, имеют различные коэффициенты линейного влажностного расширения. Часто эти материалы могут быть несовместимы и по химическому составу (рис.9,а).

Характерным для этих случаев является интенсивная на границе с конструкционным материалом сульфатно-солевая коррозия в штукатурном слое и в ЛКП. Этот вопрос успешно решается использованием системных материалов.

Рис.9 Основные характеристики материалов системы наружной теплоизоляции, влияющие на качество ЛКП. а)-содержание веществ загрязнителей в образцах кернах; б) показатели адсорбционного водопоглощения в системе.

Таким образом, по результатам исследования можно сделать вывод о том, что при усложнении системы отделки фасада наиболее типичными причинами возникновения перечисленных повреждений являются: недостаточная сбалансированность материалов используемых в системе по показателям водопоглощения и химическому составу и применение неоткорректированных по совместимости материалов в системе покрытия или их произвольная замена.

В заключение можно отметить, что для традиционных штукатурных систем с ЛКП на основе полимерных связующих причинами низкий нидежнисти покрытий являются: низкая стабильность используемых минеральных наполнителей краски в условиях агрессивной городской среды; наиболее часто используемые в ЛКМ

наполнители можно расположить по стабильности к воздействию ОС в убывающем порядке следующим образом:

Порошок кварцевый • песок, известняк

Порошок -мрамор

Мел тальк

Мел

Полученные данные исследований позволили выявить факторы, влияющие на скорость коррозионных процессов лакокрасочных покрытий на фасадах, выражающиеся следующей зависимостью:

^ = ЩС + с +Ст), Кпаропр, Кадс водп, Z)

Где С — количество аморфной фазы (полимерного связующего и аморфных наполнителей);

с - количество метастабильных соединений (соединений И);

Ст- количество оксида титана и равномерность его распределения;

Кпаропр — коэффициент изменения паропроницаемости;

Кадс водп коэффициент адсорбционного водопоглощения;

Z - степень запыленности ЛКП.

Таким образом, пути направленного регулирования качества ЛКП будет определяться выбором > ЛКП с учетом типа примагистральной территории. Соответственно требования для повышения надежности (Кн) ЛКП на этих типах территорий представлены в табл.4

Требования для повышения надежности (Кв) ЛКП Таблица 4.

. ад. - ел- т%ж »1 ■ г":'-; ¿^^ёеЛ^еяп^-Й^Уг*^-1?^^'-;^

'.ййдамер^ связующий - спи-жеяня "«¿ЬОВВРМГ'; ; ваемм-Гя-' щт Ш&Ш- •Гйида» гадрафвйгп о> - ■ г'''* ¿ш-Ж-

А 200-400 кг/км2 Мел >5% >15% >2ц. -• III класс

Б 400-700 кг/км2 Мел, тальк <2% >15% >2(1. II класс

В 700-1000 кг/км2 Порошок известняка или мрамора <2% <15% <2ц. I класс

Г 800 и >1000 кг/км2 Порошок известняка, кварцевого песка <2%- <15% <2ц. . + - Высший класс

Четвертая глава. «Рекомендаиии по повышению надежностиЛКП.». Полученные

данные проведенного комплекса исследований показали необходимость перехода к

системе управления качеством (менеджмента качества) лакокрасочной продукции на всех этапах ее жизненного цикла, обеспечивающей экологическое равновесие ее взаимодействия со средой. Для обоснованного выбора ЛКМ и повышения надежности ЛКП необходимо учитывать особенности эксплуатации ЛКП в Москве и совершенствовать систему организационных мероприятий. Для этого были разработаны информационные элементы в структуре менеджмента качества ЛКП. В качестве основных экологических принципов при разработке элементов менеджмента качества ЛКП приняты:

учет влияния экологических факторов на качество ЛКП; обеспечение снижения нагрузок на ОС на всех этапах жизненного - цикла ЛК продукции; энергоресурсосбережение; выпуск и использование экологически безопасных ЛКМ.

Производство ЛКМ относится к химическому производству и попадает в категорию особо опасной для природной среды, нарушает химическое равновесие, разрушает озоновый слой и способствует развитию парникового эффекта. Следовательно, для Ж продукции. особенно важным являются показатели надежности и безопасности- при эксплуатации. Согласно требованиям международных стандартов серии ИСО 14000 для1 такого рода продукции, необходим экологический анализ материала по жизненному циклу. При анализе ЖЦ ЛКМ следует учитывать следующие отрицательные свойства: невозможность рециклинга ЛКП и 100% его переход в отходы после окончания срока службы. При использовании ЛКМ на органических растворителях и производстве окрасочных работ имеет место загрязнение воздуха, значительные нагрузки на ОС при добыче сырья, производстве, транспортировке.

Поэтому, согласно требованиям стандартов серии ИСО 14000 к основным базовым - элементам системы менеджмента качества (QM) лакокрасочной продукции по ее жизненному циклу (ЖЦ) отнесены:

1. QM на стадии добычи, транспортировки и использования сырья;

2. QM на стадии переработки сырья в ЛКМ;

3. QM на стадии использования ЛКМ строителями и реставраторами для : создания качественного ЛКП;

4. QM на стадии эксплуатации ЛКП (уход за покрытиями);

5. QM удаления отслужившего срок покрытия.

В настоящей работе решается задача разработки отдельных элементов системы QM в общей структуре и контуре управления качеством для трех последних перечисленных выше элементов. При этом учтены следующие результаты исследований представленных в главе 3:

• Необходимость территориального зонирования для оценки нагрузок ОС на ЛКП;

• Необходимость введения в систему контроля качества дополнительных показателей, характеризующих микроструктуру материала, отражающих влияние подложки и ОС на ЛКМ;

• Необходимость модификации стендовых испытаний новых ЛКМ для учета работы в реальных условиях эксплуатации.

Разработан алгоритм методики мониторинга состояния-ЛКП. Основным модулем в методике является диагностический блок инструментальных и лабораторных методов исследования причин повреждений и анализа полученной информации. Как основной модуль, так и сама методика, в зависимости от объемов решаемой задачи могут быть дополнены блоками дополнительных исследований, формирующих в целом систему QM,1 представленную на рис. 10. Используемый системный подход позволяет давать обоснованные рекомендации по устранению причин разрушения ЛКП по результатам проведенных исследований.

На стадии проектирования, при выборе ЛКМ и других материалов фасадных систем целесообразно дополнительное введение в методику блоков стендовых испытаний ЛКМ и экологической оценки СМ. Проведение дополнительных исследований по определению стойкости ЛКМ, уточнению эксплуатационно-технических и эстетических характеристик красочных составов предлагается в виде блока стендовых испытаний красочных составов, соответственно территориальным -типам: В, Г расположения фасадов зданий с учетом запыленности данной территории.

Для таких испытаний была разработана методика экспрессного анализа стойкости ЛКП в реальных условиях эксплуатации на гипсовой подложке.

Методика опробована и может быть отнесена к ускоренной (срок проведений 1 мес), т.к. в течение этого времени можно оценить реальную степень нагрузок окружающей среды, уточнить показатели назначения и выбрать наиболее

Рис.10. Элементы QM системы менеджмента качества с учетом ЖЦ продукции.

Для соблюдения требований по охране окружающей среды для данного вида продукции - ЛКМ разработан блок - «методика экологического выбора ЛКМ». В настоящее время при проектировании и строительстве практически не учитываются нагрузки на ОС используемых материалов по этапам жизненного цикла; экологическая безопасность материалов рассматривается косвенно только по отношению к человеку по гигиенической и пожарной безопасности. Для определения класса экологического качества Ж продукции по жизненному циклу материала (от момента добычи сырья до уничтожения материала по истечении срока его службы) в соответствии с нормами международных стандартов ИСО 14041-14044 исследованы к проанализированы основные виды ЛК продукции используемые при отделке фасадов в Москве.

По результатам исследований составлены информационные карты экологического предпочтения для выбора лакокрасочных материалов, где

22

оптимальный вариант ЛКМ из числа испытуемых.

прогнозируются нагрузки ЛК покрытия на окружающую среду (по критериям: повреждение экосистемы, дефицит сырья, выбросы, энергия, здоровье, отходы) и дается экологическая оценка применяемости материалов - "предпочтение к применению -1, II, III, IV" (IV- не рекомендуется к применению по экологическим характеристикам). Пример информационной карточки для оценки и выбора ЛКМ в отделке фасадов представлен на рисунке 11.

fuel 1. Пример карточки экологического предпочтения ЛКМ.

Предлагаемое использование разработанных методик исследований ЛКП и их экологической оценки позволит использовать корректирующие мероприятия на стадиях предпроектного выбора материалов и эксплуатации/реставрации объектов в системе управления качеством ЛКМ и повысить надежность Ж П . Выводы.

1. Выявлено, что в современных условиях городской среды усилились процессы деструкции лакокрасочных фасадных покрытий из-за повышения степени агрессивности условий эксплуатации и в зависимости от градостроительного расположения объекта. Разрушение покрытий происходит уже в первый год эксплуатации. Резко снижаются защитные и эстетические характеристики

города.

2. Разработан алгоритм методики исследования состояния лакокрасочных покрытий в современных экологических условиях города, позволяющий

определить влияние веществ из подложки (сульфатов), структурных особенностей ЛКМ (вид наполнителя), факторов ОС. В систему методики определения надежности ЛКП включены: метод Карстена - определения адсорбционного водопоглощения; система влагомеров, тестовые оценки загрязнения солями и контроль пылевых нагрузок.

3. Выделены два типа ЛКМ, отличающихся друг от друга по стойкости к воздействию агрессивных факторов, по видам наполнителя, содержанию полимерного связующего и белого пигмента. Соответственно Л КМ -1 с наполнителем — мелом, тальком, количеством полимерного связующего более 10%, количеством ТЮг свыше 10%. ЛКМ-2 содержит наполнитель - порошок известняка, мрамора, количество полимерного связующего 2-5% и количество белого пигмента ТЮг 4-9%. Вид наполнителя влияет на расход полимерного связующего и белого пигмента, обеспечивающих качество ЛКМ.

4. Исследован механизм развития коррозионных повреждений лакокрасочных фасадных поверхностей для ЛКМ этих структурных типов. Установлено, что в коррозионных повреждениях активное участие принимает метастабилъная фаза подложки и наполнителя. Даже без загрязнителей, только в присутствии воды происходит активный процесс ее перекристаллизации, накоплении под слоем краски продуктов кристаллизации сульфатов и вторичного карбоната кальция приводящего к шелушению. В присутствии загрязнителей частичек пыли, нитратов нарушается целостность пленки, происходит дополнительное увлажнение и под действием сульфатов активизируется процесс разрушения красочного и штукатурного слоев за счет кристаллизации с увеличением объема.

5. Предложены показатели оценки класса надежности ЛКП в зависимости от типа примагистральной территории расположения фасада, и вида наполнителя, для выбора материалов на стадии проектирования и эксплуатации.

6. Разработаны элементы структуры системы менеджмента качества ЛКП. Система экологической оценки Ж продукции позволяет давать обоснованные рекомендации по устранению причин разрушения ЛКП по результатам проведенных исследований. Оценка качества в реальных условиях эксплуатации с учетом взаимодействия опасных веществ из подложки и степени запыленности. Предложен модифицированный вариант методики стендовых испытаний.

7. Разработана методика экологической оценки ЛКМ по этапам жизненного цикла материалов в рамках стандартов ИСО 9000 и 14000 для выбора материалов по экологическим характеристикам и обеспечивающих снижение нагрузок на ОС для этого вида продукции. На основании данной методики разработаны карты экологических предпочтений для выбора ЛКМ, которые можно использовать при проектировании, ремонте, реставрации.

СПИСОК опубликованных работ. Основные положения диссертационной работы изложены в следующих работах:

1. Горскина Н.С. «Экологические изыскания для защиты фасадов от коррозии». Материалы научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов МГСУ. Москва 1998 г.

2. Горскина Н.С. «Экологические проблемы городской среды и новые требования к фасадам для их решения». Материалы второй научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов МГСУ. Москва 1999 г.

3. Князева В.П., Горскина Н.С. «Метод экологических предпочтений при выборе материала для отделки поля стены фасада». Материалы третьей научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности.» Москва 2000 г.

4. Князева В.П., Горскина Н.С., Дементьева М.Е., Королева Т.В., Жук П.М. «Система диагностических методов экологической оценки состояния памятников архитектуры в городских условиях» Материалы МНП конференции «Наука и техника в инновационном подходе к сохранению и реставрации памятников истории и культуры». 2001 г. - Москва, кафедра ЮНЕСКО в России.

5. Горскина Н.С. «Факторы, определяющие появление преждевременных повреждений лакокрасочных фасадных поверхностей». Материалы ГНП конференции «Современные технологии в строительстве. Образование, наука, практика» 2001 г., М.: МГСУ.

6. Горскина Н,С, «Роль фасадных систем утепления в устойчивой реконструкции и строительстве в России» Материалы научно-практической конференции, Москва, МАРХИ, 2002 г.

7. N.Gorskina, S.Visser «Insulating facade systems in sustainable building and renovation in Russia», Sustainable building, №3,2002

Лицензия ЛР № 020675 от 09.12.1997 г.

Подписано в печать 18.05.04 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная

И- 7-7 Объем 1 п.л. Т. 100 экз. Заказ

Московский государственный строительный университет. Экспресс-полиграфия. 129337, Москва, Ярославское ш., 26

Р13 О 1 4

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кавер, Наталья Сергеевна

Глава 1.

Лакокрасочные покрытия в фасадных системах в условиях городской среды, их качество и стабильность свойств»

1.1. Основные способы отделки фасадов.

1.1.1. Исторические типы фасадов.

1.1.2.Современные виды фасадов и их использование в цветовой концепции г. Москвы.

1.2 Анализ факторов городской среды влияющих на сохранение лакокрасочных покрытий фасадных поверхностей.

1.3. Анализ тенденций в использовании лакокрасочных фасадных покрытий.

1.4. Анализ существующей системы качества лакокрасочных материалов для фасадных покрытий.

1.5. Анализ взаимодействия ЛКМ и городской среды.

Глава 2.

Характеристика объектов и выбор методов исследования»

2.1. Объекты натурных и лабораторных исследований.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Инструментальные исследования на объектах.

2.2.2. Лабораторные методы исследований.

2.2.3. Пример математической обработки результатов исследований.

2.2.4. Методика стендовых испытаний.

Глава 3.

Исследование механизма коррозионных повреждений ЛКП»

3.1. Типизация селитебных территорий и результаты мониторинга фасадных поверхностей.

3.1.1. Исследование красочных слоев ЛКП зданий исторической застройки.

3.1.2. Результаты визуально-инструментальных мониторинговых исследований состояния ЛКП фасадов.

3.1.3. Результаты лабораторных исследований образцов пыли и образцов-кернов ЛКП! и ЛКПп, взятых с неповрежденных и поврежденных участков фасадных поверхностей.

3.1.4. Особенности повреждающих процессов в системах ЛКП с применением наружной теплоизоляции.

3.2. Результаты лабораторных исследований образцов ЛКМ-I и ЛКМ-П.

3.3. Исследование механизма развития коррозионных повреждений лакокрасочных фасадных поверхностей.

Глава 4. «Рекомендации по повышению надежности ЛКП».

4.1. Принципы повышения надежности, качества ЛКП.

4.2. Элементы информационной системы менеджмента качества ЛКП

4.2.1. Алгоритм методики мониторинга состояния ЛКП.

4.2.2. Экологическая оценка и выбор ЛКМ, обеспечивающий надежность и безопасность фасадных систем.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Экологическая оценка и повышение надежности лакокрасочных покрытий фасадов в городских условиях"

Фасады зданий - градостроительные объекты, носители историко -архитектурной и колористической информации города. Фасады осуществляют конструкционные, ограждающие и эстетические функции, создавая гармоничную городскую среду, обеспечивая экологическую комфортность внутри помещений, оказывают благоприятное воздействие на человека.

Сегодня особую значимость приобретают эстетические характеристики фасадных поверхностей, в первую очередь, колористические возможности лакокрасочной продукции, позволяющие решать проблемы видеоэкологии города. Поэтому лакокрасочные материалы (JIKM) активно используются в качестве отделочных материалов в фасадных системах новых и исторических зданий. К лакокрасочным покрытиям (ЛКП - включает в себя красочный слой и подложку) предъявляются требования не только по эстетическим свойствам, они должны также выполнять функции защиты зданий от агрессивного воздействия городской среды.

Из-за экологических проблем мегаполиса лакокрасочные фасадные поверхности быстро теряют не только свои эстетические показатели, но и защитные функции, не выдерживая установленных сроков текущего ремонта (межремонтный срок для фасадов зданий установлен в 10 лет, а для зданий, расположенных в центре города или на основных магистралях - 5 лет.). Наблюдаются сильное загрязнение поверхности фасадов, быстрая деструкция красочного слоя покрытия и штукатурных растворов. Это приводит к увлажнению стен, снижению их теплозащитных характеристик. При появлении избыточной влаги и нарушении тепловлажностного режима ограждающих конструкций внутри помещений возрастает опасность биохимической коррозии внутренних отделочных материалов стен и в воздухе помещений появляются биозагрязнители, опасные для здоровья людей.

Несмотря на изученность вопроса о деструкции ЛКП в целом и обязательную проверку качества ЛКМ, трудно судить о причинах возникновения быстрого повреждения ЛКМ. Практика показывает, что более

40% окрашенных фасадов в ЦАО г. Москвы в реальных условиях городской среды имеют повреждения уже в 1-й год службы. Это может быть связано с изменением условий эксплуатации, появлением неучтенных факторов и малой изученностью механизмов коррозионных повреждений. Факторы же воздействия и механизмы взаимодействия реальной среды эксплуатации настолько сложны, что не представляется возможным смоделировать их в лабораторных условиях - требуется проведение комплексных исследований на объектах.

Сопряженной с проблемой быстрого повреждения ЛКП и частых ремонтов фасадов является проблема загрязнения окружающей среды (ОС) лакокрасочной продукцией на всех этапах жизненного цикла. Поэтому важным является вопрос оценки экологической безопасности ЛК продукции. Введение экологических критериев продукции является важной задачей для разрабатываемой сегодня системы управления качеством окружающей среды (в рамках международных стандартов серии ИСО 14000).

Целью настоящей работы является повышение надежности ЛКП и экологическая оценка качества при выборе лакокрасочных материалов для фасадных поверхностей в условиях агрессивной городской среды. Для достижения этой цели определены следующие задачи:

1. Определение причин повреждений ЛКП на фасадах и разработка атласа повреждений.

2. Разработка методики исследований повреждений ЛКП для оценки влияния подложки, состава ЛКМ и факторов ОС.

3. Исследование механизма развития коррозионных повреждений лакокрасочных фасадных поверхностей для ЛКМ на территориях с повышенным уровнем загрязнения.

4. Проведение экспериментальных исследований изменений свойств ЛКМ и установление взаимосвязи между особенностями структуры ЛКМ и стойкостью покрытия.

5. Разработка элементов системы менеджмента качества ЛКП, включающих алгоритм мониторинга, стендовые испытания эксплуатационных качеств JIKM, экологическую оценку ЛКМ на стадии проектирования и эксплуатации. Научная новизна;

В связи с изменившимися условиями эксплуатации ЛКП предложен новый подход к классификации примагистральных территорий, учитывающий градостроительное положение объекта, степень влияния негативных факторов ОС для дифференциации требований при выборе ЛКМ.

Определено влияние веществ загрязнителей на надежность ЛКП: сульфатов (из подложки и ОС); метастабильных фаз кальцита (из ЛКМ и подложки); пыли (содержащей абразивные и химические вещества).

Установлено, что стабильность ЛКП при прочих равных условиях определяется видом наполнителя ЛКМ и убывает в ряду: кристаллических (порошок кварцевого песка, известняка, мрамора), аморфных (мел, тальк).

Разработан алгоритм методики мониторинга состояния ЛКП для прогнозирования стойкости и надежности защитных свойств. Практическая значимость:

1. Разработан проект атласа типичных повреждений, отражающий взаимосвязь градостроительной положение объекта и характерных видов повреждений ЛКП, который может быть использован для повышения объективности при экспертной оценке качества ЛКП.

2. Предложен класс надежности ЛКП, учитывающий тип примагистральной территории, пылевые нагрузки и вид наполнителя.

3. Разработаны структурные элементы системы менеджмента качества ЛКП:

• модифицированная методика стендовых испытаний, учитывающая влияние подложки и реальные условия эксплуатации;

• методика экологической оценки качества ЛКМ в рамках стандартов ИСО 9000 и 14000 по этапам жизненного цикла материалов, включающая информационные карты экологического предпочтения к применению.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Кавер, Наталья Сергеевна

Выводы.

1. Выявлено, что в современных условиях городской среды усилились процессы деструкции лакокрасочных фасадных покрытий из-за повышения степени агрессивности условий эксплуатации и в зависимости от градостроительного расположения объекта. Разрушение покрытий происходит уже в первый год эксплуатации. Резко снижаются защитные и эстетические характеристики фасадных поверхностей, происходит визуальное загрязнение архитектурной среды города.

2. Разработан алгоритм методики исследования состояния лакокрасочных покрытий в современных экологических условиях города, позволяющий определить влияние подложки (сульфатов), структурных особенностей ЛКМ (вид наполнителя), факторов ОС. В систему методики определения надежности ЛКП включены: метод Карстена - определения адсорбционного водопоглощения; система влагомеров, тестовые оценки загрязнения солями и контроль пылевых нагрузок.

3. Выделены два типа ЛКМ, отличающихся друг от друга по стойкости к воздействию агрессивных факторов, по видам наполнителя, содержанию полимерного связующего и белого пигмента. Соответственно ЛКМ -1 с наполнителем - мелом, тальком, количеством полимерного связующего более 10%, количеством ТЮг свыше 10%. ЛКМ-2 содержит наполнитель - порошок известняка, мрамора, количество полимерного связующего 25% и количество белого пигмента ТЮ2 4-9%. Вид наполнителя влияет на расход полимерного связующего и белого пигмента, обеспечивающих качество и надежность ЛКМ.

4. Исследован механизм развития коррозионных повреждений лакокрасочных фасадных поверхностей для ЛКМ этих структурных типов. Установлено, что в коррозионных повреждениях активное участие принимает метастабильная фаза подложки и наполнителя. Даже без загрязнителей, только в присутствии воды происходит активный процесс ее перекристаллизации, накоплении под слоем краски продуктов кристаллизации сульфатов и вторичного карбоната кальция приводящего к шелушению. В присутствии загрязнителей частичек пыли, нитратов нарушается целостность пленки, происходит дополнительное увлажнение и под действием сульфатов активизируется процесс разрушения красочного и штукатурного слоев за счет кристаллизации с увеличением объема.

5. Предложены показатели оценки класса надежности ЛКП в зависимости от типа примагистральной территории расположения фасада, и вида наполнителя, для выбора материалов на стадии проектирования и эксплуатации.

6. Разработаны элементы структуры системы менеджмента качества ЛКП. Система экологической оценки ЛК продукции позволяет давать обоснованные рекомендации по устранению причин разрушения ЛКП по результатам проведенных исследований. Оценка качества в реальных условиях эксплуатации с учетом взаимодействия опасных веществ из подложки и степени запыленности. Предложен модифицированный вариант методики стендовых испытаний.

7. Разработана методика экологической оценки ЛКМ по этапам жизненного цикла материалов в рамках стандартов ИСО 9000 и 14000 для выбора материалов по экологическим характеристикам и обеспечивающих снижение нагрузок на ОС для этого вида продукции. На основании данной методики разработаны карты экологических предпочтений для выбора ЛКМ, которые можно использовать при проектировании, ремонте, реставрации.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Кавер, Наталья Сергеевна, Москва

1. Алексеев В.К., Гроздов Б.Т., Тарасов В.А. Дефекты несущих конструкций зданий, сооружений и способы их устранения. -Д., 1982.

2. Альбом колеров. Крауклис В.К., Ленинград, Строиздат, 1983 г.

3. Атаева С.А. Объемная и поверхностная гидрофобизация кремнийорганическими соединениями наружных стен из керамзитобетона. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.

4. Айрапетов Д.П. Архитектурное материаловедение. -М.: Стройиздат, 1983

5. Бакутис В.Э., Горохов В.А. Инженерное благоустройство городских территорий. М. Стройиздат, 1979 г.

6. Балковски Ф.Д. Санирование исторических зданий. / пер. с немецкого Л.В. Дорменко под ред. Пруцина О.И. -М.: Стройиздат. 1986.

7. Бареев В.И. Влияние защитных лакокрасочных покрытий на влажностный режим ограждающих конструкций в условиях солевого воздействия. -Дис. . к. т. н. -М., 1975. -163.

8. Байер В.Е. Материаловедение, учебное пособие для архитекторов, реставраторов, дизайнеров. М, Астрель, 2004 г.

9. Бойко М.Д. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений. Справочное пособие. М. 1993 г.

10. Бойко М.Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. -М.: Стройиздат, 1975.

11. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии /Уч. пос. для ср. и вш. шк. С-П.: ДЕАН, 1999

12. Булочников В.А. Архитектурное наследие в историческом городе. -М.: УГК ОИП, 1998.

13. Бурмистров Г.Н. Материалы для облицовочных работ М, Стройиздат 1990 г.

14. Васильев В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа. М. Высшая школа, 1979 г.

15. Волынский Б.Н. Конструктивные решения современных энергосберегающих зданий. Строительные материалы, оборудованеи, тенологии XXI века.

16. ВСН 53-86. Правила оценки физического износа жилых зданий. -М., 1986.

17. Генри Дж. Коуэн. Строительная наука XIX-XX в. Москва, Стройиздат, 1982 г.

18. Герасимова Л.Г., Николаев А.И. Строительные краски на основе алюмосиликатных пигментных наполнителей, Строительные материалы, №1,2000г

19. Горбанев Р.В. Городской транспорт. М. Стройиздат, 1990 г.

20. Горшков В.С Тимашев В.В. Савельев В.Г Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М Высшая школа 1981

21. ГОСТ 9825-73 Материалы лакокрасочные. Термины, определения и обозначения.

22. ГОСТ 28246-89 Краски и лаки. Термины и определения (ИСО 4618-1-384)

23. ГОСТ 28451-90 Краски и лаки. Перечень эквивалентных терминов (ИСО 4617-1-3-86)

24. ГОСТ 18958-73 Краски силикатные.

25. ГОСТ 19279-73 Краски полимерцементные.

26. ГОСТ28196-89 Краски вводно-дисперсионные.

27. ГОСТ 8832-76 Материалы лакокрасочные. Методы получения лакокрасочного покрытия для испытания. Взамен ГОСТ 8832-58. (ИСО 1514-84)

28. ГОСТ 9980.1-86Е. Материалы лакокрасочные. Правила приемки.

29. ГОСТ 9980.2-86Е. Материалы лакокрасочные. Отбор проб для испытаний. Взамен ГОСТ 9980-80 (ИСО 842-84, ИСО 1512-74, ИСО 1513-80.

30. ГОСТ17537-72. Материалы лакокрасочные. Методы определения массовой доли летучих и нелетучих, твердых и пленкообразующих веществ.

31. ГОСТ 29318-92 Материалы лакокрасочные. Оценка совместимости продукта с окрашиваемой поверхностью. Методы испытания.

32. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды г. Москвы в 1992 году. -М.: МЦФ «ЭССО», 1993, 167 с.

33. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1997 году. -М.: Российская экологическая газета «Зеленый мир», №25, №26, №27, 1998

34. Государственный доклад о состоянии окружающей среды за 1999г. Зеленый мир, №5, 2000 г.

35. Гухман Г. Воздействие транспортного комплекса на окружающую среду. Энергия Экономика Техника Экология, №№11,12, 1999 г.

36. Декларация Международного объединения «Устойчивое развитие городов» Промышленное и гражданское строительство, №1,1999 г.

37. Дитрих. X. Повышение надежности конструкций зданий при модернизации, М. Стройиздат, 1993 г.

38. Дрижук Д.А. Проблемы выбора фасадной системы. Технологии строительства, 6,2002 г.

39. Журавлев В.П. «Охрана окружающей среды в строительстве» Учебник для ВУЗов, М. АСВ, 1995 г.

40. ЕНИСО 8402: «Управление качеством и обеспечение качества -Словарь» 1994.

41. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И. А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. Ленинград, Химия 1987г.

42. Ефимов. А.В Архитектура и цвет. Часть 2. Архитектура и строительство России. №7, 98 г.

43. Иконников А.В. Архитектура города: Эстетические проблемы композиции. -М.: Стройиздат, 1977.

44. Инструкция по разработке раздела «Охрана окружающей среды» проектной документации на стадиях ТЭО проект (рабочий проект) для строительства в г. Москве. М., 1994

45. Истомин Б.С. Квалиметрия методическая основа комплексной оценке качества архитектурно-строительных решений. ПГС, 1/98.

46. Йоуни Паавола. Основы экологии окружающей среды.: Учебное пособие для ВУЗов. М, 1999. - 297 с.

47. Карякина М.И., Майорова Н.В. Лакокрасочные материалы. Технические требования и контроль качества. Справочное пособие, М. Химия 1985 г.

48. Кислотные выпадения. Долговременные тенденции. Перевод с английского под ред. Ровинского Ф.Л., Егорова В.И. Л. Гидрометеоиздат, 1990 г.

49. Коваленко П.П., Орлова Л.Н. Городская климатология, М. Стройиздат 1993 г.

50. Князева В.П. Метод экологической оценки в решении критических проблем ГСХ. Международная научно-практическая конференция: «Критические технологии в строительстве», 28-30 октября 1998г.

51. Круглова А.И. Климат и ограждающие конструкции. Издательство литературы по строительству. М. 1970г.5 2. Лакокрасочные материалы. Технические требования и контроль качества. Справочное пособие. Москва, Химия 1977 г.

52. Ламбурн Р., Бейкли Дж., Роминсон Дж. Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика. Перевод с английского Фроет A.M. С-Петербург, Химия, 1991г.

53. Леонтьев А.А Статистическая обработка результатов наблюдений.1. M-JI Гослесбумиздат.

54. Логанина В.И., Орентлихер Л.П., Соколова Ю.А. Стойкость защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий. Изд-во Ассоциации строительных вузов Москва, 1999 г

55. Материалы TIKKURILA для окрашивания каменных фасадов. Технологии строительства №6,2002 г.

56. Международный стандарт ИСО 9000: 1993, 9001: 1994, 9002: 1994, 9003: 1994. -М., 1996.

57. Международный стандарт ИСО 9001: 1994 «Система качества. Модель обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании. ВНИИ Сертификации Госстандарта России, М.1996.

58. Методические указания/ Физико-химические методы исследования строительных материалов. Часть II. Методы исследования пористости строительных материалов. Сост. Домокеев А.Г., Меркин. А.П., Князева В.П.-М, МИСИ, 1974.

59. Мигалина И.В. Основы архитектурного цветоведения. Москва, изд-во Ладья, 1998 г.

60. Момынов М.Р. Повышение долговечности наружных стен из цементных бетонов кремнийорганическими защитными декоративными покрытиями. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.

61. Мы красим города тематический выпуск, Строительные материалы, №10, 2000 г.

62. Орлова О.В., Фомичева Т.Н. Технология лаков и красок, М, Химия 1990 г.

63. Орентлихер Л.П., Логанина В.И. защитно-декоративные покрытия бетонных и каменных стен. М., Стройиздат, 1993 г.

64. Отделочные материалы и изделия. Эстетические показатели. Методические рекомендации по проектированию цветовой и фактурной отделки для строительства в Москве. М.1985 г.

65. Охрана историко-культурного наследия Москвы на рубеже XX-XXI веков.ГУОП Москва 2000 г.

66. Оценка и регулирование качества окружающей среды. Учебное пособие для инженера эколога. Под ред. Порядина А.Ф., Хованского А.Д.М. издательство «Прибой», 1996 г.

67. Пермяков Б.А., Баранков А.С. О проблемах ресурсосбережения. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, №7,2000 г.

68. Попов К.н. Каддо М.Б Кульков ОВ Оценка качества строительных материалов М АСВ 1999

69. Порывай Г.А. Техническая эксплуатация зданий. М, Стройиздат 1982 г.

70. Порывай Г.А. Предупреждение преждевременного износа зданий. М, Стройиздат 1979 г.

71. Потапов А.Д., Пермяков Б.А.,. Орлова И.Ю, Душкин О.В. Некоторые вопросы экологии атмосферы и защиты ее от разрушения. -Учебное пособие. -М.: МГСУ, 1991.

72. Потапов А.Д. Экология. Высшая школа, 2000 г

73. Правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда. Минжилкомхоз РСФСР. Москва 1990 г, Стройиздат.

74. Практическое пособие к СП 11-101-95 по разработке «Оценка воздействия на окружающую среду» при обосновании инвестиций встроительство предприятий, зданий и сооружений. М.: Госстрой России, ГП «ЦЕНТРИНВЕСТпроект», 1998.

75. Приказ Государственного Комитета Российской Федерации по охране окружающей среды от 12 ноября 1997 № 497 «Об утверждении методик расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

76. Применение атмосферостойких фасадных красок в реставрации. Методические рекомендации. Министерство культуры РСФСР. М.1990 г.

77. Проблемы экологии Москвы. Под ред. Е.И. Пупырева. Москва, Московское отделение гидрометеоиздата, 1992 г.

78. Пруцын О.И., Рымашевский Б., Борусевич В. Архитектурно-историческая среда. -М.: Стройиздат, 1990. с 62-90.

79. Пруцын О.И. Реставрационные материалы. / Учебное пособие. Часть 1,2. -М.: МАРХИ. 1997.

80. Рабате Ж.-Л. Качество и долговечность отделочных покрытий в строительстве, сокращенный перевод Вершининой О.С., М. Стройиздат 1989 г.

81. Распоряжение от 5 марта 1997 г №234-РПЭ Об утверждении норматива Москвы «Содержание и ремонт фасадов зданий и сооружений» НМ-97-02/1

82. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Т. 1,2. Под ред. В.И.Петрова. -М: Мир, 1984

83. Реконструкция 5-ти этажной массовой застройки журнал ПГС 1998 г. №8

84. Ремонт и реконструкция панельных жилых домов. Известия ВУЗов Строительство. 1998 г.№9

85. Реймерс Н.Ф. Экология./Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. -М.: Россия Молодая, 1994. 366 с.

86. Реймерс Н.Ф. Природопользование. М.: 1990

87. Рослая Г.И., Сокова С.Д. Технология и организация работ по ремонту конструкций зданий / Учебное пособие, изд. 2. -М.: МГСУ. 1993.

88. Руководство по цвету для архитекторов, строителей и студентов. ЛИСИ, под ред. Л.К. Абрамова, Ленинград, 1967 г.

89. Самарин С. А. Защита сопряжений панельных стен зданий от атмосферных воздействий. М, Стройиздат

90. Сборник документов по системам управления охраной окружающей среды. Перевод и научно-техническое редактированеи выполнено ВНИИС Госстандарта России., М. 1997 г.

91. Сергеев Е.М., Кофф Г.Л., Рациональное использование и охрана окружающей среды городов. Академия наук СССР, Институт Литосферы, М.: «Наука», 1989

92. Середюк И.И. Восприятие архитектурной среды, Львов, «Вища Школа», 1979г

93. Серых Р. Л. Некоторые вопросы энергоресурсосбережения. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, №7,2000 г.

94. Сидорчук В.А. Промышленность Москвы и окружающая среда, ЭКиП, Экология и промышленность России, янв.2001 г.

95. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. -М.: Стройиздат, 1985.

96. СНиП 3.04.01-87. Изоляционные и отделочные покрытия.

97. СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника»

98. ЮО.Соколов В.К. Реконструкция жилых зданий. Московский рабочий, 1982 г.

99. Справочное пособие по экологической оценки. Всемирный банк (Вашингтон). Департамент Охраны Окружающей Среды. Том I, II, III., М., 1991.

100. Справочник проектировщика. Градостроительство. М., 1978

101. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология 2-е изд., испр. - С-П.: Химия, 1996. - с. 139. всего 240с.

102. Стены и фасады. Современные строительные конструкции, №3,2000 г

103. Успешная сертификация на соответствие нормам ИСО серии 9000: Руководство по подготовке, проведению и последующей сертификации. изд.:ЕскЪагс1 Kreier.- Kissing: Forum Verl/ Herkert-Losebl.-Ausg. 1995.

104. Ушаков, Н.Г. Комарова, JI.B. Ромина. Москвоведение/ природа и экология. -М.: 1997г. с. 95

105. Фальковский.Н.И. Москва в истории техники. Московский рабочий. 1950 г.

106. Филин В.А. Видеоэкология и архитектура, М. 1995 г.

107. Флетчер Д. О государстве русском, изд. 2, СПБ. 1905

108. Хикс Ч.Р основные принципы планирования экспериментов М Мир 1967

109. Цветков О.Фасадные краски. Свойства и принципы выбора. Строительное оборудование и Материалы. Февраль 1999 г.

110. Чаплыгин И.Н., Папичев В.И. О критериях оценки техногенной нагрузки на окружающую среду. ЭКиП, Экология и промышленность России, дек.2000 г.

111. Чепурных Н.В., Новоселов A.JI. Планирование и прогнозирование природопользования. «Учебное пособие». -М.: Интерпракс, 1995

112. Чернов М.М. Обои и отделочные материалы для ремонта квартир, М. Стройиздат, 1989г

113. Шильд Е., Освальд Р., Роджер Д., Швайкерт X. Предотвращение повреждений конструкций в жилищном строительстве. Перевод с немецкого И.С. Шаповалова, М. Стройиздат., 1980 г.

114. Шевцов К.К. Охрана окружающей природной среды в строительстве. -М.: Высшая школа, 1994. 238 с.

115. Экология крупного города.(на примере Москвы). Под ред. д.б.н. А.А. Минина.М.2001 г.

116. Экологический СЛОВАРЬ. Конкорд Лтд-Экопром, 1993.

117. Экологический словарь. Интернет.

118. Экономическая и финансовая политика в сфере охраны окружающей среды. Госкомэкология России. М.: 1999

119. Яковлев А.Д. Порошковые краски. Ленинград, Химия, 1987 г.

120. Яковлев А.Д. Химия и технология Лакокрасочных покрытий. Ленинград, Химия 1989г.

121. The Handbook of Sustainable Buildings: a practical design tool. Buildings and environment. Second International Conference. June 9-12, 1997, Paris, France. Assessment methods Natural resources.

122. BUILDING WITH PHOTOVOLTAICS. ARNE ELMROTH AND ELISABETH KJELLSSON, Department of Building Physics, Lund University, SWEDEN. 1997

123. PHOTOVOLTAICS FOR FACADES. Technological introduction to photovoltaics. JYRKI LEPPANEN is a Senior Researcher with Neste Advanced Power Systems, FINLAND

124. A Geocoded Information System for Sustainable Urban Development.

125. Dr. Luc Adolphe, France/ Second International Conference Buildings and the Environment, June 1997, Paris.

126. TONI J. N. SCHOEN is the Operating Agent of Task VII and Head of PV in building with Ecofys, the Netherlands. 1997.

127. Building sustainability. Handout for local authorities. Association of Netherlands Municipalities. 1998.

128. J/ Mascarenhas Mateus, Prof. K. van Balen. "Meteng van de Waterbsorptie door de pijpmetode", KULeuven, Civil Engineering Department publication.