Дистанционный тур краевого форума «Молодежь и наука»

	Дистанционный тур краевого форума «Молодежь и наука»
Полное название темы работы	Влияние некоторых факторов окружающей среды на состояние строительных материалов
Название направлений форума	Проблемы биосферы
Тип работы	Исследовательская работа
Возрастная номинация	10 класс
Фамилия, имя, отчество(полностью)автора, дата рождения(ДД. ММ. ГГГГ)	, ,
Домашний адрес автора	г. Сосновоборск ул. 9-ой Пятилетки 12-23 г. Сосновоборск, ул. Ленинского комсомола 22-25
Место учебы:	Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Гимназия №1» г. Сосновоборска
Класс	10
Место выполнения работы	Школьная лаборатория Авторская школа ученого-исследователя
Руководитель	, МАОУ «Гимназия № 1» Г. Сосновоборска, учитель химии
Научный руководитель	, д. б.н., доцент, профессор кафедры ТООП ТЭИ ФГБОУ ВПО СФУ, педагог авторской школы ученого-исследователя
Ответственный за корректуру текста работы	, МАОУ «Гимназия № 1» Г. Сосновоборска, учитель химии
e-mail(обязательно) Контактный телефон	ooo. *****@***ru

,

г. Сосновоборск МАОУ «Гимназии я№1», 10 класс

Влияние некоторых факторов окружающей среды на состояние строительных материалов

руководитель: , учитель химии.

Научный руководитель: , д. б.н., доцент, профессор кафедры ТООП ТЭИ ФГБОУ ВПО СФУ

Цель работы: оценить степень разрушения строительных материалов (на примере кирпича) под воздействием негативных факторов окружающей среды. Методы исследования: теоретические (изучение и анализ научной литературы по проблеме исследования), эмпирические (эксперимент, сравнение, наблюдение), математические (обработка и анализ данных эксперимента; таблицы, диаграммы), аналитические (сопоставление данных эксперимента с литературными данными). Результаты: показали, что на структуру кирпича оказывают влияние такие факторы окружающей среды как температура (особенно резкие перепады), кислотные осадки. Избыточное увлажнение кирпича под воздействием кислотных осадков приводит к появлению на поверхности кирпича высолов, как следствие протекания химических изменений в структуре.

1. Введение

Актуальность темы. Растут города, меняются технологии и традиции, но стремление людей жить в комфортных и безопасных домах остаётся неизменным. Сосновоборск, является развивающимся городом, всего за 5-6 лет вырос целый новый микрорайон, состоящий преимущественно из кирпичных домов. Сейчас новые, яркие и красивые, они радуют глаз. Но надолго ли хватит этой красоты? Как изменится облик города через несколько лет под влиянием факторов окружающей среды?

Постановка и формулировка проблемы. Возможно, увеличение концентрации в воздухе выбросов углекислого газа, оксидов серы и азота, из-за введения в эксплуатацию новой ТЭЦ, приведшее к увеличению кислотности осадков, вызовет разрушение строительного материала (кирпича).

Разработанность исследуемой проблемы. Факторы окружающей среды действуют равномерно или избирательно в одном или нескольких местах конструкции. В большинстве случаев такие процессы не вызывают немедленного разрушения, но сопровождаются интенсивным физическим износом материала конструкции [1,3,4,9]. Силикатный кирпич очень подвержен пагубному влиянию влажности (высокая способность  влагопоглощения, он поглощает влагу, а влага, при конденсации и замораживании, разрушает кирпич изнутри) и температуры, керамический же склонен к появлению на нём высолов, склонен к высаливанию [2,11]. В настоящее время г. Сосновоборск можно отнести к экологически чистым городам [7] - вокруг него расположен сосновый лес, занимающий значительную площадь, население города составляет невелико (примерно 35000 человек), отсутствует перегруженность автотранспортом и загазованность атмосферного воздуха не очень высокая. Но в 2010 году произошел запуск Железногорской ТЭЦ, на которой в качестве топлива используется уголь в отличие от ранее действующей Сосновоборской ТЭЦ, где использовался мазут, что может привести к увеличению выбросов отходящих дымовых газов: оксид углерода (CO) и диоксид азота (NO2), при незначительном снижении в составе диоксида серы (SO2)и диоксида азота (СО2) [7]. А это в свою очередь может повысить кислотность осадков и возможно скажется на эксплуатационных свойствах строительных материалов [5, 6, 8].

2. Основная часть.

Цель работы: оценить степень разрушения строительных материалов (на примере кирпича) под воздействием негативных факторов окружающей среды

Для достижения цели были сформулированы задачи:

1.  проанализировать литературные источники по теме исследования с целью ознакомления с технологией производства кирпича;

2.  смоделировать ситуацию воздействия различных факторов окружающей среды (осадки, температура) с учетом экологической обстановки г. Сосновоборска на данный строительный материал;

3.  исследовать изменения в структуре кирпича после воздействия различных факторов окружающей среды (осадки, температура);

4.  сделать вывод о необходимости дополнительной защиты кирпича при использовании в данных климатических условиях.

Методы и методики решения основных задач. Использованные образцы кирпичей были отобраны на строительных объектов г. Сосновоборска и подвергализь анализу согласно ГОСТ 530-80 [10]. Проведенные исследования показали, что данный строительный материал соответствует ГОСТу. Отклонения от номинальных размеров и показателей внешнего вида лицевой поверхности кирпича находились в пределах нормы, водопоглощение кирпича - 6,0%, облицовочного 8%, что так же соответствует норме.

Моделирование экологической ситуации проводилось с учетом обстановки г. Сосновоборска. С этой целью были взяты данные последних исследований проводимых в период с 2009 по 2012 г. [7]. Так, рН дождевой воды в 2012 г. составил 5,0; снеговой – 5,8. Для проведения эксперимента были взяты образцы снеговой и дождевой воды и приготовлены контрольные растворы сернистой кислоты и углекислого газа со значением pH 5-6. Один образец, для сравнения, смачивался чистой (дистиллированной) водой. Воздействие оказывалось капельным методом и полным погружением кирпича в данные растворы в разных временных интервалах: 1 час, 2,5 часа, 4 часа, 6,5 часов, 24 часа.

Поскольку в нашем климате наблюдаются достаточно резкие перепады температуры (в пределах одного сезона до 200С) исследовали влияние температурного режима на изменение параметров кирпича, а также образцы кирпича подвергали увлажнению с последующим резким охлаждением.

Полученные результаты и их обсуждение. Результатами воздействия различных факторов окружающей среды на кирпич стали отклонения от ГОСТа таких параметров, как показатели внешнего вида лицевой поверхности, ширины щелевых пустот, трещин в межпустотных перегородках кирпича, а также водопоглощение кирпича. Так, при воздействии на образцы кислотных растворов зарегистрировано появление высолов особенно интенсивно там, где воздействовали на кирпич раствором углекислого газа в воде. Объяснить данный факт можно протеканием химической реакции согласно уравнениям: CaO + CO2 → CaCO3, CaCO3 + CO2 + H2O→ Ca(HCO3)2. Образования Ca(HCO3)2 на поверхности кирпича являются растворимыми, а значит, в дальнейшем при воздействии на кирпич влаги (дождь, снег) могут вымываться. Менее интенсивный налет наблюдался при воздействии раствора сернистой кислоты, так как образующийся сульфит кальция является малорастворимой солью. Данное химическое превращение можно описать химическими уравнениями: CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 +H2O. При воздействии чистой воды высолов на кирпиче не обнаружено.

При длительном воздействии средних и высоких температур на кирпич заметных изменений в структуре и внешнем виде лицевой поверхности кирпича не произошло. При длительном воздействии низких температур на кирпич на поверхности был обнаружен белый налет - в результате воздействия низких температур образуются кристаллогидраты солей натрия: Na2CO3·10H2O и Na2SO4·10H2O.

Таблица 2 – Характер повреждений кирпича при оказании физического воздействия.

Температура	Время воздействия	Характер механических повреждений
1	2	3
400С	1 час	Повреждений не отмечено
2,5 часа	Увеличение кол-ва, общего размера трещин на 3 см.
4 часа	Увеличение кол-ва, общего размера трещин на 6см.
6,5 часа	Увеличение кол-ва, общего размера трещин на 6,8 см.
24 часа	Увеличение кол-ва, общего размера трещин на 12 см.
300С	1 час	Повреждений не отмечено
2,5 часа	Повреждений не отмечено
4 часа	Увеличение кол-ва, общего размера трещин на 2,8 см.
6,5 часа	Увеличилось количество продольных трещин на 6,1 см.
24 часа	Значительное увеличение количества трещин. Размер трещин увеличился в среднем на 5 см продольных и на 8 см поперечных.
200С 100С -100С	1 час	Повреждений не отмечено
2,5 часа	Повреждений не отмечено
4 часа	Повреждений не отмечено
6,5 часа	Повреждений не отмечено
24 часа	Повреждений не отмечено
-300С	1 час	Повреждений не отмечено
2,5 часа	Увеличение кол-ва трещин: в среднем на 2 см продольных и на 3,5 см поперечных.
4 часа	Значительное увеличение кол-ва трещин: в среднем на 6 см продольных и на 9 см поперечных.
6,5 часа	Значительное увеличение кол-ва трещин: в среднем на 7,5 см продольных и на 9,8 см поперечных.
24 часа	Значительное увеличение кол-ва трещин: в среднем на 6 см продольных и на 10 см поперечных.
10-400С	0,5 часа нагрев 0,5 часа охлажд.	Значительное увеличение кол-ва трещин: в среднем на 3-4 см продольных и на 5-6 см поперечных.
-10 – -400С	0,5 часа нагрев 0,5 часа охлажд.	Два из трех образцов кирпича при оказании физического воздействия раскрошились. 1 образец разрушению не подвергся, но значительно увеличилось количество трещин (на 68%)

При создании условий резкого перепада температур (нагрев 150С - охлаждение -100С; -100С - -300С) было отмечено понижение прочности кирпича, которое определялось посредством физического воздействия одинаковой силы (зажим в тисках). Появившиеся повреждения кирпича при воздействии высоких температур возникают в результате разложения карбоната кальция, согласно уравнения реакции: CaCO3→ CaO + CO2. Выделяющийся углекислый газ при расширении создает дополнительные повреждения. Кроме того, воздух, содержащийся в щелевых пустотах при расширении способен расшатать межпустотные перегородки (табл. 2).

Чем больше была продолжительность воздействия выше описанных факторов, тем сильнее проявлялся результат воздействия. Так, при совместном воздействии повышенной температуры (3и кислотных осадков наблюдался более интенсивный высол на поверхности. При увлажнении с последующим охлаждением заметно снижается прочность кирпича, что объясняется действием замерзшей воды. Изменение площади пятна высола и общей длины трещин трех образцов представлены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Изменение площади пятна высола (см2)

Рис. 2. Изменение общей длины трещин (см)

Заключение

1.  Изучена технология производства кирпича, выявлена зависимость видов кирпича от сырья и технологии производства.

2.  На структуру кирпича оказывают влияние такие факторы окружающей среды как температура (особенно резкие перепады), кислотные осадки. При воздействии высоких температур значительно снижается прочность кирпича.

3.  Повышение кислотности влажных осадков, вызванное увеличением концентрации CO2 и SO2 в атмосфере в связи с запуском Железногорской ТЭЦ, способно оказать влияние на состояние строительного кирпича.

4.  Избыточное увлажнение кирпича под воздействием кислотных осадков приводит к появлению на поверхности кирпича высолов, как следствие протекания химических изменений в структуре.

Список литературы

1.  Изделия и материалы для индивидуального строительства / Справочник: справочное пособие/ - М.: Стройиздат, 1990. – 448 с.

2.  А. Горбов. Фундаменты. Стены. Фасады: учебное пособие/ А. Горбов. – М.: Сталкер, 2010. – 192 с

3.  Бойко обслуживание и ремонт зданий и сооружений: Учебное пособие для вузов. / - Л.: Стройиздат, Ленингр. отделение, 1986. —256 с.

4.  . Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии: учебное пособие для студентов высших учебных заведений/ , – М. : КолосС ,20с.

5.  Попов качества строительных материалов : справочное пособие / , , – издание 2-ое, дополненное - М. : АСВ, 20с

6.  Курдин и износ зданий / – Южно - Уральский Государственный Университет, Архитектурно-строительный факультет, Челябинск 2004г.

7.  Копысова экологического состояния г. Сосновоборска (исследовательская работа) //, сборник «Интеллект и наука» труды XII Международной научной конференции – Красноярск: Центр информации, 2012 гс.

8.  Устименко и каменные стены жилого дома/ // Жилищное строительство. – 2002. №8. – С. 25-28

9.  К. Причины дефектов наружных стен с лицевым слоем из кирпичной кладки / //. Жилищное строительство. 2008. № 3. С. 28-31.

10.  ГОСТ . Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. – Взамен ГОСТ 530-95; введён 0-95, вместо 530-80, 19 апреля 95)

11.  Кириченко окружающей среды на материалы строительных конструкций – (http://www. *****/text/1720)