Экологическое материаловедение -
Гигиеничность строительных материалов
Строительные материалы могут представлять опасность для здоровья людей. В одном из докладов ООН по экологической опасности строительных материалов отмечается, что многочисленные вредные факторы, обусловленные строительными материалами, будучи малыми каждый в отдельности, могут оказывать опасное суммарное воздействие.
В начале XX века благодаря стараниям архитекторов-модернистов в строительную практику широко внедрились железобетон, сталь, стеклоблоки, пластмассы. Дом окончательно перестал быть частью окружающей среды.
Проще всего было бы сделать стены из металла и утеплителя. Производственные здания так часто и строятся — из панелей утеплителя, облицованного алюминием или листовым железом. Однако несмотря на всю их дешевизну и удобство в строительстве, жилые дома из них не делаются. Человек инстинктивно (и обоснованно) стремится жить в окружении материалов биогенного или, по крайней мере, природного происхождения. С точки зрения влияния на здоровье человека материалы можно расположить в следующей последовательности: наименее желательны в качестве конструкционного материала металлы, в следующую группу входят различные пластики, бетон, камни с кристаллическими компонентами, битумные материалы, более предпочтительны глиняный кирпич, мягкие камни осадочного происхождения. Наилучшими являются материалы биогенного происхождения: дерево, солома, торф и другие растительные материалы, необожженные грунтоблоки и т. д.
Дерево остается до настоящего времени одним из лучших материалов для строительства жилых домов. На Западе деревянные дома относятся к категории дорогих и престижных. С другой стороны, дерево, будучи материалом долговечным при грамотном применении, при неправильном его использовании оказывается пожароопасным и подверженным биоповреждениям. Многие же пропитки и поверхностные защитные составы для дерева весьма токсичны. Известно немало случаев, когда недалекие люди строили дома из старых деревянных шпал, которые, как известно, пропитываются высокотоксичным креозотом. В настоящее время появилось множество новых пропиток и покрытий для деревянных конструкций, производители которых заявляют об их экологической безопасности, однако пока трудно судить, насколько их заявления соответствуют истине. В то же время применение старинных полузабытых технологий использования древесины позволило бы во многих случаях сделать ненужным применение пропиток и покрытий.
О ценности старых технологий можно судить по такому примеру. В Елабуге в свое время решили врезать в резервуар для воды на старой дореволюционной водонапорной башне дополнительный вентиль. Только когда стали резать автогеном на вид металлические стенки, обнаружили, что они сделаны из картона с какой-то неизвестной пропиткой.
Изделия из модифицированной древесины — фанера, древес-но-стружечные и древесно-волокнистые плиты и т.д. включают нередко токсичные компоненты в связующих веществах и должны оцениваться в зависимости от их конкретного состава. Например, присутствие в помещениях панелей ДСП без ламинирующего покрытия ведет к интоксикации фенолом. Сырой грунт как строительный материал обладает, как правило, хорошими гигиеническими свойствами, дома, построенные из него, стоят сотни лет. В Европе в последнее время возрождается интерес к строительству зданий из грунта, принята международная исследовательская программа.
В последнее время учащаются попытки строить жилые дома из металла. Опыты над животными показывают, что длительное пребывание внутри металлических оболочек или клеток негативно сказывается на их здоровье. Причины этого достоверно не установлены, одна из гипотез состоит в том, что металлические конструкции экранируют магнитное поле Земли. Исходя из нежелательности присутствия в конструкциях дома металлов и пластиков, не могут быть рекомендованы такие рекламируемые на строительном рынке материалы, как металлическая и пластиковая черепица, различные панели с использованием листового металла, металлический и пластиковый сайдинг и отделочные панели, железобетонные дома и дома с металлическим каркасом.
Арматурная сталь в железобетоне может быть заменена стеклопластиком или базальтопластиком. Перекрытия из стеклобето-на в несколько раз легче железобетонных, более устойчивы к химическим воздействиям и долговечны. Сам бетон в силу вариабельности его состава может представлять большую или меньшую опасность для здоровья. Исследования показали, что токсичность бетона зависит от использованных в его производстве компонентов. Так, иногда применяемая при его производстве зола может иметь повышенную радиоактивность, гальванические шламы — выделять тяжелые металлы. Бетон на гранитном щебне часто бывает с избыточным радиоактивным излучением (онкологические заболевания). Вода, используемая при приготовлении бетонов, должна отвечать довольно строгим стандартам чистоты. Поскольку на практике эти требования часто не выполняются, бетон может приобретать токсические свойства и по этой причине. Для России существует список регионов, в которых не рекомендовано добывать те или иные строительные материалы из-за чрезмерного содержания в них радионуклидов или тяжелых металлов. Использование шлаков, золы энергетических предприятий и других отходов производства для изготовления строительных конструкций должно сопровождаться проверками на токсичность и радиоактивность.
Сейчас практически всеми специалистами признано, что громкая кампания против применения асбеста в строительных материалах была инспирирована в целях конкурентной борьбы компаниями, производившими продукцию аналогичного назначения, но без применения асбеста. Опасность асбеста во внутренних строительных конструкциях так и не была доказана. Например, апелляционный суд США отменил постановления Агентства по защите окружающей среды о запрете использования асбеста и изделий, его содержащих. Химически асбест безвреден, опасность могут представлять мелкие обломки его волокон, благодаря своей малости способные проникать глубоко в легкие и наносить механические повреждения альвеол. Но асбестовой пыли из асбе-стоцементных изделий выделяется сравнительно мало, гораздо больше ее выделяют, например, автомобили, в истирающихся муфтах сцепления которых присутствует асбест. Поэтому, несколько перестраховываясь, не следует использовать асбестоце-ментные изделия там, где они могут контактировать с внутренним воздухом помещений. Во всех иных случаях, в частности в наружной отделке, он может применяться без опасений.
Теплоизоляционные материалы
По строительным нормам к утеплителям относят материалы с коэффициентом теплопроводности X меньшим 0,2 Вт/(м.°К). В свете современных тенденций энергосбережения эту планку следовало бы снизить до 0,1 Вт/(м.°К). Утеплители можно разделить на минеральные, натуральные, органические и полимерные.
К минеральным утеплителям относятся: пеностекло, пемза искусственная, пеноасбест, пеноцемент, пеногипс, легкие пенобето-ны, некоторые марки пористых глиняных и диатомовых кирпичей, вспученный перлит и вермикулит и т.д. Отдельно следует упомянуть волокнистые минеральные утеплители — стекловату, шлаковату, базальтовую вату. В целом минеральные утеплители отличаются долговечностью, устойчивостью к биоповреждениям, безвредностью для здоровья человека, поэтому возможность использования их следует рассматривать в первую очередь.
Наилучшим комплексом качеств обладает пеностекло — своеобразный король утеплительных материалов. Оно долговечно, безвредно, может производиться из отходов — стеклобоя, обладает минимальным влагопоглощением и может длительно работать без потери качеств даже в грунте. Последнее уникальное свойство позволяет использовать его для наружного утепления подвалов и фундаментов. К сожалению, отечественное производство его в годы перестройки было развалено, а, например, бельгийское стоит сейчас непомерно дорого (500 долл./м ). Приемлемым по цене является пеностекло сохраненного с советских времен в Белоруссии Гомельского завода.
Минеральноволокнистые утеплители обладают рядом недостатков, в их числе высокое влагопоглощение, низкая механическая прочность, из-за чего они могут давать усадку, образовывая сквозные пустоты. Это, в частности, произошло в Ленске, и вызвало промерзание отдельных участков стен из-за некачественного выполнения работ по закреплению утеплителя. Для повышения прочности минеральные ваты иногда пропитывают полимерными смолами, получая минераловатные плиты в отличие от непропи-тываемых прошивных матов, но это нарушает их гигиеническую непорочность. Кроме того, минераловатные утеплители должны быть надежно изолированы от внутреннего пространства, во избежание попадания микроскопических обломков их волокон с током воздуха внутрь помещений.
К натуральным органическим утеплителям относятся пакля, вата, шерсть, войлок, костра, мох, торф-сфагнум, хвоя, камыш, солома, древесная стружка, сухие листья, подсолнечная лузга, опилки, сено, пробка и т.д. Практически все они сейчас незаслуженно забыты и не используются. Некоторое применение находят утеплители из модифицированных природных материалов: геокар (на основе опилок и торфа), эковата (из макулатуры), кострово-локнит (отходы обработки льна и конопли), картонный скоп, камышит, плиты и засыпки из модифицированной древесины. Для устранения таких присущих некоторым из них недостатков, как горючесть и биоповреждаемость, эти материалы могут пропитываться или покрываться различными предохраняющими составами, что нередко делает их небезопасными для здоровья. Их применение требует тщательного выполнения гидро- и пароизоляци-онных работ во избежание их намокания и загнивания.
Хорошо зарекомендовали себя засыпные натуральные утеплители на основе отходов переработки растительного сырья — льняная и конопляная костра. Эти материалы отличаются еще и тем, что в них не поселяются насекомые и грызуны.
Превосходными качествами для малоэтажного строительства обладает такой материал, как солома. Впервые дома из соломы в конце XIX века были построены в США после появления машин по приготовлению прессованных соломенных блоков. Соломенные стены, покрытые несколькими слоями отделочных материалов, обладают высокой степенью огнестойкости, что выгодно отличает их от деревянных. Оказалось, что солома в стенах не гниет и не заселяется грызунами. Дом из соломенных блоков быстро строится (около месяца двумя людьми), дешев, отлично теплоизолирован (коэффициент термического сопротивления стен 8—10 м2.град./Вт, так что не обязателен слой дополнительной теплоизоляции), и обладает хорошими гигиеническими свойствами. Он может быть каркасным и бескаркасным.
Стебли соломы в плане удельных нагрузок на изгиб работают в более тяжелых условиях, чем стволы деревьев, поэтому в них в 2-3 раза больше содержание вещества, дающего стеблям и стволам растений прочность,— кремнезема. Таким образом, солома в отношении прочности и долговечности — супердерево. Это придает соломе ценное свойство — спрессованная свыше определенной плотности солома становится негорючей. Причина в том, что после обгорания тонкого наружного слоя (2—4 см.) образуется плотная кремнеземная корка, препятствующая дальнейшему поступлению воздуха и, тем самым, останавливающая пламя. Испытания проводились в разных странах, с одинаковым результатом. Более того, даже соломенные блоки, имеющие низкую плотность (порядка 80—100 кг/м3), обладают свойством самозатухания пламени в них, если они оштукатурены с одной стороны. В качестве утеплительного материала используется и камыш, поскольку в нем еще больше кремнезема он не горит.
Наилучшими качествами обладает ржаная солома. Она соединяет в себе дешевизну и одновременно высокие утеплительные и гигиенические свойства. Американские специалисты считают ее более гигиеничным материалом, чем дерево, по этой причине дома из соломы в настоящее время стали модными в США. Они, по образному выражению, перешли из категории домов для бедных в категорию «для умных богатых». Разработаны архитектурно строительные системы, при использовании которых соломенные стены становятся негорючими и не повреждаются грызунами и грибками. Первые соломенные дома были построены в США в конце XIX века, некоторые из них сохранились и находятся в хорошем состоянии, что свидетельствует о долговечности соломы как строительного материала.
В настоящее время, в США строительство соломенных домов после периода забвения в середине XX века, переживает подъем, выпускаются руководства и журналы по их строительству, учитывающие последний опыт. Перевод одного из руководств на русский язык выпущен в Минске.
Довольно многочисленна группа утеплительных материалов на основе вспененных пластмасс. Их отличают, с одной стороны, повышенные теплоизоляционные свойства, а с другой — в той или иной мере дороговизна и токсичность. Наиболее широко применяется пенополистирол. Следует различать две его существенно отличающиеся разновидности: обычный и экструзионный пенополистирол. Последний отличается низкой токсичностью и влагопоглощением, прочностью, долговечностью, устойчивостью к агрессивным воздействиям внешней среды, благодаря чему может укладываться и в землю для утепления фундаментов. Однако он дорог и поэтому применяется ограниченно.
Обычный же пенополистирол обладает большим разбросом качественных характеристик в зависимости от производителя. Он может быть очень вредным и не очень, более или менее долговечным или нет. В любом случае это не безвредный материал, который если и применять, то только тщательно изолировав внутренние помещения от проникновения его выделений. Это делают не всегда, с чем связаны инциденты, подобные описанным в начале этой главы. Кроме того, пенополистирол при пожаре выделяет ядовитые газы и недолговечен.
При возведении домов с использованием несъемной опалубки из пенополистирольных блоков и при отделке изнутри сухой штукатуркой или вагонкой в помещения попадают молекулы стирола (раздражение слизистых оболочек, глаз, головная боль, тошнота, спазмы).
Иногда в листовые утеплители встраивают металлизированные отражательные пленки. Они снижают часть теплового потока, передающегося излучением. В рекламе утверждается необычайная эффективность таких пленок для повышения теплоизоляционных свойств. Однако на самом деле они повышают теплоизоляционные свойства материалов только на 10—20%. С другой стороны, они являются воздухонепроницаемым барьером и создают эффект металлической оболочки, что ставит целесообразность их применения под вопрос.
В последнее время появились сообщения о выходе на рынок гражданской продукции утеплительного материала, разработанного НАСА для «шаттлов» и нашедшего широкое применение в военной технике. Материал применяется в виде краски, наносимой на поверхности в жидком виде. После застывания она образует прочный слой, обладающий высоким термическим сопротивлением. Его теплоизоляционные свойства определяются наличием в его составе микроскопических пустотных герметичных вакуумированных гранул. Их свойства подобраны так, что они препятствуют не только молекулярному, но и радиационному переносу тепла. Получается что-то вроде жидкого термоса. Материал выдерживает высокие температуры и умеренно опасен при пожаре. Достоверные данные о его коэффициенте теплопередачи на момент написания книги отсутствуют, разные источники приводят значения от 0,1 до 0,001 Вт/м.°К). Если верно последнее значение, то материал попадает в категорию умеренно дешевых утеплителей. Аналогичный материал должен иметься и у российского космического ведомства, но он остается погребенным под завалами излишней секретности.
Новые утеплительные материалы еще недостаточно изучены, в частности с точки зрения их возможного вредного воздействия и долговечности. Это относится, прежде всего, к утеплителям на основе синтетических материалов. Материалы лабораторных исследований показывают невысокую прогнозную долговечность многих распространенных полимерных утеплителей, что демонстрируется графиком.
Для обнаружения вредного действия какого-либо нового материала, иногда требуются десятилетия. Так первоначально ДДТ считался безвредным для человека, а спустя два десятилетия был признан опаснейшим токсикантом. Поначалу считавшийся безопасным поролон сейчас во многих странах запрещен в изделиях которые могут контактировать с кожей, как потенциальная причина рака. Из-за высокого уровня выделения формальдегида в Канаде применение мочевино-формальдегидных пенопластов в качестве утеплителей было запрещено в 1980 г., в США с 1982 г. запрещено их применение в школах и жилых домах.
Какую раму мыть маме
Немаловажное значение имеют материалы, из которых изготовлены оконные рамы. Казалось бы, выбор невелик — ПВХ, дерево, металл, стеклопластик. Однако это не совсем так, поскольку под аббревиатурой ПВХ скрывается множество различных материалов неизвестного состава. Каждая фирма выпускает свой материал на основе ПВХ, скрывая его состав как коммерческую тайну. Соответственно и свойства, такие, как долговечность, токсичность, поведение при пожаре, у них будут разные.
Устаревшие технологии, которые так называемые развитые страны пытаются перенести в СНГ, не обходят фактически ни одну сферу жизни. Одним из примеров могут быть активно рекламируемые в последние годы ПВХ-стеклопакеты — мол, они ни пыль, ни звук не пропускают... ПВХ-стеклопакеты, то есть пластиковые окна, уже стали непременным атрибутом престижа. Однако если взглянуть на Запад, откуда они к нам пришли, можно увидеть совсем другое.
Известно, что производство поливинилхлоридов (ПВХ) наиболее опасно тем, что диоксины при этом выделяются на каждой из четырех стадий изготовления, причем по нарастающей. В зарубежных странах требования к химическим производствам все более ужесточаются, вводятся запреты на те же ПВХ. Кроме того, при горении материалы из ПВХ выделяют массу токсичных веществ.
Австрия с 1992 г. запретила использование всех хлорсодер-жащих компонентов в товарах бытового назначения — красках, клеях, пропитках. Более того, в стране прекращено использование медицинского оборудования из ПВХ, оконных рам, других строительных конструкций. Страны Скандинавии плюс ко всему отказались от отбеливания хлором бумаги, а также использования упаковочных материалов и бутылок из ПВХ.
Одной их альтернатив окнам из ПВХ являются деревянные, производимые по новым технологиям. Европа уже давно вернулась к деревянным рамам — весь вопрос в том, как их делать, по какой технологии. Наиболее «продвинутые» деревообрабатывающие комбинаты уже производят такие деревянные стеклопа-кеты, которые ни в чем не уступают так разрекламированным окнам из ПВХ, причем цены выгодно отличаются от последних. Возвращение к деревянным рамам, только на более высокотехнологичном уровне, выгодно со всех сторон. Во-первых, при производстве этих изделий фактически не образуется побочных токсичных для биосферы веществ. Да и отслужив свой срок, такие рамы не превратятся в токсичные отходы в отличие от ПВХ. Во-вторых, развитие деревообработки означает уменьшение экспорта круглого леса, а значит, более разумное использование лесных ресурсов страны. В-третьих, обычно такие комбинаты — местные небольшие предприятия, в цехах которых работает по 15 человек — вот она и поддержка местного производителя, и поддержка малого и среднего бизнеса. Так что альтернатива грязной технологии есть всегда. Это вопрос выбора.
Отделочные материалы
В состав современных отделочных строительных материалов часто включаются химические добавки, улучшающие их технологические свойства, но небезопасные для здоровья. Так, в большинстве красок содержатся токсичные и органические соединения. Если это не диктуется жесткой необходимостью, лучше не пользоваться новомодными штукатурками, клеями, другими отделочными материалами с улучшенными свойствами, так как их особые свойства достигаются введением в их состав химических добавок с неизвестным влиянием на здоровье. Можно посоветовать следующий метод для грубой проверки какого либо материала. Поместите образец в чистую стеклянную банку с плотно закрывающейся крышкой на несколько дней. Потом осторожно откройте крышку и доверьтесь собственному носу. Результаты такой проверки бывают весьма впечатляющими. «Вещества без запаха» могут удивить сильным «ароматом», и весьма неожиданным.
Не рекомендуется оклейка стен жилых комнат моющимися обоями или самоклеющимися пленками, окрашивание их масляными красками — это препятствует нормальной вентиляции стен, ухудшает комфорт помещений.При отделке помещений рекомендуется максимально избегать пластиков и других синтетических материалов.
Натуральный линолеум
Линолеум получил свое название от безобидного и весьма вкусного льняного масла, на основе которого он первоначально в XIX веке изготовлялся в качестве натурального продукта. Современный линолеум изготовляется в большинстве случаев из довольно токсичных химических соединений. Летучие выделения синтетического линолеума имеют резкий запах и вносят заметную долю в загрязнение внутреннего воздуха помещений.
В нашей стране, как, впрочем, и во всей Восточной Европе, название «линолеум» обозначает разные виды эластичных напольных покрытий в большинстве своем на основе поливинил-хлорида (ПВХ). Европейские же нормы определяют линолеум как материал, в котором полимеризация, то есть прочное соединение мельчайших частиц (молекул), происходит исключительно за счет присоединения кислорода высыхающим маслом, таким, например, как льняное или соевое масло, без добавки чужеродных синтетических материалов. Найти натуральный линолеум в наших магазинах совсем не просто.
Только в 80-е годы снова вспомнили о линолеуме как о продукте из экологически чистого сырья. Сейчас натуральный линолеум переживает второе рождение. Линолеум — единственное на рынке напольное покрытие, состоящее преимущественно из натурального сырья. Он производится из льняного масла, живицы, древесной и пробковой муки, молотого известняка, цветных и белых пигментов. В качестве материала основы при производстве линолеума используется джутовая ткань, изготовляемая из растительных волокон.
Благодаря натуральным материалам, входящим в состав линолеума, он уникален в строительно-биологическом и экологическом аспектах. В отличие от синтетических заменителей натуральный линолеум не выделяет хлора, паров пластификаторов и формальдегида. Сразу после поставки с завода-изготовителя линолеум обладает натуральным «лесным» запахом, который быстро выветривается после укладки материала.
Еще одним важным фактором является отсутствие проблемы утилизации. Натуральный линолеум в отличие от ПВХ покрытий утилизируется обычным биологическим путем, не нанося вреда окружающей среде. Что касается ненатурального линолеума, то от него следует отказаться.
Пробка
Пробка относится к группе древесных материалов. В настоящее время из пробки производят несколько типов напольных покрытий, отличающихся по конструкции. Все они представляют собой многослойные сэндвич-панели, основой которых является агломерированная (прессованная) пробка, покрытая с лицевой стороны декоративным шпоном из пробки или ценных пород дерева. Панели выпускаются как с защитным (лаковым или виниловым) слоем, так и без покрытия, т.е. полностью натуральные. Пробковые полы обладают значительным сопротивлением скольжению, амортизирующими и теплоизоляционными свойствами, создают приятное ощущение при ходьбе и благотворно влияют на опорно-двигательный аппарат. Пробка — хороший изолятор ударного шума, не накапливает статическое электричество (не притягивает пыль) и не выделяет никаких вредных соединений. Пробковые материалы могут применяться не только для настилки полов, но и для покрытия стен.
О красках и лаках
Люди чаще обращают внимание на то, из чего сделана вещь, чем на ее покрытие. Полезные свойства любого натурального материала можно загубить, использовав вредные химические покрытия или пропитки. Так, например, нельзя строить дома из старых деревянных шпал, пропитанных креозотом. Покрасив деревянный дом воздухонепроницаемой масляной краской, можно свести почти на нет полезные свойства дерева и т.д. Если подходить к выбору обоев, паласов, клеенок и т.д., неразборчиво, то квартира превратится в склад химических продуктов. Склонность к окрашиванию всего, что нас окружает, получила наибольшее распространение в век химии, когда резкий запах химических веществ стал считаться непременным атрибутом жизни. Таким образом, все вообще превратились в токсикоманов поневоле. Кроме того, широкомасштабная мода на окраску домов и мебели усилилась после того, как их начали делать из мусора и отходов, не стойких к воздействию внешней среды.
Краски, лаки и другие покрытия должны удовлетворять трем критериям безопасности. Они не должны приносить вред, во-первых, летучими выделениями, во-вторых, при контакте с кожей и, наконец, при случайном попадании внутрь организма. Одним из наиболее качественных и безвредных покрытий является натуральная олифа. Ее название происходит от плодов оливкового дерева. Чаще ее делают на основе льняного или конопляного масла. Ее надо отличать от синтетических олиф, которые иногда маскируют под натуральные. В последнее время начаты разработки биологически активных красок. Они, например, могут обладать бактерицидными свойствами. Такие краски отечественного производства уже имеются в продаже.
На Западе вновь входят в моду натуральные краски, лаки, другие отделочные материалы. В качестве примера можно привести стеновой отделочный материал SAJADE. Он изготовлен из смеси природных волокон, растительного сырья и минералов. Заменяет побелку, окраску, обои, дышит, обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами. Следует иметь в виду, что лаки и краски делятся на категории в зависимости от того, предназначены ли они для наружного или для внутреннего применения. Для материалов наружного применения главное — высокая сопротивляемость разрушающим факторам внешней среды: перепадам температур и влажности, прямому солнечному излучению, ветровому воздействию и т.д. Требования к их безвредности по понятным причинам значительно снижены, поэтому применение их для внутренней отделки создаст угрозу здоровью.
Натуральные интерьеры
Очевидно, что в экодоме должны присутствовать только безопасные для здоровья, по преимуществу натуральные материалы. Все натуральное создает дружественную визуальную среду, служит сильным антидепрессантом и антистрессором. Вид состарившейся пластмассы и любой другой синтетики вызывает состояние безнадежности и психической деструкции, благородная же патина времени на дереве и следы погодных воздействий на камне рождают чувство удовлетворения и подъем настроения.
Выше, в главе о качестве воздуха, говорилось, что отделка помещения, мебель и т.д. могут служить источниками тех или иных вредных воздействий. В особенности это присуще различным пластикам, синтетическим и многокомпонентным материалам.
Экологическое материаловедение -
