Эмиссия аммиака из бетонных конструкций и методы ее снижения
Участившиеся случаи эмиссии аммиака из строительных конструкций обуславливают необходимость разработки специальных мер по ее снижению, а также методов нейтрализации вредного воздействия аммонийных соединений и других вредных примесей, которые присутствуют в сырьевых компонентах бетонных смесей.
В последние годы в России одной из проблем является загрязнение воздушной среды помещений аммиаком, выделяющимся из бетонных конструкций. Анализ научных источников и патентной информации позволяет сделать вывод, что проблема эмиссии аммиака из бетона встречается и в зарубежной практике строительства [5–8].
Аммиак (NH3) — нитрид водорода, бесцветный газ с резким запахом нашатырного спирта. При нахождении в атмосфере, загрязненной аммиаком, у людей наблюдается раздражение слизистой оболочки глаз, носа и горла.
При хронической интоксикации газообразным аммиаком отмечаются головные боли, расстройства обмена веществ, понижение артериального давления, неврастения, хронические воспалительные заболевания верхних дыхательных путей, угнетение системы иммунитета и кроветворения и др. [1].
Действующими в России нормами не установлена предельно-допустимая концентрация (ПДК) аммиака в воздухе жилых помещений, но согласно гигиеническим нормативам (ГН 2.1.6.1338-03) ПДК аммиака в атмосферном воздухе населенных мест равна: среднесуточная (ПДК с. с.) — 0,04 мг/м3, максимальная разовая (ПДК м. р.) — 0,2 мг/м3.
Табл. 1. Содержание аммиака в воздухе некоторых жилых помещений
Многие химически стабильные соединения и вещества в составе бетонных смесей при совместном использовании с другими органическими или неорганическими соединениями могут интенсифицировать процесс разложения азотсодержащего вещества с выделением газообразного аммиака.
В табл. 1 приведены результаты мониторинга по содержанию аммиака в воздухе помещений многоквартирных домов Санкт-Петербурга (РФ) и города Тяньцзин (КНР): данные таблицы говорят о превышении концентрации аммиака в воздухе помещений в десятки раз.
Аналогичная ситуация с эмиссией аммиака из строительных конструкций происходит в других строительных объектах Санкт-Петербурга и Москвы.
Известно, что аммиак образуется по реакциям гидролиза из аминов, амидов и аммонийных соединений. Подобные вещества привносятся в бетон совместно с химическими модификаторами бетонной смеси и бетона или в виде вспомо-гательных веществ при производстве цемента (интенсификаторы помола), или совместно с отходами других отраслей промышленности, применяемых в качестве минеральных наполнителей (золы, шлаки).
В табл. 2 представлены некоторые вещества, способные выступать в роли источников эмиссии аммиака и нашедшие применение в технологии производства бетона.
Табл. 2. Вещества, способные стать причиной эмиссии аммиака из бетона
Многие соединения и вещества, представленные в табл. 2, при нормальных условиях стабильны в щелочной среде бетона. Однако при совместном использовании с другими органическими или неорганическими соединениями (особенно характерно для комплексных добавок) последние могут интенсифицировать процесс разложения азотсодержащего вещества с выделением аммиака. Некоторые же вещества, такие, как триэтаноламин (ТЭА), применяются в очень малых дозах (400–600 г/т цемента) и при соблюдении технологии не способны к выделению аммиака в значимых количествах [2].
Наиболее вероятными и существенными источниками аммиака в бетоне могут стать такие соединения, как соли аммония, карбамид (мочевина) и другие подобные вещества, применяемые в качестве ускорителей твердения и противоморозных добавок, а также аммонизированная зола-унос [3].
При формировании бетонных конструкций на начальном этапе можно представить бетон в качестве реактора, в котором происходит гидратация минералов портландцемента и протекает процесс гидролиза аммониевых соединений с образованием целого ряда со-единений, в том числе аммиака.
В результате адсорбции аммиак удерживается в порах бетона. На следующем этапе можно считать, что бетонная конструкция работает как десорбер, т. е. идет эмиссия аммиака в объем помещения.
В Санкт-Петербургском Государс-твенном архитектурно-строительном университете (СПб ГАСУ) на кафедре «Строительные материалы и технологии» совместно с кафедрой «Химия» был разработан и успешно реализован на практике способ очистки жилых помещений от аммиака, который заключается в нанесение на бетонные конструкции, выделяющие аммиак, специально разработанного нейтрализатора аммиака — OxRed [4].
OxRed представляет собой раствор окислителя с добавлением углеродных кластеров фуллероидного типа (фуллерены). Фуллерены являются модификатором раствора, стабилизируют его структуру и способствуют проникновению вглубь бетона, т. е. усиливают пенетрационные свойства раствора.
В зависимости от концентрации аммиака в бетоне последний подвергается разовой обработке или двухразовой. Окислитель, проникая в поры бетона, реагирует с восстановителем NH3, мочевиной и другими аммоний-содержащими примесями. Окислительно-восстановительная реакция сопровождается интенсивным выделением газообразных продуктов, и аммиак превращается в основном в азот и другие примеси.
Эффективность способа очистки жилых помещений от аммиака представлена в табл. 3.
Табл. 3. Эффективность способа очистки жилых помещений от аммиака
Наиболее значимый вклад в эмиссию аммиака из бетона могут вносить химические добавки, которые применяются в качестве модификаторов бетона и бетонной смеси-ускорители твердения и противоморозные добавки, а также аммонизированные золы уноса.
Из-за реакции в порах создается давление газов, которые интенсивно выделяются в атмосферу, и может частично выделятся не прореагировавший аммиак. Обработку строительных материалов ведут с одновременной очисткой воздушной среды помещения от выделяющихся газообразных продуктов с помощью абсорбера.
Литература
1. Краткая медицинская энциклопедия. Том 1. 3-е изд. Под ред. Г. В. Петровского. — М.: Советская энциклопедия, 1989 г.
2. Карибаев К. К. «Поверхностно-активные вещества в производстве вяжущих материалов». — Алма-Ата: Наука КазССР, 1980 г.
3. Миронов А. М., Нестеренко В. В. «Исследование эффективности различных покрытий, снижающих эмиссию аммиака из бетона». Отчет НИР, Госрегистрация № 01201065826. — СПб ГАСУ, 2011 г.
4. Шиманов В. Н. «Способ очистки жилых помещений от аммиака» [Текст: Ю. В. Пухаренко, А. М. Миронов, В. Н. Шиманов и др.]. Приоритетная справка Федеральной службы РФ по интеллектуальной собственности от 20.04.2012 г. о рассмотрении заявки № 2012116177 на патент.
5. Higuchi Takayuki [et al]. Method for electrochemical treatment of ready mixed concrete. Патент JP2004122620. 22.04.2004 г.
6. Pollak Vladimir, Chodak Ivan. Method for the treatment of concrete. ПатентSK151099. 11.06.2001 г.
7. Robert F. Rathbone, Thomas L. Robl. A Study of the Effects of Post-Combustion Ammonia Injection on Fly Ash Quality: Characterization of Ammonia Release from Concrete and Mortars Containing Fly Ash as a Pozzolanic Admixture. — University of Kentucky Center for Applied Energy Research. Final Report. 2001.
8. Z. Bai [et al]. Emission of ammonia from indoor concrete wall and assessment of human exposure. — Environment International, № 3. Vol. 32. 2006
Аммиачный бетон выгоняет из новостроек
Санкт-Петербург пару лет назад столкнулся с проблемой устойчиво невыносимого запаха в новостройках. Аммиачный шлейф делает пребывание в купленной квартире или любом другом помещении во вновь построенном доме просто невозможным. Потом оказалось, что подобные вопросы поднимаются не только в Питере. Просто в северной столице масштабы больше. Владельцы нового жилья вынуждены снимать квартиры и бить тревогу, звоня во все колокола. Но сегодня же век компьютерных технологий! Кто их слышит, колокола-то эти…
Действительно, в некоторых новостройках Питера в отдельных (почему?) квартирах внезапно появился ничем неустранимый, очень стойкий «аромат» аммиака. В таких жилищах не то что комфортно жить, а просто находиться стало невозможно. Хозяева таких квартир скорее обратились в местный Роспотребнадзор с просьбой если не принять меры, то хотя бы выяснить причину появления запаха. Причину выясняли долго, но перед этим точно установили, что ПДК аммиака в воздухе в помещениях превышено в 17, 6 раз! Разумеется, жить здесь не представляется возможным.
А как же окончательный вывод – откуда исходит запах? Оказалось, что всему виной – бетон, использованный во время строительства. Вернее, специальные вещества, которые строители добавляют в раствор для придания последнему специфических свойств. Как известно, наши строители работают и в зимнее время, когда бетон твердеет буквально на глазах. При этом во время морозов у растворов значительно снижаются все характеристики, включая прочность и морозоустойчивость. Для того чтобы этого не случалось, производители стали добавлять в него присадки или добавки, содержащие в своем составе нитрат кальция. А еще в бетоны могут добавить аммонийные соединения, в дополнение к нитрату кальция. Дело в том, что нитрат может в процессе хранения, транспортировки, даже во время непосредственного использования на объекте «слежаться» в комки. А аммоналы как раз не дают этому процессу развиться. В общем, в современных питерских бетонах можно было найти много нехороших элементов таблицы Менделеева.
Для чего добавки?
Бетоны и цементные растворы при низких температурах твердеют достаточно медленно, потому что гидратация цемента протекает не так интенсивно. Это непосвященному человеку кажется, чем холоднее, тем быстрее должно все застыть. На деле все не так. Просто вода, которая содержится в растворе, уже при минус 3-6 градусах неизбежно превращается в лед. Конечно, откуда гидратация-то будет! Это замедляет стройку, что подрядчикам совсем не на руку. Да и предел прочности бетонные конструкции набирают не в полной мере при таких условиях. Бетон, который застывает в мороз, естественным образом разрыхляется и теряет механические характеристики. Вода, превращаясь в лед, расширяется, это мы все из школьного курса физики знаем. Эти маленькие комочки льдаи разрывают связи в бетоне.Именно поэтому в зимнее время в бетон нужно добавлять присадки. Что питерские строители и делают. Только за качеством добавок никто, почему-то, следить не удосуживается…
Добавки-ускорители затвердевания бетонов в период отрицательных температур называются противоморозными. Они используются во время возведения сооружений и зданий из монолитного бетона или железобетона, при изготовлении элементов и частей сборных конструкций при температуре воздуха и верхнего слоя грунта (среднесуточной) не ниже минус пять градусов, но если минимальная среднесуточная температура уже опускается ниже нуля. Они способны понизить температуру, при которой вода замерзает. Этим и обеспечивается ускорение процесса гидратации цементов в растворах, а значит – ускорение затвердевания бетонных и цементных смесей.
.jpg)
Что применяется? Нитрит и нитраты натрия, мочевина (карбамид CO(NH2)2, нитрохлорактиниды, спиртовой формиат натрия, аммиачная вода. Некоторые другие. Практически все они, если вы заметили, содержат аммиачную группу. Так откуда, вы говорите, запах?
Почему выделяется аммиак и чем это грозит
После высыхания, окончательного затвердевания и набора прочности, который, кстати, длится более месяца, а то и до полугода, аммиачные соединения потихоньку начинают вступать в реакцию со щелочной окружающей средой, с бетоном. Особенно этот процесс активно проявляется летом, когда стены прогреваются. Поэтому сразу-то и незаметно, что нашатырем несет от стен. Купил нормальную квартиру, а потом оказалось, что это газовая камера! .jpg)
Чем больше добавили присадок или чем выше концентрация аммиачной группы в используемых добавках, тем интенсивнее протекает реакция. Соответственно, тем сильнее выделяемый запах. И тем гораздо более стойкий! И запах этот издается – правильно, высохшим раствором бетона. В отдельных случаях такое благовоние в квартире может стоять несколько месяцев. Как раз столько, чтобы не дать жильцам даже ремонт или отделку сделать. Чтобы выкурить их из собственного жилища. Может, строители это специально делают? Вредят, так сказать, исподтишка…
Согласно медицинским прогнозам (исследования, наверное, где-то проводили) при длительном нахождении в комнате или любом объемном помещении, где в воздухе присутствует даже незначительное количество аммонийных соединений, человек начинает испытывать сильнейшие головные боли. Но этим дело не заканчивается. Буквально за пару часов резко снижается работоспособность, ухудшается общее самочувствие, появляется ощущение глобальной усталости. Аммонийные группы отрицательно сказываются на здоровье дыхательных путей и состоянии слизистых оболочек. Если непрерывно сидеть взаперти в такой комнате (жить, работать – неважно. Все равно взаперти), то можно получить общее отравление организма.
А что строители говорят? А все, что угодно. Виноваты исходные материалы. И вообще, это не строители виноваты, а поставщики бетона, которые к ним на объект миксеры с аммиачными растворами засылают. Вредители. Провокаторы. А если на стройке непосредственно растворы готовятся – то тогда это либо цемент, либо песок уже содержат мочевину. А все присадки строго сертифицированы. Непонятно только, почему предварительный химический анализ сырья до сих пор не вменили…
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА, ВЫДЕЛЯЮЩЕГО ИЗ БЕТОНА В ВОЗДУШНУЮ СРЕДУ
Гидроизоляционные добавки в бетон используются для повышения уровня гидроизоляционных свойств бетона. Они образуют при гидратации цемента кристаллическую структуру, которая при взаимодействии с водой образует эттрингит, заполняющий поры бетона. Чаще все гидроизоляционные добавки в бетон используются при заливке фундаментов в местах присутствия грунтовых вод, бассейнов, дамб, водных резервуаров, платин.
Накопление в воздухе помещений аммиака приводит к их непригодности для использования по прямому назначению. Карбамид является не единственной противоморозной добавкой, которая способна разлагаться и выделять аммиак. Многие азотосодержащие соединения, используемые в качестве добавок способны разлагаться до аммиака. Учитывая огромное разнообразие добавок и масштабность их использования вопрос анализа аммиака, способного к эмиссии из бетона весьма важен.
Помимо противоморозных добавок, аммиак в бетон могут привносить и другие факторы. Среди следующих:
· транспортировка цемента в неочищенных вагонах-цементовозах
· наличие повышенного содержания интенсификаторов помола в цементе
· наличие аммиака в золах-уноса, применяемых в качестве минеральной добавки в цементе и бетоне
· химические добавки-модификаторы бетонной смеси и бетона, способные к образованию аммиака
При транспортировке бетона в вагонах-цементовозах, в которых до этого находились минеральные удобрения и не была проведена должная очистка, возможна миграция азотосодержащих соединений в бетон..
Аммиак может образовываться по реакции гидролиза из амидо-, аминогрупп и аммонийных соединений, входящих в состав модификаторов. В основном такие соединения встречаются в пластификаторах, противоморозных добавках, добавках-ускорителях и комплексных модификаторах. Основные вещества, способные выступать в роли потенциального источника аммиака в бетонных конструкциях это:
· сульфированные меламиноформальдегидные смолы (входят в состав пластификаторов и суперпластификаторов);;
· аммонийная форма нитрата кальция (Ca5NH4(NO3)11*10H2O) (используется в качестве ускорителя сроков схватывания и компонента в противоморозных добавках);
· амиды карбоновых кислот с формулой RCONH2(входят в противоморозных добавок и твердения);
· алифатические моноаминомонокарбоновые кислоты (аминокислоты) (аминоуксусная (гликоколь) NH2-CH2-COOH,аминопропионовая (α-аланин) CH3-CH(NH2)-COOH, аминовалериановая (норвалин) CH3-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH)(входят в состав добавок регуляторов твердения бетона);
· гидроксид аммония (аммиачная вода) NH4OH (модификатор противоморозного действия);
· нитрат аммония NH4N03 (модификатор противоморозного действия);
· карбамид или мочевина CO(NH2)2(модификатор противоморозного действия).
На сегодняшний день разработано большое количество методов определения ионов аммония и аммиака различными способами анализа: спектрофотометрическими, электрохимическими, хроматографическими и методом капиллярного электрофореза. Для определения ионов аммония наиболее доступными для прикладных лабораторий остаются спектрофотометрические методы. Эти методы основаны на образовании окрашенных комплексов при взаимодействии аммиака с реактивами, растворы которых в дальнейшем фотометрируют.
Так же широкое применение находят электрохимические методы, но портативные газоанализаторы, зачастую, не достаточно чувствительны для детекции аммиака в пределах ПДК атмосферного воздуха. Существуют чувствительные стационарные газоанализаторы, но для их использования необходимо производить отбор, консервацию и транспортировку воздуха до места проведения испытаний.
Кроме того, детектирование может осуществляться методом ионной хроматографии. В этом случае выделенный в процессе гидролиза аммиак диффундирует через поры мембраны в поглотительный раствор кислоты, в качестве которой используют соляную кислоту или метансульфоновую. После этого анализируемый раствор вводится в хроматографическую колонку.
Метод ИХ дает возможность совместного определения аммиака и аминов, однако имеет существенные недостатки, такие как низкая производительность вследствие дополнительной стадии хромотографического разделения, а также сложность комплектации схемы проточного анализа.
Анализ аммиака в бетоне возможно проводить как на завершающей стадии, так и в промежуточной стадии. Проведения исследований на завершающей стадии подразумевает отбор проб или проведение измерений «on-line» непосредственно в помещении, в котором возможна эмиссия аммиака из бетонных конструкций. Необходимым критерием при проведении исследований на месте, является наличие готовой конструкции с отделкой и поддержание предполагаемых параметров микроклимата (воздухообмен, влажность, температура, т.е. рабочая система вентиляции, отопления). В случае обнаружения превышений необходимо проводить мероприятия для уменьшения показателей среднесуточной и максимально-разовой концентрации. Такие мероприятия весьма дорогостоящи и могут существенно влиять на сроки сдачи объекта в эксплуатацию. В связи с этим, более рационально исследовать концентрацию аммиака, выделяющегося из бетонных конструкций еще на моменте строительства. Для проведения таких исследований требуется моделирование реальных условий, из-за того, что проведение измерений в незаконченном помещение невозможно. Проведение замеров на моменте строительства позволит диагностировать превышения в тот момент, когда мероприятия по их устранению будут не такими затратными и смогут вестись параллельно с основным строительством, не изменяя сроки сдачи. Такие исследования проводятся с использованием климатических камер, которые имитируют расчетные параметры микроклимата в помещении.
Исследования в условиях моделировании проводят в несколько этапов. На первом этапе производят отбор материала бетона для исследования. Для этого используются керноотборник или болгарка (в зависимости от форм-фактора отбираемого материала). Размер и количество проб должно быть достаточным, чтобы насыщенность климатической камеры образцами не имела сильного отличия от реальной насыщенности помещения, относительно которого производиться проверка.
Можно разделить 2 вида насыщенности. Насыщенность, представляющую собой отношение площади поверхности с которой происходит выделение аммиака к объему помещения, и насыщенность, равную отношению массы материалов, истощающих аммиак, к объему помещения. И одна и другая величина необходимы для того, чтобы соотнести моделируемые условия с реальными и произвести перерасчет полученных концентраций в истинные. После отбора проб необходимо смоделировать заявленные условия в климатической камере.
температура воздуха и кратность воздухообмена. Исследования производятся при температурах в 20 C и 40 C, как среднегодовой температуре в помещениях и максимальной температуре в помещениях соответственно. Для моделирования обычно используют относительную влажность в 40%. Кратность воздухообмена устанавливается в соответствие с типом исследуемого помещения и наличии принудительной вентиляции. В случае отсутствия этих данных используется кратность в 0,5, как среднюю кратность воздухообмена для помещений без принудительной вентиляции воздуха. Все параметры микроклимата могут быть изменены в зависимости от конкретного типа помещения, но при этом должны находиться в допустимых пределах согласно СанПиН 2.2.4.3359-16 и ГОСТ 30494-2011. Перед анализом воздуха в климатической камере, с загруженными в нее образцами, необходимо дождаться установления состояния равновесия. Это необходимо для того, чтобы вклад различного рода примесей, находящихся на поверхности образцов и веществ, проникших в поверхность образца при транспортировке, ушел. Анализ воздушной среды проводят спустя 24 часа после загрузки образцов в моделируемые условия и производиться одним из описанным ранее методом. При этом выбирают метод наиболее чувствительный и вносящий минимальное количество погрешностей, чтобы зафиксировать минимальные отклонения от нормы.
Так же исследование аммиака в бетоне можно проводиться путем экстракции. Для этого анализируемые образцы измельчают и обрабатывают специальными растворами. В результате все азотосодержащие соединения разлагаются до аммиака и переходят в водную среду. Полученную смесь фильтруют и анализируют на содержание в ней ионов аммония. Основной метод анализа получаемого раствора – фотометрический. Обнаруженная концентрация отображает общее содержание азотосодержащих Главными параметрами для моделирования является относительная влажность воздуха,
соединений, способных разложиться до аммиака и, впоследствии, эмиссировать в окружающую среду. Из найденной концентрации можно рассчитать количество времени, которое потребуется для полного разложения азотосодержащих примесей, до уровня ПДК. Данный способ позволяет анализировать смесь, которая будет использоваться для заливки конструкции и прогнозировать приемлемость или не приемлемость использование данной смеси.
Исследование бетона на возможность эмиссии аммиака стало очень важным вопросом в последнее время, в следствии растущего разнообразия добавок и отсутствия ограничений на их использование. В период с 2008 по 2014 год был выявлен ряд объектов капитального строительства с превышением предельно-допустимых концентраций (ПДК) газообразного аммиака в воздухе помещений. Установлено, что причиной повышенных концентраций является выделение аммиака из монолитных железобетонных конструкций.
В связи с вышесказанным Лабораторией санитарно-эпидемиологического и радиационного контроля ведется активная работа по настройке и наладке оборудования для осуществления контроля по определению концентрации аммиака в образцах бетонных конструкций, с последующим написанием и утверждением собственной методики по данному виду измерений. Это позволит принимать превентивные меры в борьбе с загрязнением различных помещений аммонийными соединениями на различных этапах строительства.
Материал для размещения на сайт http://ceiis.mos.ru/ подготовил
Начальник Лаборатории «СЭиРК»Ипполитов Д.Е.
Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Способ очистки бетона от аммиака
Владельцы патента RU 2500657:
Изобретение относится к области очистки бетонных изделий от токсичных летучих веществ и может быть использовано, преимущественно, для снижения эмиссии аммиака из бетонных стен и перекрытий в жилых и производственных помещениях.
Известен способ очистки воздуха в животноводческих помещениях от аммиака и микроорганизмов [RU 2447924, C1, B01D 47/06, 20.04.2012], включающий его пропускание через распыленный 5%-ный раствор хлорной извести на единицу обрабатываемого воздуха в течение определенного времени.
Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку он может быть использован только для снижения концентрации аммиака, уже находящегося в воздушной среде помещения.
Известен также способ удаления аммиака из газовой смеси [RU 2042622, C1, B01D 53/11, 27.08.1995], в соответствии с которым газовую смесь, содержащую примесь аммиака, контактируют с гликолем при давлении, равном давлению в процессе синтеза аммиака, последующую регенерацию абсорбента ведут путем десорбции аммиака при нагревании в два этапа или более, десорбированный аммиак конденсируют при охлаждении водой с температурой 5-35°C, основную часть аммиака десорбируют на первом этапе при давлении 7-20 бар, а на заключительном этапе при давлении 1-3 бар, при этом, промежуточную десорбцию проводят при давлении 5-15 бар, предпочтительно десорбированный на последнем этапе десорбции аммиак сжимают и возвращают на первый этап десорбции, десорбцию проводят при 100-150°C в процессе нагревания технологическим теплом, причем, возможна повторная абсорбция аммиака, десорбированного на заключительном этапе десорбции, после чего абсорбирующий раствор перекачивают на первый этап десорбции, предпочтительно сбрасывают давление потока аммиака, конденсированного после первого этапа десорбции, полученный газообразный аммиак объединяют с аммиаком после заключительного этапа десорбции, сжимают и подают на первый этап десорбции.
Недостатком этого способа является относительно большая сложность и относительно узкая область применения, поскольку предполагает проведения большого числа операций и может быть использован только для снижения концентрации аммиака уже находящегося в воздушной среде помещения.
Кроме того, известен способ [RU 2444396, C1, B01D 53/00, 10.03.2012], заключающийся в нейтрализации паров аммиака водным раствором 20%-ной лимонной кислоты под давлением 2 атм в течение 2 мин 6-8 раз подряд через каждые 15 минут.
Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку он может быть использован только для снижения концентрации аммиака, уже находящегося в воздушной среде помещения.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ очистки бетона от аммиака [SK 1510-99, A3, (USNAV POLIMEROV SAV), 11.06.2001, 7 с., реферат], в соответствии с которым для чистки бетона используют водный раствор органической кислоты и соли.
Недостатком способа является его относительно низкая эффективность, обусловленная отсутствием рекомендаций по количественному соотношению компонентов и их согласованию с количеством остаточного аммиака в бетоне.
Рост интенсивности строительных работ в зимнее время требует использования разнообразных противоморозных присадок в бетоны. Традиционно используемые присадки, в частности, водный раствор аммиака, нитрат аммония, карбамид и ряд других аммиаксодержащих добавок в условиях дальнейшей эксплуатации бетонных конструкций могут вызывать выделение аммиака из бетона. Другой причиной выделения аммиака из бетона может быть его присутствие в цементе. Обе причины, вызывающие выделение аммиака из бетона, трудноустранимы и существенно снижают эксплуатационные характеристики построенных зданий.
Требуемый технический результат заключается в повышении эффективности очистки бетона от аммиака и снижения, таким образом, эмиссии аммиака из бетонных изделий после их очистки, в частности, из бетонных стен и перекрытий в жилых и производственных помещениях.
Требуемый технический результат достигается тем, что в способе очистки бетона от аммиака, основанном на использовании водного раствора органической кислоты и соли, который наносят на поверхность бетонного изделия, согласно изобретению, в качестве органической кислоты используют или муравьиную кислоту, или уксусную кислоту, или пропионовую кислоту, а в качестве соли используют соли или натрия, или калия, или кальция азотистой кислоты, причем, количество органической кислоты и соли в водном растворе выбирают из расчета один моль кислоты и один моль соли на один моль аммиака, а содержание воды в растворе от 10 до 90% масс.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия, проводят ее прогрев.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия, проводят ее увлажнение.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия, проводят ее прогрев с одновременным увлажнением.
Предложенный способ очистки бетона от аммиака может быть реализован следующим образом.
Предлагается способ снижения эмиссии аммиака из бетонов, приготовленных на основе аммиаксодержащих противоморозных добавок и аммиаксодержащих компонентов, заключающийся в том, что бетон обрабатывают растворами солей щелочных и щелочноземельных металлов азотистой кислоты в смеси с карбоновыми кислотами жирного ряда.
Для интенсификации процессов проникновения реагентов в объем обрабатываемого материала и реакций разложения аммиака проводят прогрев бетона обработкой тепловыми пушками (до температур 30…80 градусов), парогенераторами, электороосмотическими устройствами, ультразвуковой обработкой.
В частности, предварительно, поверхность бетонного изделия прогревают и/или увлажняют. Возможно также осуществление прогрева водяным паром, что приводит одновременно и к прогреву и к увлажнению.
Раствор соли и кислоты лучше проникает в объем бетона в случае влажной поверхности, поскольку в этом случае образуется градиент концентрации соли и кислоты.
Во всех случаях выбор концентрации реагентов и их соотношения проводится на основе результатов качественного и количественного анализа бетона на содержание аммиака и противоморозной присадки.
Раствор солей щелочных и щелочноземельных металлов азотистой кислоты в смеси с карбоновыми кислотами жирного ряда наносят на предварительно увлажненную поверхность бетона, добиваясь проникновения растворов в объем бетона. Допустимо и последовательное нанесение растворов соли и кислоты.
По стехиометрическому уравнению реакции на один моль аммиака требуется один моль нитрита и один моль кислоты. Для ускорения протекания реакции обычно используют избыток реагента от 10 до 100%.
При реакции нитрит ионов с ионом аммония образуется азот и вода. Остающийся свободным катион, противоион нитрит иона, связывается добавляемой кислотой, образуя соль. Получаемая соль не разрушает структуру бетона, что известно, поскольку формиаты, например формиат натрия, добавляют в бетон в качестве противоморозных добавок. В случае использования только кислоты происходит не разложение аммиака, а его связывание в соль муравьиной кислоты, что препятствует его выделению в газовую фазу. В случае использования только соли происходит разложение аммиака до азота, а противоион нитрит иона связывает противоинон аммиака, например, карбонат ион.
При реакции нитритов с аммиаком происходит его разложение до азота, выделяющегося из бетона:
Если аммиак присутствует в виде иона аммония, например, добавлялся водный раствор аммиака в виде противоморозной добавки, то необходимо связывать противоион нитрит иона кислотой:
В случае использования только кислоты протекают следующие реакции:
Другие продукты реакции, соли щелочных и щелочноземельных металлов карбоновых кислот жирного ряда, частично удаляются при проведении процесса нейтрализации аммиака, а частично остаются в объеме бетона. Остаточное содержание этих солей и не прореагировавших солей щелочных и щелочноземельных металлов азотистой кислоты не влияет на эксплуатационные свойства обработанного бетона.
| Таблица. | |||||
| Сравнение способов снижения эмиссии аммиака из бетона. | |||||
| № | Тип обработки | Количество аммиака | |||
| До обработки | После обработки | ||||
| Газовая фаза, мг/м 3 | Бетон, мг/г | Газовая фаза, мг/м 3 | Бетон, мг/г | ||
| 1 | Термовлажностная | 10.0 | 0.012 | 2.0 | 0.006 |
| 2 | Последовательное увлажнение и нанесение растворов кислоты и соли | 25.0 | 0.014 | 0.2 | 0.001 |
| 3 | Термообработка тепловыми пушками (воздух с температурой 55°С) с регулярным проветриванием | 5.0 | — | 2.0 | — |
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного способа достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении эффективности очистки бетона от аммиака и снижении, таким образом, эмиссии аммиака из бетонных изделий после их очистки, в частности, из бетонных стен и перекрытий в жилых и производственных помещениях.
1. Способ очистки бетона от аммиака, основанный на использовании водного раствора органической кислоты и соли, который наносят на поверхность бетонного изделия, отличающийся тем, что в качестве органической кислоты используют или муравьиную кислоту, или уксусную кислоту, или пропионовую кислоту; а в качестве соли используют соль или натрия, или калия, или кальция азотистой кислоты, причем количество органической кислоты и соли в водном растворе выбирают из расчета один моль кислоты и один моль соли на один моль аммиака, а содержание воды в растворе от 10 до 90 мас.%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия проводят ее прогрев.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия проводят ее увлажнение.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия проводят ее прогрев с одновременным увлажнением.