4
Сен 18, 2012 • 00:15
Естественные и научные основы строительства
Современное строительство использует великое множество самых разнообразных строительных материалов, из которых при помощи определенных строительных технологий и строится здание или сооружение.
Так же как и в остальных отраслях жизнедеятельности человека, в строительстве основой являются физические, химические и электрические законы природы.
Поэтому при возведении здания учитываются самые разнообразные химические и физические процессы, которые проистекают в материалах при строительстве, сразу же после него или в процессе эксплуатации здания. Строительный проект будущего здания или сооружения должен быть ориентирован, в том числе и на использование материалов, наиболее подходящих для данного климата, для данной местности, а также максимально ориентированного на экологическую чистоту и безопасность.
Обеспечить это сочетание качества строительства и высокого уровня безопасности и долговечности можно, только принимая во внимание основные химически свойства различных строительных материалов, что невозможно сделать без хорошего знания этих предметов.
Химические основы строительства
Химические процессы играют важную роль в современном строительстве. Это состав, приготовление, а также преобразования веществ и происходящие при этом процессы.
Каждое тело, будь оно твердым, жидким или даже газообразным, занимает определенное пространство и вытесняет из него другие вещества. Каждое тело состоит из вещества, материи. В свою очередь вещество, занимая определенное пространство, также является телом. Свойства тел включают в себя форму агрегатного состояния, объем и энергетическое состояние.
Свойства веществ включают в себя способность реакции с другими веществами, запах, вкус, устойчивость к коррозии, устойчивость к теплу и холоду. Строительная химия занимается составом и химическими свойствами веществ, а также изменениями этих свойств при химических процессах.
Химические и физические процессы в строительстве
Химический процесс подразумевает соединение нескольких веществ с целью получения нового вещества, по своим химическим свойствам отличного из химических свойств каждого отдельного исходного компонента, который входит в состав. Таким образом, при помощи химических процессов возникает новое вещество, обладающее заданными свойствами.
При физических процессах новых веществ не образуется, но изменяется одно из физических свойств вещества – агрегатное состояние, положение или размер. Как правило, при физическом изменении вещества его химический состав остается без изменений.
По своему составу вещества делятся на несколько видов. Это основные вещества, смеси, химические соединения и элементы.
Смеси состоят из совокупности различных веществ и отдельных материалов. Также смеси позволяют при помощи физико-механической технологии разложить себя на отдельные вещества. Физико-механические методы разделения смесей – это дистилляция, выпаривание, фильтрование и отстаиваниеХимические соединения состоят как минимум из двух разных основных веществ или химических элементов. Химическое соединение не может быть разложено на составляющие вещества при помощи физико-механических процессов, как, например, смеси. Такое разложение возможно только лишь при помощи химических процессов.
Химические элементы – это основные вещества, которые не могут быть разложены на составляющие в принципе, ни при помощи физико-механических методов, ни посредством химической реакции.
В природе существует 92 химических элемента. Из этих элементов в различных пропорциях и состоят все вещества на нашей планете. Семнадцать элементов из них получены искусственным путем, то есть не встречаются в природе в чистом виде. Природные элементы состоят из 66 металлов, 16 неметаллов и 6 полуметаллов. Металлы имеют выраженный металлический блеск, хорошо проводят электрический ток и тепло. Неметаллы, среди которых преобладают газообразные и летучие элементы, преимущественно не проводят электрический ток, то есть являются диэлектриками.
Также неметаллы, как правило, плохо проводят тепло. Полуметаллы могут обладать как металлическими, так и не металлическими свойствами. Яркий пример таких элементов – это селен и кремний. Элементы обозначают, помимо их названий на разных языках, Буквенными сокращениями от названия элемента на греческом или латинском языках.
определения удельной массы, плотности и других свойств вещества пользуются периодической таблицей элементов, где химические элементы размещены в порядке возрастания физических и химических свойств и разделяются на группы и подгруппы. Химические элементы состоят из атомов. Определенные атомы определенных элементов имеют сходное или идентичное строение.
Атом, как известно из школьного курса химии, является наименьшей частицей вещества. Увидеть атом невооруженным глазом невозможно, да и для оптического созерцания атомов понадобится довольно мощный микроскоп. Поэтому вид, структуру атомов и происходящие с ними процессы чаще всего представляют при помощи моделей. Разработал модели атомов датский химик и естествоиспытатель Нильс Бор (1885-1962). Согласно общепринятой модели, атом состоит из оболочки и атомного ядра и имеет круглую форму. Диаметр атомной оболочки составляет 0,0000001 мм. Диаметр атомного ядра – 0,000000001 мм.
Атомное ядро, как следует из его названия, расположено в центре атома. Масса атомного ядра составляет практически всю массу атома. Состав атомного ядра – так называемые нуклоны, или кирпичики атомного ядра. Нуклоны в свободном виде не встречаются в природе и существуют только в составе атома. Нуклоны не однородны, а подразделяются между собой на протоны, положительно заряженные частицы, и нейтроны, которые остаются нейтральными.
Ядро атома может состоять из нескольких протонов и нескольких нейтронов. Именно количество и соотношение протонов и электронов определяют физические и химические качества элемента, состоящего из данных атомов.
Некоторые же физические законы неизменны во всех ядрах атомов. Так, массовое число или число нуклонов равняется массовому числу суммы нейтронов и протонов в атоме, порядковое число или величина заряда ядра равны числу протонов в атомном ядре.
Оболочка атома образована электронами.
Они вращаются с большой скоростью в шарообразной области вокруг атомного ядра. Эту область называют электронной оболочкой атома. Электроны имеют отрицательный электрический заряд и обладают очень малой массой.
Отрицательный заряд электронов соответствует по величине положительному заряду протонов в ядре атома.
Число протонов и нейтронов в атоме одинаково, поэтому атом является электрически нейтральным к окружающей среде. Благодаря разности потенциалов электроны удерживаются на своих орбитах. Электроны группируются в электронные оболочки, которых вокруг ядра может быть до семи. Они находятся на определенном расстоянии от ядра. Число электронов в каждой оболочке ограничено определенным количеством.
Атомная масса – это масса атомного ядра. При определении атомной массы малая масса оболочки не учитывается. Атомная масса атома водорода равна массе протона, в численном выражении это 1,008. Другие атомные массы во много раз больше этого числа. Поэтому эту массу называют относительной атомной массой. Например, относительная атомная масса атома кислорода составляет 15,999 или 16.
Атомы некоторых элементов имеют одинаковое число протонов. Однако, несмотря на это, чисто нейтронов может быть разным. Атомы одного и того же элемента с разным количеством нейтронов называют изотопами. Изотопы имеют одинаковые химические свойства, но разную массу. Изотопы образуют все элементы, но количество их у всех элементов разное и большей частью ограниченное.
Изотопы некоторых элементов излучают энергию. Атомные ядра при этом распадаются. Это свойство называют радиоактивностью. Различают альфа, бета и гамма лучи. Альфа-лучи состоят из ядер гелия. Бета-лучи состоят из электронов и пронизывают даже свинцовые пластины толщиной до 1 мм. Гамма-лучи имеют очень малую длину волны и возникают в основном при превращениях ядра. Они способны проникать через метровые бетонные стены и могут задерживаться только очень толстым слоем свинца. Самые опасные для человека, гамма-лучи приводят к разрушению тканей и поражению внутренних органов.
Несмотря на опасность, применение радиоактивных материалов постоянно развивается, поскольку они являются самой дешевым и долговечным источником энергии.
Применение радиоактивных материалов в строительной технике очень широко. Их используют, например, для контроля толщины материалов при изготовлении бумаги, фольги, пленки и листовых металлических материалов.
Периодическая система элементов
Ученые давно обратили внимание на тот факт, что если исследовать свойства элементов в порядке их атомных зарядов, то окажется, что почти одинаковые свойства периодически повторяются через каждые восемь элементов. При этом получается всего семь периодов. Третий период, например, объединяет элементы от натрия до аргона. Если расположить семь периодов так, чтобы элементы с одинаковыми свойствами стояли один над другим, то получится восемь вертикальных колонок или групп. Составленная таким образом периодическая таблица элементов очень удобна и проста. Своим рождением она обязана русскому ученому Д.И. Менделееву.
Различные атомы и элементы могут связываться между собой. Полученное в результате таких соединений химическое вещество называют химическим соединением. Новое вещество, образованное в результате соединения, имеет отличные от элементов, из которых оно образовалось, свойства. Яркий пример такого соединения – вода, состоящая из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Соответственно вода имеет отличные от кислорода и водорода свойства.
Молекула – это частица химического соединения. Молекулы в соединении всегда одинаковы. Такие молекулы называются элементарными молекулами. Состав молекулы определяет состав соединения. В случае воды это три атома, молекула серы – шесть. Исключение составляют лишь инертные газы, которые состоят из свободных атомов. Система обозначения состава молекул химического соединения проста и удобна – нижний индекс после обозначения элемента означает, сколько атомов его содержится в соединении. Например, H2O, C2H5OH.
Некоторые химические элементы, атомы которых укомплектованы на электронных орбитах 8 электронами, не склонны вступать в соединения с другими элементами. Как правило, они находятся в стабильном состоянии. Те же химические элементы, которые имеют меньше или больше восьми электронов на атомной орбите, стремятся перейти в стабильное состояние, поэтому они активны в реакциях с другими элементами.
Атомы, которые теряют электроны, становятся положительно заряженными, а те атомы, которые приобретают электроны, становятся электрически отрицательными. Возникшие при потере или приеме электронов частицы называют ионами. Так, ионы различных элементов в случае разных потенциалов могут соединяться в связи. Такие связи называют ионными связями. В основном ионные связи имеют место в соединениях солей и металлов. Силы притяжения между ионами действуют по всем направлениям, поэтому ионы находятся в постоянном поиске связей. Чаще всего такая связь приводит к образованию прочной трехмерной решетки, образуя кристаллы.
В большинстве случаев атомы металлов имеют небольшое количество электронов на своих орбитах. При тесном контакте электроны отделяются от атомов и начинают выстраивать ионные связи в виде шарообразных частиц. За счет электрического сцепления атомы металлов очень прочно сцепляются между собой, образуя прочное тело. Поскольку силы притяжения ионов действуют в трехмерном направлении, то ионы металлов создают кристаллическую решетку.
Из любой химической формулы можно легко понять, какие именно химические соединения были получены и из каких именно элементов. При этом сами формулы делятся на структурные и суммарные. Суммарные формулы оказывают соединения элементов одно за другим. В структурных формулах каждый атом представлен отдельно, поэтому структурная формула, кроме общего состава, дает представление о порядке связи атомов в соединении. Количество свободных электронов или возможность принять электроны определяет то, в каком числовом соотношении атомы могут вступать в химические соединения. Это число называется валентностью химического элемента, а электроны, участвующие в обмене между атомами – валентными электронами. В структурных химических формулах валентность обозначается штрихами валентности.
Анализ и синтез веществ
Под синтезом в химии понимают создание химического соединения. Получение синтетических материалов, например, пластиков, как раз и является основной задачей и основной деятельностью химической индустрии. Современные технологии позволяют синтезировать такие вещества, что строительные материалы, производимые на их основе,
Анализ – это разложение химического соединения на составляющие компоненты.
Некоторые материалы можно смешивать. При этом они не будут вступать в реакции друг с другом, а лишь находиться в перемешанном состоянии. Получаемая путем смешивания смесь не является новым веществом, поскольку возможно ее разделение на составляющие на исходные материалы при помощи физически-механических процессов. Примеры смесей – растворы, дисперсии и легирования.
Многие твердые, жидкие и газообразные материалы и вещества могут так тонко распределяться в жидкостях, что будут существовать в них только лишь в виде отдельных молекул. В этом случае вещество находится в воде или другой жидкости в растворенном состоянии, то есть жидкость, содержащая молекулы некоего вещества, является раствором. Жидкость, в которой содержатся молекулы вещества, называют растворителем. Любое вещество растворяется в любой жидкости до определенного предела. При наступлении критической точки предела растворяемости раствор называется концентрированным. Температура растворителя влияет на верхний порог растворяемости.
При повышении температуры растворителя порог растворяемости повышается. Раствор, далекий от насыщения веществом, называется разбавленным. Процесс растворения ускоряется при нагревании, помешивании и измельчении вещества. Выделение из раствора происходит при охлаждении в случае сильно концентрированных растворов и выпаривании растворителя. Яркий пример выпаривания растворителя в строительстве – обмазка битумной мастикой, Покраска дисперсными красками на водной основе и застывание бетона и растворов.
Разделение двух смешанных друг с другом жидкостей можно производить с помощью перегонки, или дистилляции.
Раствор жидкостей доводится до кипения, и легче испаряемая жидкость выпаривается. Затем, собранный пар охлаждается и вновь переходит в жидкое состояние. Жидкость, которая испаряется медленнее, остается в сосуде. Растворение нескольких растворенных друг в друге жидкостей производится при помощи многократной дистилляции, которую называют фракционной дистилляцией. Пример такой фракционной дистилляции – разделение сырой нефти на фракции – бензины, мазуты, смазочные материалы и битумы.
Процесс, когда частицы вещества распределяются в жидкости в виде очень тонких фрагментов, не растворяясь в ней, называется дисперсией. Жидкость с распределенным в ней веществом называют дисперсионной. В случае, если тонко распределенное вещество является твердым по первоначальной структуре, такую дисперсию называют суспензией.
Если распределенное вещество является жидкостью, такую дисперсию называют эмульсией. В любой дисперсии частицы распределенного вещества со временем оседают, и образуется частичное расслоение. Поэтому перед употреблением дисперсии требуется тщательно перемешивать. Примеры дисперсий в строительстве – дисперсионные клеи и краски, сверлильные эмульсии на основе нефтепродуктов и воды для обработки металлов.
Многие металлы в расплавленном состоянии растворяются друг в друге. После затвердевания получаемый сплав называют легированным. Свойства легированного металла зачастую значительно отличаются от свойств исходных металлов и могут превосходить их по твердости, прочности или температуре плавления. Посредством легирования создают материалы с заданными свойствами, например, сталь с присадками хрома и никеля становится устойчивой к коррозии и называется нержавеющей сталью.
Важнейшие строительные материалы и их соединения
Большинство строительных материалов представляют собой смеси разнообразных химических соединений, которые, в свою очередь, состоят из химических элементов. Одновременно с элементами углеродом, водородом, кислородом строительные материалы содержат калий, кальций, кремний, алюминий и железо. Синтетические материалы содержат хлор и азот.
Кислород (О) – это газ без вкуса, цвета и запаха, тяжелее воздуха. Кислород необходим для дыхания человека и животных, не горюч, но поддерживает горение. В среде чистого кислорода могут гореть и сгорать даже негорючие материалы, например, многие металлы.
Воздух содержит около 21% кислорода. Также кислород содержится в земной коре в связанном состоянии, а также выделяется растениями при помощи фотосинтеза из углекислого газа.
В строительстве кислород применяется при сварке и резке металла, для производства стали и в качестве кислородного разделителя бетона и заполнителя.
Кислород является природным окислителем многих элементов. Молекулы вещества соединяются с молекулами кислорода, образуя оксиды. Такой процесс называют окислением. Для получения вещества из оксида применяют тепло, при котором молекулы кислорода покидают соединение. Этот процесс называют раскислением, или восстановлением.
Водород (Н) – это бесцветный газ без запаха. Водород – самое легкое вещество среди химических элементов. Смесь водорода и кислорода в пропорции 2:1 очень взрывоопасна.
В природе водород практически не встречается в чистом виде, однако в избытке содержится в химически связанном состоянии в воде и в ископаемых горючих веществах. Промышленность получает водород в основном из нефти или природного газа.
Водород применяют в химической промышленности и сварочной технике.
Углерод в чистом виде встречается в природе в виде графита и алмазов. В химически связанном виде углерод присутствует в земных недрах, например, в виде известняка, в растительных окаменелостях, в каменном угле, торфе и природном газе. Вместе с этим углерод является частью биомассы растений и животных. В воздухе углерод присутствует в виде углекислого газа.
Графит – это мягкое красящее вещество черного цвета. Алмаз бесцветен, стекловиден, хрупок, но очень крепок.
Углерод применяется в промышленности как кокс для получения железа, в виде сажи для наполнителя при производстве резины, в качестве углеродных волокон для армирования пластмасс, и в качестве алмазов для режущих и полировальных инструментов.
Различают органические и неорганические соединения углерода. Неорганическое соединения – это угарный газ, углекислый газ, углекислота и ее соли, а также карбиды.
Угарный газ (СО) получается при сжигании углеродосодержащий веществ при недостаточном снабжении кислородом. Угарный газ бесцветен и не имеет запаха. Горит угарный газ синеватым пламенем и очень ядовит. В химической промышленности угарный газ применяют для производства пластмасс и растворителей.
Углекислый газ (СО2) получается при сжигании углеродосодержащих веществ. Углекислый газ не горюч, не имеет запаха. Он абсолютно не ядовит. Единственная опасность углекислого газа состоит в том, что будучи существенно тяжелее воздуха, он может скапливаться в низких недостаточно проветриваемых местах и вытесняет кислород.
Углекислый газ выделяется в атмосферу при сжигании топлива и существенно влияет на климат земли. Повышенная концентрация углекислого газа ведет к нагреванию атмосферы, и как следствие к парниковому эффекту.
Органические соединения углерода – углеводороды. По строению молекул различают цепные, кольцеобразные, а также разветвленные углеводороды. В цепных углеводородах атомы углерода располагаются в ряд друг за другом, а свободные валентности заняты атомами кислорода. Цепи углерода, содержащие до пяти атомов, являются газообразными. Цепи, в которых содержится от 6 до 12 атомов – жидкие, те из них, что содержат от 12 до 15 атомов – пастообразные, например, стеарин.
Бензин представляет собой смесь жидких углеводородов, где атомы углерода соединяются между собой посредством 2 или 3 валентностей. Такие соединения называют ненасыщенными. Ненасыщенные углеводороды также – это газы ацетилен и этилен.
Простейшим кольцеобразным соединением углеводородов является бензол. Производная от бензола – фенол. Кольцеобразные ненасыщенные углеводороды являются важным исходным материалом для химической промышленности, для производства пластмасс. Другие органические соединения углерода, содержащие наряду с водородом химические элементы кислород, хлор и азот, являются алканолы (спирты), альдегиды (алканалы), органические кислоты (спиртовые кислоты) и хлорированные углеводороды.
При растворении оксидов неметаллов в воде образуются кислоты. Например, при растворении хлора и водорода образуются соляная и фтористая кислота.
Молекулы кислот в водных растворах могут полностью или частично расщепляться на водородные ионы и остаточные ионы кислот. Поэтому кислотно-водные растворы проводят электрический ток. Кислородные ионы носят название катионы, а кислородного остатка называют анионами.
Свойства кислот определяются отколовшимися ионами водорода. Поэтому кислоты действуют только в водных растворах. Сила действия любой кислоты зависит от количества отделившихся ионов.
Наиболее сильными кислотами являются соляная, азотная и серная кислоты. Средними кислотами считаются фосфорная и фтористая кислоты. Слабые кислоты – это угольная и синильная кислота.
Соляная кислота разлагает известняк, при отделении двуокиси азота. Разбавленная соляная кислота применяется для очистки кирпичной кладки и удаления известковых отложений с поверхности.
Серная кислота как составляющая кислотных дождей образует вместе с нерастворимыми в воде известняками водорастворимый сульфат кальция, который либо уносится с водой, либо приводит к повреждениям строительных конструкций за счет кристаллизации и связанным с этим явлением увеличением объема и отслоениями материала. Серная кислота гигроскопична, то есть притягивает воду. Поэтому одно из основных правил разбавления серной кислоты требует вливать ее в воду, а не наоборот.
Угольная кислота образуется в основном соединениями дымовых газов, содержащих СО2 с содержащейся в воздухе влагой. Вода, содержащая угольную кислоту, разрушает содержащие известь вяжущие вещества.
Азотная кислота состоит из аммиака, который получается при разложении органических материалов, например, в канализационных стоках. Соединяясь с содержащими известь материалами образуется водорастворимый сульфат кальция, который может повредить строительные конструкции. Азотная кислота является сильным окислителем, поэтому при соединении с органическими веществами, тканью или древесиной может вызвать возгорание.
Реакции щелочных металлов, таких как натрий или растворимых окислов металлов с водой образуют щелочи. При выпаривании воды получают твердую бесцветную массу гидрата окиси металла, называемую основанием. Щелочное действие наступает только при соединении с водой.
Молекулы щелочи распадаются в водном растворе частично или полностью на положительно заряженные ионы металла, например на ионы (катионы) или отрицательно заряженные ионы (анионы).
Щелочи проводят электрический ток, поэтому называются электролитами.
Сильными щелочами является натриевая щелочь, калиевая щелочь и кальциевая щелочь. Слабой щелочью считается водный раствор аммиака, называемый нашатырем.
Гашеная известь – это натриевая щелочь. Она применяется для приготовления различных строительных растворов.
Зачастую перед применением того или иного вещества следует проверить, насколько сильным является оно как кислота или щелочь. Мерой для этого является величина РН. Величина РН определяется по шкале от 1 до 14. нейтральным значением является величина 7, такую величину имеет дистиллированная вода.
Растворы с величинами от 0 до 7 являются кислыми, чем меньше величина, тем выше кислотность раствора, а растворы с величинами от 7 до 14 – щелочные, чем выше значение величины, тем более щелочным является раствор. Замер величины РН происходит при помощи индикаторной (лакмусовой) бумаги, которая изменяет свой цвет в зависимости от величины РН раствора. Наряду с индикаторной бумагой применяются также и индикаторные жидкости, и электронные приборы для замеров уровня РН.
Соль – это совокупность металла и кислотного остатка. Соли, как и щелочи и кислоты, распадаются в воде на ионы и проводят электрический ток. Соли получаются при нейтрализации кислот и щелочей, а также при реакции кислот с металлами или окислами металлов. Химическое название солей указывает на их происхождение, то есть на кислоту и металл, которые участвовали в получении данной соли. В химических процессах более сильная кислота всегда вытесняет более слабую кислоту из ее соли и образует новую соль. Растворимость солей в воде различается.
Силикаты, например, нерастворимы или трудно растворимы в воде, тогда как нитраты весьма легко растворяются. Растворенные в воде соли после выпаривания воды образуют кристаллы. Например, сульфат кальция, который называют гипсом, нитрат кальция (стеновая селитра), притягивают воду с увеличением собственного объема.
Соли, используемые в строительстве
Карбонат кальция не растворим в воде, и является основой всех природных камней, в частности известняка и мрамора.
Сульфат кальция, или гипс, и сульфат магния являются прекрасными вяжущими веществами. Однако при контакте с кислотами они превращаются в легко растворимые в воде соли, что может привести к существенным проблемам, таким как откалывание или намывание материала.
Силикат кальция не растворяется в воде и получается при твердении известей и цементов. Силикат калия, силикат магния, силикат кальция, силикат алюминия являются важными компонентами многих строительных материалов.
Силикат натрия используется для строительства средств пожаротушения.
Нитрат кальция, или стеновая селитра, образуется при гниении органических веществ и может разрушать строительные конструкции.
Кислоты, соли и щелочи действуют только в присутствии воды. Поэтому тщательная гидроизоляция строительных конструкций препятствует проникновению и транспортировке разрушающих веществ в здание, а, следовательно, защищает сооружения от разрушения.
Круговорот воды в природе – необходимое для поддержания жизни условие. Вода испаряется с поверхности земли, в виде водяного пара поднимается к стратосфере и при достаточном охлаждении выпадает в виде осадков.
Природная вода всегда насыщена различными веществами – минеральными солями и прочими примесями и никогда не является чистой. Содержание солей определяет жесткость воды. Основные соли, влияющие на жесткость воды – это соли кальция.
Вода из озер, рек и источников насыщена солями кальция и магния. Дождевая вода, испаряясь и находясь в воздухе в виде дистиллированной воды, выпадая в виде осадков, соприкасается с воздухом и получает из него частицы пыли и грязи, а также углерод и двуокись серы, становясь слабокислой.
Таким образом, достаточно загрязненный воздух может создать предпосылки к выпадению так называемых «кислотных дождей». Кислоты, образующиеся в результате загрязнения воздуха, попадают в дождевую воду, а оттуда — на поверхность строительных конструкций, разрушая их. Также кислоты проникают в почву и с грунтовыми водами попадают в подземные водоносные слои, частично разлагаясь, соединяясь с щелочными отложениями.
Грунтовая вода, просачиваясь после осадков на значительные глубины, заполняет пустоты в земной коре. Во время просачивания слои почвы выполняют функцию природных фильтров, очищая воду от примесей, а залежи различных ископаемых насыщают воду минеральными веществами. Вода, пройдя сквозь фильтрующие и дренирующие слои, скапливается над непроходимыми подошвами.
Под действием естественной силы тяжести вода стекает в естественные подземные резервуары, где накапливается. Такие грунтовые воды могут выходить на поверхность в виде ключей, ручьев или колодцев. Давление воды в подземном резервуаре порой достигает такой силы, что, пробурив скважину в такой водоем, можно получить артезианский источник, в котором вода будет подниматься на поверхность без помощи насосов.
Вода в природе может находиться в трех состояниях – жидком, твердом и газообразном. Температура замерзания воды составляет 0 градусов Цельсия, превращаясь в лед. Необходимо 335 кДж энергии, чтобы вновь превратить лед в воду. Испаряется вода при температуре сто градусов. Для испарения одного кг воды необходимо затратить 2250 кДж тепла.
Водяной пар превращается в конденсат при охлаждении ниже 100°С, что является точкой конденсации водяного пара.
Наибольшую плотность вода имеет при температуре +4°С.
Вода, превращаясь в лед, расширяется, увеличиваясь в объеме. Расширение воды составляет примерно 10% от ее объема в жидком состоянии. Такое свойство встречается только у воды, и является аномалией среди физических и химических свойств веществ.
Вода довольно широко применяется в строительной технике, например как вода затворения для приготовления бетона и раствора, в качестве текучего транспортирующего средства, например, при укладке бетона и его твердении, при уходе за бетоном в процессе застывания, в качестве растворителя для приготовления клеев и красок, для очистки поверхностей и для многого другого.
Однако, наряду с пользой, вода также может наносить и вред, а именно:
• При дожде из воздуха на поверхность строительных конструкций могут транспортироваться вредные вещества, разрушающие конструкции
• При высоком содержании вредных веществ в грунтовых водах они могут транспортироваться в конструкции путем капиллярной транспортировки
• Водяной пар, попадая в конструкции, ослабляет защитные, теплоизоляционные и звукопоглощающие их свойства
• Замерзая, вода увеличивается в объеме, и, попадая в жидком виде в трещины конструкций и покрытий, превращаясь в лед, разрывает их.
Защита окружающей среды от загрязнений
Загрязнение окружающей среды – это загрязнение воздуха, воды и земли вредными или токсичными веществами неестественного происхождения. Шум и излучения также являются загрязнениями окружающей среды. Загрязнение окружающей среды, помимо вреда здоровью человека, животным и растениям, наносит ущерб строительным конструкциям.
При сгорании твердого и жидкого топлива образуются вредные вещества, например двуокись углерода, двуокись серы, оксид азота, угарный газ.
Эти вещества являются причиной «кислотных дождей». Растворяясь, углероды, которые находятся в составе жидкого топлива и разбавителей, а также татрахлоруглерод, который находится в составе растворителей и чистящих средств, попадают в воздух.
Отдельные из этих веществ являются причиной все усиливающегося парникового эффекта и общего потепления климата Земли. Также отдельные вредные вещества вступают в реакции с озоновым слоем планеты, уничтожая его, что ведет к усилению ультрафиолетового излучения, вредного для здоровья живых организмов и растений. Озоновый слой служит фильтром для защиты поверхности Земли от избыточного ультрафиолетового излучения. Влияние вредных промышленных и бытовых выбросов в атмосферу влечет за собой необратимый процесс разрушения озонового слоя, что является основной опасностью для человечества в настоящее время.
Отходы нефтехимии обладают канцерогенными свойствами. При небрежном к ним отношении они попадают в коллекторы и канализационные сети, накапливаются там либо со стоками уходят в грунтовые и поверхностные воды, уничтожая все живое в водоемах. Сильно загрязненный водоем, лишенный растительности и живых существ, скоро теряет свою ценность и как источник питьевой воды.
В связи с этим при проведении строительных работ требуется обязательное соблюдение правил по защите от загрязнения окружающей среды, а именно:
• Экономия энергии за счет ограничения потребления топлива и улучшения теплоизоляции зданий и сооружений
• Очистка выхлопных газов посредством установки фильтров
• Использование возобновляемых источников энергии и природной энергии, таких как ветровая, солнечная энергия, энергия морских и океанских приливов, гидроэлектростанции и прочее.
Вода, которая используется в строительстве, как правило, отводится после использования прямо в стоки и канализационные сети. Однако существуют некоторые вещества, которые не должны попадать в канализацию. К ним относятся:
• Строительный мусор, вяжущие вещества и раствор, которые могут привести к засорениям коллекторов
• Пожароопасные вещества, которые могут привести к пожару внутри коллектора, достигнув определенной концентрации
• Кислоты, щелочи и средства защиты древесины
Особенно вредное для окружающей среды загрязнение наносится сливом в канализационные сети и коллекторы старых отработанных масел, мазута, остатков растворов для защиты древесины. Слив этих веществ в канализационные сети приводит к отравлению грунтовых вод и естественных водоемов. Такие вещества необходимо утилизировать при помощи специальных лицензированных организаций, которые перерабатывают их, не загрязняя окружающую среду.
Различные отходы производства необходимо утилизировать как ценные материалы или специальные отходы. Вторично используемые материалы, такие как дерево, цветные и черные металлы, стекло, картон, собранные и сданные на переработку, не только сохранят окружающую среду, но и сократят бюджет строительства. Кроме того, использование безотходных технологий, например, строительство из готовых блоков, благотворно влияет на общую экологию района, что положительно сказывается и на стоимости будущей недвижимости.
Производственные отходы, не пригодные к переработке и повторному использованию, сжигаются на специальных предприятиях, оборудованных согласно требованиям защиты окружающей среды. Печи для сжигания отходов на таких предприятиях оборудуют защитой и фильтрами, практически полностью исключающими выбросы вредных продуктов сгорания в атмосферу.
Те из негодных к переработки отходы, которые не горят, должны утилизироваться в специально отведенных местах, которые находятся в специально отведенных районах и представляют собой хорошо укрепленные и изолированные от контакта с грунтовыми водами котлованы или площадки, где складируются непригодные к переработке или сжиганию отходы.
*