Частный детектив. По следу аммиака в бетоне. Часть 2

Напомню, что в первой части я начал рассматривать популярные статьи в русском интернете, повествующих о проблемах с запахом или эмиссии аммиака из бетона в новостройках Петербурга.

В статьях, которые можно найти по ссылкам:
http://www.bn.ru/articles/2012/04/06/91238.html
http://www.online812.ru/2012/02/15/001/
http://www.tkastrey.ru/fundament/ammiak_v_betone.html

рассмотрены в общем возможные причины появления запаха аммиака, последствия его воздействия на здоровье человека, застройщики, среди которых весьма серьезные компании, с достаточно сильными службами контроля качества, т.е. обвинять поголовно строителей - точно неправильный путь.
Эти статьи сходятся в одном- до сих пор не определены причины, не определены однозначно источники запаха в бетоне и виновники, хотя в первое время весь груз ответственности возложили на Цемактив и других поставщиков химических добавок в бетоны, которые якобы содержали в своем составе повышенные количества карбамидов и нитратов.
Здесь также приводятся возможные способы борьбы с запахом аммиака в уже построенных зданиях. В основном это разогрев пушками и пропитка специальными окислительно-восстановительными составами с последующим покрытием типа штукатурки, кольматация.
При всей спорности этих методов устранения запаха они имеют главный недостаток- экономически очень затратны. В первом случае- огромные затраты электроэнергии или газа, во втором тысячи квадратных метров дополнительной недешевой штукатурки и пропитки помимо основной отделки. Это могло бы минимизировать выделение аммиака в помещение в каком-то частном случае, но при таких масштабах-это тупиковый путь.

Далее встречаются публикации сотрудников Государственного Архитектурного комитета
http://www.science-education.ru/105-7025
http://stroy-profi.info/archive/11219

Отсюда стоит взять на заметку полезные цифры
Предельно допустимые концентрации (ПДК) аммиака в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м³. Согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 ПДК аммиака в атмосферном воздухе населённых мест равна: среднесуточная 0,04 мг/м³; максимальная разовая 0,2 мг/м³.

(Примечание: Для атмосферы именно жилого помещения такого норматива в России нет. Минимальное значение органолептического обнаружения аммиака -37 мг/м3  , т.е. при такой концентрации человек начинает ощущать запах аммиака. Это значит, что если мы чувствуем запах аммиака в квартире, его концентрация уже как в минимум 1000 раз превышает ПДК)

Аммиак образуется из тех азотсодержащих веществ, в которых степень окисления азота равна минус 3 (N-3). Можно выделить следующие наиболее вероятные причины и источники появления аммиака в бетоне:
- 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.

Транспортировка цемента в неочищенных вагонах-цементовозах
В связи с напряженной ситуацией с РЖД по износу подвижного состава, перевозящего цемент, не исключена возможность использования неочищенных вагонов. Так, в прессе
приводятся случаи поставки под погрузку цемента немытых вагонов, перевозивших минеральные удобрения. В результате этого возможно попадание азотных удобрений в цемент и далее в бетон. При определенных условиях (влажность, повышенная температура, присутствие щелочей) происходит разложение составляющих удобрений, и выделяется аммиак.

(Комментарий: почему же пахнет цемент из мешков и автоцементововзов?)

Наличие повышенного содержания интенсификатора помола в цементе
Источником соединений в цементе, которые способны к выделению аммиака, могут являться поверхностно активные вещества (ПАВ), такие как аминоспирты. К подобным вещества можно отнести – триэтаноламин (ТЭА), диэтаноламин (ДЭА), моноэтаноламин (МЭА) или другие подобные соединения, используемые иногда в качестве интенсификаторов помола цемента. Интенсификаторы помола – технологические добавки (ПАВ), вводимые при помоле клинкера, уменьшают поверхностную энергию частиц, что способствует облегчению помола, тем самым повышается производительность цементных мельниц, удельная поверхность частиц и другие показатели. Наиболее эффективным и получившим широкое применение интенсификатором помола цементного клинкера является триэтаноламин. Теоретически триэтаноламин способен к гидролизу с образованием этиленоксида и выделением аммиака:
N(CH2 CH2OH)3 → (CH2)2O + NH3 .
Однако при нормальных условиях все алканоламины стабильны и обладают высокой стойкостью в щелочной среде. Они используются уже в течение десятков лет, и ранее никогда не отмечалось их разложение в цементе с выделением газообразного аммиака.

Тем не менее экспериментальные данные свидетельствуют о способности цементов выделять аммиак. В работе проводились исследования по определению эмиссии аммиака из бетонных смесей, приготовленных на портландцементах разных производителей, по методике, разработанной в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (СПбГАСУ). Выяснилось, что все исследованные цементы способны в той или иной степени образовывать аммиак. Причиной значительного выделения аммиака из бетонов, изготавливаемых на цементах, в которых содержатся интенсификаторы помола в виде аминов, может быть передозировка последних. В этом вопросе большое значение приобретает культура производства и
человеческий фактор.

(Комментарий: Судя по отзывам, пахнут бетоны из цементов, заведомо не содержали интенсификаторов. ЛСР-Цемент, по крайней мере в первое время, работал без интенсификаторов. Однако это очень интересное направление мысли, т.к. этаноламины получают аммолизом этиленоксида, то есть реакцией с аммиаком. В результате реакции получается смесь этаноламинов. Количеством аммиака регулируется состав соотношение этаноламинов в смеси. Далее непрореагировавший аммиак удаляется из смеси на рецикл. Вопрос в том, насколько образовавшиеся соединения удовлетворяют целевым этаноламинам. Иначе говоря, не имеют ли эти интенсификаторы некое количество слабосвязанных аммонийных групп...
А вот методику очень интересно посмотреть. Никто не раскрывает свои методики, но с важным видом рассказывают об их достоверности).

Стоит отметить, что по российским стандартам изменения в качестве цемента, произведенного с применением интенсификатора помола, никак не отражаются документально, т.е.  производитель не обязан указывать в паспорте содержание и тип интенсификатора помола. Поэтому необходимо более полное раскрытие информации с указанием в вещественном составе цемента не только вида применяемого интенсификатора помола, но и его количества. Важным также представляется совместимость интенсификатора помола цемента с такими
активными компонентами бетона, как химические добавки. В настоящий момент ощущается недостаток информации, связанной с вопросами взаимодействия интенсификаторов помола цемента с другими составляющими бетонной смеси и бетона.

Наличие аммиака в золах-уноса, применяемых в качестве минеральной добавки в цементе и бетоне

Зола-уноса представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий, как правило, из частичек размером от долей микрона до 0,14 мм. Зола-уноса широко используется в технологии цемента и бетона в качестве минеральной добавки и вводится в цемент в количестве до 20% от массы по ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия» либо в бетонные смеси согласно ГОСТ 25818-91 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия». Зола-уноса образуется в результате сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях (ТЭС) и улавливается электрофильтрами. Наличие аммиака в золе-уноса обусловлено тем, что на ТЭС для сокращения выбросов оксидов азота (NOx) в атмосферу в поток дымовых газов инжектируется восстановительный агент, в качестве которого обычно применяют аммиак или мочевину, часть которого выводится из системы вместе с золой-уноса. Зола-уноса с низкой концентрацией аммиака содержит 50–120 мг NH3/кг, средней концентрацией 250–600 мг NH3/кг и высокой степенью загрязнения аммиаком около 700–1200 мг NH3/кг.
При наличии аммонизированной золы-уноса в бетонной смеси или растворе при затворении водой происходит выброс газообразного аммиака. При высоком содержании аммиака в золе концентрация аммиака в воздухе может превышать 20 мг/м3. На этапе приготовления и укладки бетонной смеси или раствора выделяющиеся высокие концентрации аммиака
создают неблагоприятные условия для рабочих, особенно при проведении работ в замкнутых пространствах при отсутствии вентиляции. Также в исследовании было обнаружено, что более 50% от первоначально рассчитанного аммиака осталось в толще бетонной конструкции, и это остаточное количество аммиака будет диффундировать из бетона с очень низкой скоростью в течение многих месяцев. В долгосрочной перспективе эмиссия аммиака из подобных конструкций станет причиной загрязнения газовоздушной среды в помещениях.

(Комментарий: Такая теория мне кажется очень сомнительной, по крайней мере применительно к Петербургу, т.к. здесь нет электростанций, работающих на угле. ЖД-тариф сводит на нет ее доставку. Но даже если ее кто-то и использует, мне очень сомнительно, что в технологическом цикле той золы используется впрыск аммиака или внесение мочевины, т.к. в России, насколько мне известно, не введены промышленные нормы на выбросы NOx)

Химические добавки-модификаторы бетонной смеси и бетона, способные к образованию аммиака
Аммиак может образовываться по реакции гидролиза из амидо-, аминогрупп и аммонийных соединений, входящих в состав модификаторов. Часто такие соединения встречаются в пластификаторах, противоморозных добавках, добавках-ускорителях и комплексных модификаторах. К веществам, способным выступать в роли потенциального источника аммиака в бетонных конструкциях и применяемых в технологии бетона, можно отнести следующие:
– 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 общей формулой RCONH2 , входят в состав противоморозных добавок и ускорителей твердения;
– алифатические моноаминомонокарбоновые кислоты (аминокислоты), например, 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, а также составляющая комплексных модификаторов, получил наиболее широкое применение в практике строительства.
Большинство описанных выше соединений и веществ, при нормальных условиях стабильны в щелочной среде твердеющего цемента. Однако при совместном использовании с другими органическими или неорганическими соединениями, например пластификаторами, солями и т.п., последние могут интенсифицировать процесс распада азотсодержащего вещества с выделением аммиака. Нельзя также отвергать и гипотезу о том, что частицы цемента, содержащие различные количества тяжелых металлов или растворимых щелочей, могут выступать в качестве катализаторов процесса такой деструкции.

(Комментарий: сильное выделении аммиака наблюдается и на других добавках, не содержащий вышеуказанных соединений)

Анализируя источники , можно сделать вывод, что большинство случаев загрязнения внутрижилищной среды аммиаком связано с введением в бетон мочевины в
качестве противоморозной добавки. Рекомендуемые дозировки: до минус 5 °С – 8% массы
цемента; до минус 10 °С – 10%; до минус 15 °С – 12%. В зависимости от дозировки,
полный выход аммиака из бетонной конструкции, содержащей основанную на мочевине
противоморозную добавку, может занять более 10 лет. Таким образом, эмиссия аммиака
из бетонных конструкций, содержащих мочевину, может стать причиной загрязнения
воздуха в помещениях в течение длительного периода времени.

(Комментарий: Хотя раньше мочевину использовали все и не жаловались. Хотя не было такого объема монолитного строительства)

С другими материалами по теме аммиака/аммония/азота в технологии бетона и цемента вы можете ознакомиться по тэгам Аммиак в бетоне, Аммиак в цементе, Оксиды азота

Продолжение следует...

Вы можете обсудить интересующие темы или предложить новые на форуме портала http://prostroymat.ru/forum.

Предметный указатель: