Рис. 1. Установка для выделения эмиссий из битумных материалов в виде аэрозолей и паров
Среди применяемых на современном этапе для гидроизоляции плоских кровель материалов следует выделить три основные группы. Во-первых, это материалы на основе битумного связующего, модифицированного стирол-бутадиен- стирольным (СБС) полимером, атактическим полипропиленом (АПП) или иными соединениями. Во-вторых, мембранные материалы, которые производятся на основе различного сырья. В их число входят кровельные материалы на основе этилен-пропилен-диен-мономера (ЭПДМ), поливинилхлорида (ПВХ), термопластичного полиолефина, полиизобутилена и др. Что касается третьей группы, то в нее входят мастичные материалы на основе модифицированных битумов, гибкого реактивного метилметакрилата, гибкого полиуретана, ненасыщенных полиэфиров и т.п. Эти группы во многом пересекаются, если рассматривать используемое сырье. Например, композиционные ЭПДМ- мембраны имеют нижний слой из битумно- полимерного материала. С точки зрения анализа выделений (эмиссий) вредных веществ наиболее принципиальным является именно состав материала. В связи с этим хотелось бы отдельно рассмотреть битумосодержащие материалы и материалы на основе полимеров, относящиеся преимущественно к мембранным.
Известно, что ряд применяемых для покрытия плоских кровель материалов имеет специфический запах, определяемый при работе с материалами (например, во время их укладки, ремонтных мероприятий). В частности, вопрос вредности этих выделений из кровельных материалов давно интересовал специалистов по изготовлению и использованию битумных материалов (в том числе при укладке асфальта). С точки зрения охраны труда работников можно процитировать требования Кодекса практических правил Международного бюро труда: «При необходимости проведения работ с установленными канцерогенными веществами, в частности, битумным асфальтом, асбестом, смолой, некоторыми видами мазута и ароматических растворителей, необходимо принять строгие меры во избежание ингаляции и контакта с кожей» [1]. В то же время имеются определенные объемно-планировочные и композиционные решения зданий, когда вертикальные конструкции с окнами выходят непосредственно на плоские покрытия с использованием битумно- полимерных материалов. В настоящее время архитекторы чаще стараются использовать такие варианты для организации эксплуатируемых кровель, но среди зданий более ранней постройки реорганизация таких пространств может быть довольно сложной и требует значительных затрат. В то же время при воздействии солнечных лучей может происходить интенсификация процессов эмиссии из кровельных материалов компонентов, воздействие которых на здоровье человека представляет определенную опасность. Важным этот вопрос может стать и при расположении в непосредственной близости друг к другу зданий разной этажности, более низкое из которых имеет кровлю из битумно- полимерных и полимерных материалов. В целом попадание вредных выделений с кровли внутрь помещений здания следует считать маловероятным, особенно с учетом ветра.
Среди методов определения вредных выделений из кровельных материалов следует указать следующие. Для осаждения паров и аэрозолей из битумных материалов, содержащих полициклические ароматические углеводороды, при повышении их температуры используется установка с фильтрами из стекловолокна и специальных адсорбционных трубок (рис. 1). Адсорбция производится из потока азота. Преимуществом установки является возможность стандартизации измерений для различных типов битумов и материалов на их основе, а также отсутствие потерь и рассеивания вредных веществ [2]. Для определения эмиссий летучих органических соединений из полимерных материалов используется целый ряд методов, наиболее точным и популярным среди которых является метод с помощью полевой и лабораторной камеры (Field and Laboratory Emission Cell — FLEC). Камера представляет собой сосуд в форме колокола с плоским основанием, устанавливаемый на испытуемый образец (рис. 2). Из отходящей смеси газов выделяют летучие органические соединения. Кроме того, используется метод определения летучих органических соединений в пространстве над небольшой нагреваемой пробой (Headspace), преимуществами которого являются простота и возможность автоматизации, а недостатками – невысокая чувствительность и точность. Все методы определения выделений летучих органических соединений из различных полимерных материалов соответствуют стандартам DIN EN 13419-1, DIN EN 13419-2 и DIN EN 13419-3 [3-5].
Современные битумно-полимерные рулонные материалы для кровель представляют собой многослойную композицию, включающую подоснову, битумно-полимерные слои, минеральную посыпку и защитное покрытие (при необходимости). Наиболее опасным с точки зрения выделения вредных веществ компонентом является битумный слой. В частности, особая эмиссионная опасность исходит от битумной составляющей. Как известно, битумы представляют собой смесь высших углеводородов и гетероциклических соединений (углеводородов с атомами таких элементов, как сера, азот или кислород). Наряду с углеродом и водородом используемые при изготовлении кровельных материалов битумы содержат до 8 % по массе серы, около 0,5 % по массе азота и 1-2 % по массе кислорода.
Часто вызывает интерес специалистов количество полициклических ароматических углеводородов, содержащееся в различных сортах битумов. Основные группы таких соединений и их примеры, содержащиеся в битумах, представлены в табл. 1.
По данным отчета проблемного «круглого стола» производителей битума Германии, эмиссии из используемых обычно в этой стране видов битума содержат полициклические ароматические соединения, включая соединения с атомами серы [6]. Азотсодержащих соединений, таких как акридин, бензо(h)хинолин, бензо(с)хинолин, 2-нафтиламин, в эмиссиях из битумов обнаружено не было. Исследования по количеству и составу выделений, проведенные при подготовке упомянутого отчета, систематизированы в табл. 2.
Если характеризовать условия выделения некоторых веществ из битумных материалов, то следует отметить, что при температурах ниже 80 °С эмиссии из битумов практически отсутствуют. При 150 °С величины эмиссий не превышают 1 мг/ч. Заметные эмиссии обнаруживаются при температурах около 180 °С. При температуре 250 °С (что соответствует, например, температуре укладки литого асфальта) можно констатировать увеличение масштабов эмиссий. В связи с этим наиболее важным с точки зрения обеспечения безопасности является этап укладки материалов. Причем для битумных мастик и наплавляемых материалов это более актуально, поскольку технологически они требуют повышенных температур. Важно отметить, что эмиссии вредных веществ из кровельных материалов на основе битума пропорциональны содержанию в них этого связующего, но температуры, при которых фиксируются концентрации, несколько выше, что обусловлено содержанием в материалах СБС- и АПП-модификаторов.
При исследовании токсического влияния эмиссий из битумосодержащих материалов на человека обычно рассматривают следующие параметры: фототоксические реакции, способность вызывать кожные заболевания, специфические симптомы при испытаниях на животных, первичное раздражающее действие (на коже, для глаз), сенсибилизирующее действие. Практически во всех случаях испытаний применяемых в настоящее время материалов негативные эффекты не обнаружены.
Из всех полимерных мембранных материалов наибольшие вопросы с точки зрения эмиссий вредных для здоровья веществ могут вызывать мембраны на основе ПВХ. Характеристика их состава заключается в том, что они включают пластифицированный ПВХ в виде тонкой пленки (мембраны), в качестве армирующего компонента используется сетка из полиэфира. Для повышения эластичности в ПВХ вводят до 40 % пластификаторов, большинство из которых является источником летучих органических соединений. В табл. 3 приведена классификация летучих химических соединений по температуре проявления названного свойства.
В качестве пластификаторов для мягкого ПВХ могут использоваться дибутилфталат, диэтилфталат, диэтилгексилфталат и другие соединения. У фталатов (эфиров фталевой кислоты с различными спиртами) высокая температура кипения, но возможна миграция и при обычных температурах, как утверждают некоторые специалисты. Кроме названных компонентов материалы на основе ПВХ могут стать источниками таких веществ, как хлористый винил, винилхлорид, мезетилен, псевдокумол, толуол, этилбензол, циклогексан, ксилол и др. Следует признать, что оценка этих выделений современными исследователями далеко неоднозначна. Например, для одного из наиболее распространенных пластификаторов диэтилгексилфталата (DEHP) доказано, что его канцерогенность при испытаниях на животных наблюдалась только при очень высоких дозировках. В связи с этим ПДК этого вещества была установлена на уровне 10 мг/м3. Эпидемиологические исследования на людях, профессионально занятых в производстве материалов с использованием DEHP, до сих пор не дают подтверждения канцерогенности. Некоторые авторитетные организации не констатируют канцерогенность вещества, но некоторые, например американское Агентство по защите окружающей среды (Environmental Protection Agency – EPA), утверждают это как доказанный наукой факт [7]. Многие специалисты предпочитают различать понятия «экотоксичность» (токсичность для окружающей среды) и «хьюмантоксичность» (токсичность для человека). Такой подход имеет право на существование, но при этом требуют разработки еще методики, учитывающие кумулятивный эффект совместного негативного действия веществ, а также эффект биологического накопления вредных соединений в живом организме.
В качестве примера исследования эмиссий из полимерных кровельных материалов не на основе ПВХ можно привести результаты, полученные на полиолефиновых материалах методом измерений в пространстве над нагреваемой пробой небольшого размера (рис. 3). Они дают представление о качественном составе эмиссий, о количестве выделений судить сложно.
Для оценки влияния вредных веществ в битумосодержащих и полимерных кровельных материалах следует представлять классификации всех вредных веществ по токсическому эффекту и степени воздействия.
По токсическому эффекту воздействия принято подразделять все вещества на следующие группы: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные и влияющие на репродуктивную функцию. В частности, такие соединения, как диметиламинобензол и органические азокрасители, относятся к сенсибилизирующим веществам, повышающим чувствительность организма к химическим веществам и приводящим к аллергическим заболеваниям. В связи с этим важно отсутствие полициклических ароматических углеводородов с содержанием азота в составе битумов. В то же время изучалось английским хирургом Поттом на коже рабочих еще в 1775 г., а было научно обосновано в 1933 г., что бенз(а)пирен является канцерогенным веществом, которое может вызывать все виды раковых заболеваний.
По степени воздействия на организм человека принято подразделять вредные вещества на 4 класса: чрезвычайно опасные (ПДК < 0,1 мг/м3), высокоопасные (ПДК — 0,1-1 мг/м3), умеренно опасные (ПДК — 1- 10 мг/м3), малоопасные (ПДК > 10 мг/м3). В частности, содержащийся в материалах на основе битумов нафталин относится по этой классификации к группе малоопасных, а содержащийся в материалах на основе ПВХ в качестве пластификатора дибутилфталат – к высокоопасным веществам.
Данные о токсических эффектах для человека при значительном превышении допустимых концентраций основных веществ, выделяющихся из битумосодержащих и полимерных материалов, приведены в табл. 4. Вероятность превышения концентраций в результате применения кровельных материалов чрезвычайно мала, но это не означает, что незначительные количества выделяющихся веществ абсолютно безвредны.
В результате анализа изложенного можно сделать следующие выводы об эмиссиях из рулонных и мембранных кровельных материалов:
1. Эмиссии из кровельных материалов возможны при повышении температуры: для битумосодержащих материалов это температура от 80 °С, наблюдаемая на темных кровлях в летний период; для материалов на основе ПВХ в целом температуры несколько выше, но имеется эффект миграции незначительных количеств летучих органических соединений при обычных температурах.
2. Основная опасность эмиссий для здоровья человека может возникать при работе с материалами. При использовании битумно-полимерных материалов опасность существенно ниже по сравнению с укладкой асфальта за счет использования полимерных модификаторов, высокого качества битумов, посыпок и т.п. Для технологических и эксплуатационных нужд в материалы на основе ПВХ вводят больше пластификаторов, чем в материалы из жесткого ПВХ и др. (до 40 %), что следует учитывать при работе с ними.
3. Распределение возникающих на кровле эмиссий из битумных или полимерных материалов не позволяет делать выводы об их влиянии на здоровье людей, находящихся в здании. Но преимущественным с точки зрения токсической безопасности является использование защитных слоев (эксплуатируемой кровли, посыпок, покрытий и т.п.). Есть варианты архитектурных и конструктивных решений, где приходится считаться с возможными эмиссиями вредных веществ из кровельных материалов (выход оконных проемов на кровлю).
4. Выделения из рассматриваемых кровельных материалов возрастают с повышением температуры (в том числе при горении), что показывает актуальность мероприятий по защите поверхности материалов, а также надежных решений по пожарной безопасности.
Петр Жук, доцент МАРХИ, канд. техн. наук
Литература
1. Безопасность труда и охрана здоровья в строительстве: Инструкция МОТ]. – Женева: Международное Бюро Труда, 1992
2. Walter D. Untersuchungen zum Gehalt von arbeitsmedizinisch-toxikologisch relevanten Inhaltsstoffen in Bitumen und BitumenEmissionen sowie human-experimentelle Versuche zu deren dermalen Resorption – Inauguraldissertation – Giessen, 2006.
3. DIN EN 13419-1 Bauprodukte, Bestimmung der Emission von fluechtigen organischen Verbindungen (VOC). Teil 1: Emissionspruefkammer-Verfahren.
4. DIN EN 13419-2 Bauprodukte, Bestimmung der Emission von fluechtigen organischen Verbindungen (VOC). Teil 2: Emissionspruefzellen-Verfahren.
5. DIN EN 13419-3 Bauprodukte, Bestimmung der Emission von fluechtigen organischen Verbindungen (VOC). Teil 3: Verfahren zur Probenahme, Lagerung der Proben und Vorbereitung der Pruefstuecke.
6. Ruehl R., Musanke U. (Hrsg.) Sachstandsbericht des Gespraechskreis BITUMEN – Maerz, 2001.
7. Polyvinylchlorid (PVC) 4/ 2000, Hrsg: Bayerisches Landesamt fuer Umwelt, Verfasserin: U. Koller (www.lfu.bayern.de).