ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИЗУЧЕНИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

XXIвеке в мире существует много глобальных проблем в разных отраслях промышленности. Экономика на сегодняшний день требует рациональное использование энергетических ресурсов.

Являясь одной из ведущих держав мира по производству и исполь­зованию энергии, Россия значительно уступает экономически развитым странам в вопросах рационального использования энергоресурсов. Се­годня на выпуск товарной продукции в Западной Европе в среднем рас­ходуется около 0,5 кг условного топлива на 1 доллар США продукции, в США — 0,8, в России — 1,4 кг. [21]

Рациональному использованию энергетических ресурсов в миро­вой практике уделяется большое внимание. Например, в Российской Федерации 2009 г. подписан Федеральный закон № 261-ФЗ.Егоцелью, является создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности. [18]

Опыт различных стран в решении этих проблем показывает, что наиболее эффективным путём ее решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промыш­ленного оборудования и тепловых сетей. [21].

Однако, до настоящего времени не достаточно сведений о токсикологических характеристиках различных видов минеральных ват.

Для реализации цели нами проведены следующие исследования. Изучен состав теплоизоляционных материалов, их физико-химические свойства, воздействие на организм, определены перспективные направ­ления изучения условий труда при использовании теплоизоляционных материалов.

Теплоизоляционные материалы делят на три вида (по виду основного использования исходного сырья):

1.Органические — получаемые с использованием органических веществ (например пенополистирол). Так же в качестве органических изолирующих материалов используют переработанную неделовую древесину и отходы деревообработки (древесноволокнистые плиты и древесностружечные плиты), сельскохозяйственные отходы (соломит, камышит и др.), торф (торфоплиты) и т. д. Эти теплоизоляционные материалы, как правило, отличаются низкой водо-, биостойкостью, а также подвержены разложению в связи с этим используются в строительстве реже.

2.Неорганические — минеральная вата и изделия из неё (например, минераловатные плиты), лёгкие и ячеистые бетоны(газо­бетон и газоселикат), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита, вермикулита, сотопласты и др. Изделия из мине­ральной ваты получают переработкой расплавов горных пород или металлургических шлаков в стекловидное волокно. Характерная особенность — низкие прочностные характеристики и повышенное водопоглощение, поэтому применение данных материалов ограничено и требует специальных методик установки. При производстве совре­менных теплоизоляционных минераловатных изделий производится гидрофобизация волокна, что позволяет снизить водопоглощение в процессе транспортировки и монтажа.

3. Смешанные — используемые в качестве монтажных, изго­товляют на основе асбеста (асбестовые картон, бумага, войлок), смесей асбеста и минеральных вяжущих веществ (асбестодиатомовые, асбесто­трепельные, асбестоизвестковокремнезёмистые, асбестоцементные изделия) и на основе вспученных горных пород (вермикулита, перлита).

Минеральная вата является наиболее распространенном теплоизо­ляционном материалом, доля объёма производства и потребления в Российской Федерации составляет более 60 %. Этот теплоизоляционный материал используется в основном в строительной отрасли и транспортной отрасли для теплоизоляции здании и сооружении, и магистралей. Его особенности заключаются в том, что она не тяжелая, обладает свойствами звукоизоляции и теплоизоляции.

Минеральная вата — это высоко эффективный материал, обладаю­щий свойствами тепло и звукоизоляции. Свойства данного материала обусловлены уникальной структурой, не имеющей аналогов в природе.

Значительному развитию минеральной ваты способствовали исследования, проведенные учёнными А. И. Жилиным [12], В. А. Ки­тайцевым [14], К. Э. Горяйновым [3, 4], В. В. Колединым [15], Е. А. Латынцевой [16], О. С. Татаринцевой [20] и др.

Фактически минеральную вату производят из каменей, но по своей структуре материал похож на вату, так как состоит из мельчайших волокон, которые очень гибкие и мягкие как волокна хлопка.

Подобная структура обеспечивает способность задерживать воздух между волокнами, с помощью чего материал становится низкой тепло и звука проводимым. Подобные свойства минеральной ваты делают её высоко эффективным материалом и определили основные области её применения:

· строительство жилых и промышленных зданий — сооружений;

· тепло звукоизоляция транспортного и технического оборудования.

Преимущество минеральной ваты в том, что она не тяжелая по массе и относительно маленькая по объёму, это делает её удобной при изоляции высотных зданий.

Применение данного материала значительно сокращает потреб­ление тепловой энергии в жилищных и промышленных сооружении и в последствии чего приведёт к сокращению финансового затрата. Кроме этого экономия энергии при использовании теплоизоляционных мате­риалов в этих сооружениях, значительно сокращаются выбросы в атмосферу парниковых газов, этим минеральная вата принимает участие в сохранение экологии.

На сегодняшний день в мире существует ряд компании по произ­водству минеральной ваты. К примеру, можно провести Rockwool, Knaufи др. Эти компании постоянно работают над усовершенство­ванием свойств данного материала. Компания Rockwoolимеет свои заводы совместного производства с десятками странами мира.

На рынке Российской Федерации существует много совместных иностранных предприятий. Внедрение зарубежного опыта в технологию производства минерального волокна, сделало возможными поставки этих материалов в страны Западной Европы и США.

По мнению анализа маркетингового агентства ABARUSлидерами по производству этих теплоизоляционных материалов в России являют­ся такие компании как ТЕХНОНИКОЛЬ, ROCKWOOL, LINEROCK, ИЗОРОК, ТЕРМОСТЕПС и другие [19], которые имеют несколько производственные линии в Челябинской, Рязанской, Кемеровской, Московской, Ленинградской и других областях Российской Федерации.

Минеральная вата согласно ГОСТ [8] — это теплоизоляционный материал, имеющий структуру ваты и изготовленный из расплава горной породы, шлака и стекла. При изучении характеристики каждого типа минеральной ваты установлено следующее.

Стеклянная вата — это одна из минеральных ват, которое изготавливается из расплава стекла. Толщина волокон составляет 5—15 мкм, а длина 15—50 мм.

Шлаковая вата — изготавливается из расплава доменного шлака. Толщина волокон составляет 4—12 мкм, длина 16 мм, Волокна шлаковой ваты очень хрупкие и колкие, как волокна стеклянной ваты.

Каменная вата — одна из самых эффективных минеральных ват, которая изготавливается из расплава горных пород. Толщина и длина составляющих ее волокон такая же, как у шлаковой ваты. Ее волокна не колки, с каменной ватой намного проще работать, чем со стекленной или шлаковой ватой. Лучшими характеристиками обладает базальтовая вата. В исходный материал (диабаз или габбро) для каменной ваты производители добавляют минералы (известняк, доломит и глину), шихту или доменные шлаки, что увеличивает текучесть расплава — доля минеральных и иных примесей в каменной вате может составлять до 35 %. [17]

Действующий ГОСТ 4640 —93, устанавливает требования к минеральной вате, правила контроля качества минеральной ваты, предназначенной для изготовления теплоизоляционных изделий, правила приёмки товарной ваты, методы испытаний, требования к транспортированию и хранению. Согласно данный материал бывает в виде готового изделия для облицовки, обкладки и покрытия.

Минеральная вата бывает разных марок в зависимости от её плотности. Существует три вида плотности 35, 50 и 70 кг/м³, соответственно марки ВМ-35, ВМ-50 и ВМ-70.

В соответствие [7] вата по физико-механическим и теплофизическим показателям должна соответствовать требованиям, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Физико-механические и теплофизические показатели

С 1 июля 2012 года вводится в действие новый ГОСТ 4640-2011 «Вата минеральная. Технические условия».

Для использования в строительстве, утеплении жилых домов и производственных промышленности существует несколько видов изде­лии из минеральной ваты. Изучение отечественного рынка и рынка стран СНГ, показано, что наиболее широко используют следующие изделия:

·маты из минеральной ваты прошивные теплоизоляционные;

·плиты теплоизоляционные на синтетическом связующем;

·плиты теплоизоляционные повышенной жесткости на синте­тическом связующем;

·плиты гофрированной структуры;

·маты прошивные из базальтового супертонкого волокна;

·плиты несгораемые теплоизоляционные базальтовые и др.

При производстве этих изделий производители обязаны строго соблюдать требованиям нормативных документов РФ, ГОСТов [9, 5, 6 и др.] и если существует собственные Технические условия (ТУ). На настоящий момент ТУ прописываются гораздо более высокие требования к производимым материалам, чем те ГОСТы.

Химический анализ минеральных волокон, представлены втаблице 2 [16].

Таблица 2

Химический состав минеральных волокон

Для улучшения физико-механических свойств в минеральной вате используют разные связующие вещества. На сегодняшний день в Рос­сийской Федерации выпускаются связующие вещества для минераль­ных ват органического, неорганического и комбинированного проис­хождения. [15]

Для минеральных ват используется такие органические вещества как нефтяные битумы, крахмал и синтетическая смола. В качестве неорганических связующих используют растворимое стекло, цемент и редко некоторые глины. Более широкое распространение в данной промышленности получили битумы различных марок, но изделия на битумном связующем получаются более тяжелыми и непрочными, чем синтетическом связующем.

На сегодняшний день существуют различные наименования свя­зующих. ВНИИТеплоизоляция совместно с несколькими пред­приятиями занимаются усовершенствованием связующих компонен­тов. В качестве комбинированных связующих используют следующие.

Фенолоспирты марок А, Б, В состав которых из первичных продуктов конденсации фенола с формальдегидом в присутствии оснований в качестве катализаторов. Фенолспирты обеспечивают благоприятные физико-механические и физико-химические, а также технико-экономические свойства. Их основными недостатками можно считать токсичность, недолговечность и хрупкость отверженной пленки.

Карбомидная смола марки МФ в составе продукт поликон­денсации мочевины с формальдегидом в нейтральной или щелочной среде, катализатор — хлористый аммоний 1—2 %;

Мочевино-меламино-формальдегидная смола в состав, который входят продукты конденсации мочевины, меламина и формальдегида в кислой среде и др.

Сегодня более актуально используется композиционные связую­щие, которые, состоят из смеси нескольких веществ с различными па­раметрами, пополняя друг друга, тем самым улучшается качества изделий. На отечественных предприятиях по производству минераль­ной ваты применяются композиционные связующие как битумно-пен­тонитовое, крахмально-бентонитовое, смеси фенолспиртов с пластфи­каторами и др.

Опасность воздействия на организм человека минеральной ваты определятся её физико-химические свойствами. Кроме того токсич­ность минеральных ват определяется ее способностью выделять в окружающую среду мелкодисперсную пыль.

В настоящее время достаточно изучен патогенез воздействия пылевых частиц на организм работающего [3, 10]. Особую опасность представляют респирабельные и трахсобронхиальные пылинки, спо­собные проникать в альвсолы и в периферии легкого. В мировой прак­тике с учетом рекомендаций Всемирной организации здравоохра­нения (ВОЗ) в ряде стран осуществлен переход на нормирование содержания в воздушной среде частиц пыли с размерами не более 2,5 мкм и (или) 10 мкм. [1] Нормирование концентрации пыли в США проводится в соответствии с ASHRAE стандартом 52.76 Атмосфера [22] в мг/м³ также для воздуха рабочей зоны.

Гигиенистами установлена зависимость возрастания степени опасности взвешенных частиц при уменьшении их размеров, поэтому дисперсность пыли имеет большое гигиеническое значение [10, 11].

Результаты исследований проведенных в Канаде [22] показали, что твердые частицы оказывают неблагоприятное воздействие на ткани дыхательной системы, влияют на уровень госпитализации и преждевременной смертности даже при их концентрации в атмосфер­ном воздухе ниже существующих нормативов. В связи с этим проведе­но изменение в нормировании качества воздуха. Нормирование стало проводиться не по общему содержанию взвешенных частиц, которое охватывает широкий диапазон размеров частиц, а по содержанию частиц с размером равным или меньшим чем 10 мкм в диаметре (РМ₁₀), и их подфракциям (РМ_2,5).

Известно [10], что большая часть вдыхаемой пыли задерживается на слизистой оболочке носа, глотки, трахеи и бронхов и только незна­чительная часть (примерно 10 %) достигает бронхиол и альвеол, где подвергается фагоцитозу [2]. Из бронхиол и альвеол пылинки могут проткать о интерстициальную ткань и лимфатическую систему легких, где задерживаются и обусловливают развитие патологического процесса. Размер частиц является очень важным фактором возможного смешения вдыхаемой пыли в пределах дыхательного тракта. Чтобы вдыхаемая пыль достигала трахеобронхиальные области дыхательного тракта, частицы должны быть диаметром меньше 10 мкм. Частицы 2—З мкм и меньше способны достигнуть альвеол, поэтому частицы менее 2,5 мкм рассматриваются как вдыхаемая пыль.

В соответствии с нормами, принятыми в США, измерения концентраций PM₁₀ производятся со среднечасовым осреднением. Это означает, что первостепенное значение уделяется не острому, а их хро­ническому воздействию на организм. В России в настоящее время не проводятся суточные отборы проб на содержание взвешенных частиц.

Первый подход широко используется за рубежом. Так, [11] зару­бежные стандарты предусматривают разделение частиц пыли на 3 основные группы: респирабельные с диаметром частиц до 5 мкм; трахеобронхсальные с диаметром частиц от 5 до 10 мкм и ингали­руемые, составляющие весь диапазон размеров частиц, содержащихся в воздухе. Соответственно предусмотрены и нормативы концентраций каждой из фракций, и приборы для их измерения. Например, TM-DATA фирмы HUND (Германия) предназначен для измерения массо­вой концентрации аэрозоля только частиц до 5 мкм. Аналогичные приборы имеются в США и Канаде (например, Flow Manager PM 10 и TSP HiVol Series PM 2.5 Speciafion) [11].

При работе с минеральной ватой вредными производственными факторами являются пыль минерального волокна и летучие компоненты органических веществ (пары углеводородов), входящих в рецептуру.

Концентрация пылевых частиц волокна не должна превышать ПДК — 2 mg/m³ для рабочей зоны производственной помещений IIIкласса опасности по ГОСТ 12.1.005

На современном этапе изучения условий труда лиц связанных с производством и применением изделий из минеральной ваты установ­лено, что одним из наиболее неблагоприятных производствен­ных факторов можно считать мелко дисперсные пылевые частицы РМ₁₀ и РМ_2,5. Для данного вида загрязнения воздуха рабочей зоны в настоя­щее время отсутствуют гигиенические нормативы. Кроме того, в отечественной и зарубежной научной литературе имеются указание на беспороговость воздействия данного вида загрязнения.

В воздухе рабочей зоны у лиц занятых работами с использо­ванием минеральной ваты обнаружены РМ₁₀ в концентрации 1,8 mg/m³ _, РМ_2,5 в концентрации 1,25 mg/m³ _. Улиц, занятых работающих в таких условиях труда выявлены изменения в количественном и качест­венном составе макрофагов даже при условии использования средств индивидуальной защиты органов дыхания. Кроме того, у обследо­ванных обнаружены признаки сенсибилизации, которые вероятно обусловлены физико-химическими особенностями вдыхаемой пыли.

Полученные нами результаты неблагоприятного воздействия указывают на необходимость разработки гигиенических нормативов для РМ₁₀ и РМ_2,5 в воздухе рабочей зоны, а также учета данного вида воздействия при оценке условий труда при профессиональном контакте с АПФД и адаптации методики расчета пылевой нагрузки исходя из особенностей воздействия на организм работающего.

Выводы:

При масштабном использовании минеральной ваты на современ­ном этапе развития строительной отрасли, необходимо:

·разработать ряд мероприятий и методик по оценке условия тру­да при осуществлении технологических процессов по производству и использованию теплоизоляционных материалов на основе минеральной ваты;

·пересмотреть средства индивидуальной защиты;

·разработать методы оценки и прогноза риска здоровью при использовании теплоизоляционных материалов на основе минеральной ваты;

·обосновать перечень медико-профилактических мероприятий направленных на предупреждение утраты и/или сохранение здоровья;

·использовать международные стандарты OHSAS 18001 при управлении профессиональными рисками в области безопасности и здоровья.

Список литературы:

1. Азаров В. Н. Комплексная оценка пылевой обстановки и разработка по снижению запылённости воздушной среды промышленных предприятий: дисс. … д.т.н. Ростов-на-Дону 2003г. с. 597
2. Величковский Б. Т. О физико-химических свойствах кремнезема, обусловливающих развитие силикоза. — В кн.: Патогенез пневмокониозов. — Свердловск, 1970. — С. 213—218.
3. Горяйнов К. Э. Минеральная вата и изделия из нее. Технология изготовления и применение. — М: Машстройиздат, 1950
4. Горяйнов К. Э. Технология минеральной ваты и изделия из нее. — М.: Гос-стройиздат, 1958.
5. ГОСТ 21880-94 «Маты прошивные из минеральной ваты теплоизоляционные»
6. ГОСТ 22950-95 «Плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем. Технические условия»
7. ГОСТ 4640-93. «Вата минеральная. Технические условия»
8. ГОСТ 52953-2008 «Материалы и изделия теплоизоляционные. Термины и определения»
9. ГОСТ 9573-96 «Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные»
10. Грушко А. В. Гигиена труда и оценка риска воздействия производственных факторов на здоровье работников мукомольных предприятий: Автореф. Дис…. канд.мед.наук: 14.00.07. — Защищена 14.06.00. — Волгоград, 2000.
11. Дисперсный состав пыли как критерий патогенности аэрозольного загрязнения воздуха/ Д. Н. Козлов, А. Н. Кузнецов, И. И. Турковский // Гигиена труда. -2003.-№ 1.-С. 45—47.
12. Жилин А. И. Минеральная вата. — М.: Промстойиздат, 1953
13. Жукова Т. В. Гигиенические вопросы диагностики индивидуального здоровья// Тр./Ростов.гос.мед.универ.-2000.-С. 58.
14. Китайцев В. А. Технология теплоизоляционных материалов. — М.: Стройиздат, 1970 — 382 с.
15. Коледин В. В. Минераловатные материалы на основе природного и техногенного сырья Сибирского и Дальневосточного регионов: дис... док.тех.наук. Новосибирск, 2000г. 345 с.
16. Латынцева Е. А. Теплоизоляционные изделия на основе минерального волокна и алюмосиликатной связки: дис. … канн.тех.наук. Новосибирск. 2003г. 149 с.
17. Минеральная вата — свойства и характеристики [Электронный ресурс] // Портал строительные материалы и оборудования. [сайт]. [2011]. URL: http://www.rmnt.ru/story/isolation/351113.htm (дата обращения: 18.03.2012)
18. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: федер. закон Рос. Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ: принят Гос. Думой Федер. Собр. Рос. Федерации 11 ноября 2009 г.: одобр. Советом Федерации Федер. Собр. Рос. Федерации 18 ноября 2009 г. //Рос.газ. — 2009. — 27 ноября.
19. Российский рынок теплоизоляционных материалов [Электронный ресурс] // Аналитического агентства ABARUS: [сайт]. [2010]. URL: http://www.abarus.ru/cnt/complete/rawmaterials/ (дата обращения: 21.04.2012)
20. Татаринцева О. С. Изоляционные материалы из базальтовых волокон, полученных индукционным способом: дисс. ... д.т.н. Бийск 2006г. 272 с.
21. Теплоизоляционные материалы и конструкции /Под ред. Ю. Л. Бобров, Е. Г. Овчаренко, Б. М. Шойхет, Е. Ю. Петухова — М: Инфра-М, 2010. — 266 с.
22. National Fire Protection Association (NFPA)/ Standard Nos. 68, 69, 91, 654/