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建筑材料及其产生的室内污染物质程力学毕业

2014-08-26 03:05

建筑材料及其产生的室内污染物质 周俊清
[摘 要]建筑材料与室内污染的产生密切相关。文章概述了建筑材料的种类，介绍了建筑材料产生的污染物质，并阐明了这些污染物质的危害及建筑标准对这些污染物质的控制标准和要求。
[关键词]建筑材料；污染物质；危害与控制
 人类的居住环境实际就是由建筑材料所围成的与室外环境隔开的室内小环境，在这个小环境中，各种材料释放或散发出的有害物质对室内环境质量有很大影响。一部分无机材料及其产品中含有高本底的镭(Ra)，镭可蜕变成放射性很强的氡气(Rn)，能引起肺癌。很多有机合成材料和溶剂可向室内空气中释放出许多挥发性有机化合物，如甲醛、苯、甲苯、醚类、酯类等。在室内空气中已检测出300 多种有机化学物质，其中有20 多种有致癌或致突变作用。在室内空气中有害化学物质的浓度有时虽不是很高，但在它们长期的综合作用下，可使居住人群出现病态建筑物综合症和其它与建筑物相关的疾病。
1 建筑材料的种类
 建筑材料是建筑工程、装修工程中所使用的各种材料及其制品的总称，根据性能和用途分为基本建筑材料和装饰装修材料，二者有时很难严格区别；根据组成和结构又分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。
1.1 基本建筑材料
 基本建筑材料主要是指建筑物的地基、梁柱、墙壁、屋顶，等处所用的基础及结构材料，如金属材料中的钢铁、铝材、铜材等，无机非金属材料中的水泥、混凝土、石材、石膏、砖瓦、陶瓷、玻璃等，高分子材料中的木材、塑料、粘合剂等。常用的建筑材料主要有：
1.1.1 水泥
 水泥是最常用的建筑材料之一，主要是以石灰岩和粘土为原料，石灰岩和粘土中的放射性元素含量接近地壳中天然本底值。但在水泥生产过程中，掺入一定量的石膏、矿渣、粉煤灰、煤渣、钢渣等放射性相对较高的工业废渣作为混合材料，将会使水泥具有较高的放射性。再生建筑材料的放射性随着工业废渣掺量不同也有区别，废渣掺入量增加，砖瓦、水泥等材料的放射性有所增强。 （科教论文网 lw.nseaC.Com编辑发布）
1.1.2 混凝土
 混凝土是最重要的水泥制品，一般情况下混凝土放射性比水泥低。在建筑结构施工中，通常使用尿素或氨水作为水泥混凝土防冻剂，这些氨类化合物可从墙体中释放出氨气，造成室内空气污染。因此，混凝土氨释放量是室内空气质量研究的重要内容。
1.1.3 陶瓷
 陶瓷制品是目前应用十分普遍的建筑材料，主要由粘土或页岩等作坯料，表面涂上不同颜色的釉料加工而成。其坯料随原料不同辐射水平有所差异，一般用页岩作坯料比用粘土作坯料的放射性稍高。釉料是由不同颜色的无机原料加锆乳浊剂配制而成，锆化合物中天然放射性元素含量因产地而异。
1.1.4 石材
 天然石材主要有花岗岩、大理石、板岩等。天然材料本身都具有一定的放射性，由于岩石种类和成岩方式不同使材料的放射性差异很大。其中，大理石的辐射水平较低，花岗岩属火成岩中的酸性岩石，原生放射性元素含量较高，稍高于地壳平均值。
1.1.5 石膏
 石膏中的磷石膏是一种装饰材料，放射性元素含量较高，因此，在选用以磷石膏为原料的室内装饰材料时，应持慎重态度。在基本建筑材料中使用量最大的是无机非金属类建筑材料，这类建筑材料比较突出的污染问题是放射性和氨释放量。建筑材料产生的放射性污染有两种类型：一是存在于建筑材料中的天然放射性元素，二是天然放射性元素衰变产生的氡气(氡及其子体)。我国建筑材料产品中天然放射性元素主要是镭-226、钍-232 和钾-40，天然放射性元素发射出的射线对人体产生外照射，由镭-226 和钍-232 衰变产生的氡气，被人体吸入后产生内照射。
1.2 装饰装修材料
 装饰装修材料是指用于建筑物的墙面、柱面、地面等表面处起保护、美化作用的饰面材料，如粘合剂、涂料、人造板材、家具、壁纸、地板、地毯、墙砖、卫生洁具等，其中绝大部分属于高分子材料。 （科教论文网 lw.nseaC.Com编辑发布）
1.2.1 粘合剂
 粘合剂分为天然的和合成的粘合剂两大类，天然粘合剂主要有胶水、糊精、树胶，胶乳、橡胶水等。合成粘合剂主要有环氧树脂、聚乙烯醇缩甲醛、酚醛树脂、醛缩脲甲醛、合成橡胶胶乳、合成橡胶胶水等。粘合剂在建筑装修、家具制作以及日常生活中都有广泛的应用，合成粘合剂在使用时可挥发出大量有机污染物，主要种类有：甲醛、苯、甲苯、二甲苯、甲苯二异氰酸酯等。
1.2.2 涂料
 涂敷于表面与其他材料很好粘合并形成完整而坚韧的保护膜的物料称为涂料，在建筑上涂料和油漆是同一概念。涂料的组成包括膜物质、颜料、助剂以及溶剂。成膜材料的主要成分有酚醛树脂、脲醛树脂、过氧乙烯树脂、氯化橡胶等，在使用过程中可向空气中释放大量的甲醛、苯、氯乙烯、酚类等有害气体。溶剂基本上都是挥发性很强的有机物质，其作用是将涂料的成膜物质溶解分散为液体，使之易于涂抹并形成固体的膜，因此涂料的溶剂是室内空气重要的污染源，刚刷涂料的房间空气中可检测出大量的苯、甲苯、二甲苯、甲苯二异氰酸酯等有机物。涂料中的颜料和助剂含有多种重金属如铅、铬、镉、汞以及砷等有害物质。
1.2.3 人造板材及其制品
 人造板材及人造板家具是室内装饰、装修的重要组成部分。人造板材在生产过程中需要加入粘合剂，家具的表面还要涂刷各种油漆。这些粘合剂和油漆中都含有大量的挥发性有机到室内空气中，造成室内空气的污染。在新装修、新家具的房间中可以检测出较高浓度甲醛、苯等有毒化学物质。
1.2.4 壁纸、地板、地毯
 壁纸是国内外使用比较广泛的墙面装饰装修材料，天然纺织壁纸尤其是纯羊毛壁纸中的细毛绒是一种致敏源，可导致人体过敏。塑料壁纸在使用过程中，由于含有未被聚合的成分以及老化分解，可向室内释放甲醛、氯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等有机污染物。塑料壁纸还含有铅、铬、镉、汞、砷、钡、硒等。

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 地板是目前常用的地面装饰装修材料，根据成分不同分为塑料、木质、陶瓷等地板，其中聚氯乙烯卷材地板污染物有氯乙烯、可溶性重金属(铅、镉)、有机挥发物。地毯是一种有着悠久历史的室内装饰品，传统的地毯是以动物毛为原材料。现代常用的地毯都是用化学纤维为原料编制而成的，用于编制地毯的化纤有聚丙烯酸胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维等。化纤地毯可向空气中释放甲醛、苯乙烯、4-苯基环己烯等有机化学物质。地毯具有很强的吸附能力，能吸附甲醛、灰尘、病原微生物等许多有害物质，尤其纯毛地毯是尘螨的理想滋生和隐藏场所。
1.3 其它功能材料
1.3.1 保温及隔热材料
 保温及隔热材料可分为无机和有机两大类。无机保温及隔热材料中通常以石棉纤维为原料制成的，使用时石棉纤维就会飘散到空气中，呼吸进入人体内造成严重的危害。合成保温及隔热材料常用各种树脂为基本原料，加入一定量的辅助材料，经加热发泡而制成；品种有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、脲醛树脂泡沫塑料等，在使用过程中，合成时未被聚合的游离单体以及高温下分解产生的气态有机化合物，会逐渐释放出来，主要污染物有甲醛、氯乙烯、苯、甲苯等。
1.3.2 吸声及隔声材料
 常用的吸声材料包括无机材料中的石膏板，有机材料中的软木板、胶合板，多孔材料中的泡沫玻璃，纤维材料中的矿渣棉、工业毛毯等。隔声材料一般有软木、橡胶、聚氯乙烯塑料板等。这些吸声及隔声材料都向室内释放多种有害物质如石棉、甲醛、酚类、氯乙烯等。
2 建筑材料产生的污染物质
 由室内空气污染调查和各类建筑材料分析可见，建筑材料是当前室内空气污染的重要发生源，释放或散发出的主要污染物质有甲醛(HCHO)、苯(C6H6)、甲苯(C7H8)、二甲苯(C8H10)、挥发性有机化合物(VOC)、氨(NH3)、放射性氡气(Rn)等气体成分以及石棉、重金属等少量的悬浮颗粒物。 （科教范文网http://fw.nseac.com）
2.1 甲醛
 甲醛主要来自室内装修装饰所用的建筑材料，包括胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等木质人造板材。甲醛与其他树脂结合在一起具有较强的粘合性，还能加强加板材的硬度，具有防虫防腐的功能。所以常用甲醛合成多种粘合剂，如脲醛树脂(UF)、酚醛树脂等，其主要原料是甲醛、尿素、苯酚和其他辅料。目前生产人造板材使用的粘粘剂是以甲醛为主要成分的脲醛树脂，将人造板材制作家具、装饰墙面时，其中残留和未参与反应的甲醛会逐渐向周围环境释放出来，是形成室内空气中甲醛的主体。尽管其他各类装饰材料，如塑料壁纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆和涂料等也可能向外界散发甲醛，但其甲醛释放量远远低于各类人造板材。因此，人造板材释放的甲醛是室内甲醛污染的主要来源。
2.2 苯及苯系物
 室内空气中约70 %的苯来源于装饰装修材料的使用，在新装修的居室内可以测出较高浓度的苯。人类日常活动如吸烟、喷洒杀虫剂等均可导致空气中苯系物的种类和数量增加。
2.3 挥发性有机化合物
 挥发性有机化合物的释放源主要是家庭装修中使用的有机溶剂型涂料、有机粘合剂板材等。随着各种装饰材料和化学品的广泛使用，室内挥发性有机化合物的种类会不断增加。
2.4 氨
 目前居民家庭和城市写字楼室内空气中的氨气主要来自于以下几个方面：(1)建筑施工中的混凝土防冻剂等外加剂。(2)室内装饰品。(3)木制板材。室内氨污染的主要原因是在建筑结构施工中使用尿素或氨水作为水泥混凝土防冻剂，这些氨类化合物可从墙体中释放
出氨气，污染室内空气。
2.5 氡
 氡是由镭衰变产生，是低层大气中天然放射性气体的主要组分，氡及其短寿命衰变子体的辐射剂量占天然辐射源的54 %。氡广泛存在于岩石狭缝、地下水、地面水、土壤、空
气、天然气中。室内的氡主要来源于花岗岩、大理石、水泥、砖瓦、石膏等建筑材料，特别是天然石材和工业废渣再生材料中含有较高的镭，这些建筑材料用于地基、地面、墙壁、屋顶等处，衰变出来的氡即可逸入室内。
 近年来的调查说明，各种掺入工业废渣的水泥、砖瓦等再生材料是造成室内氡污染的主要原因，日益增多的天然石材装修也是造成室内氡污染的潜在因素之一。
3 建筑材料产生的污染物质的危害
 监测结果表明居室内空气污染物的浓度远远高于室外，室内的居民长期吸入这些物质后，会出现程度不同的不适症，可对呼吸系统、神经系统和血液循环系统造成损伤，严重影响人们的正常生活与工作。下面重点分析建筑材料主要污染物的性质及其对人体健康的危害。
3.1 甲醛
 甲醛(HCHO)是最简单的醛类，相对分子质量30.03，熔点-92 ℃，沸点-19.5 ℃，是一种具有易挥发性的有机化合物。甲醛为无色、具有刺激性气味的气体，相对密度(1.04)比空气略大，易溶于水、醇、醚中，30 %～40 %的水溶液称为福尔马林，可用做消毒剂。此溶液在室温下极易挥发，加热更甚。甲醛聚合物受热易发生解聚作用，在室温下能释放出微量的气态甲醛。
 甲醛对人的皮肤和粘膜有强烈的刺激作用，可使细胞中的蛋白脂凝固变性，抑制一切细胞机能；由于甲醛在体内生成甲醇，而对视力及视网膜有较强的损害作用。甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常、免疫功能异常等方面，但个体差异很大。甲醛已经被WHO 确定为可疑致癌物。在室内装饰装修过程中，大量使用以甲醛为主要原料的脲醛树脂，导致室内甲醛浓度是室外的几倍到几十倍。用脲醛树脂为胶粘剂引起各种疾病，主要症状是呼吸道强烈刺激、咽喉烧灼、呼吸困难、眼睛刺激、咳嗽、发冷等，出现过敏性皮炎、神经失调等症状。我国一般住宅新装修后甲醛的浓度峰值可达0.85 mg·m-3，使用一段时间后可降至0.08 mg·m-3。WHO 以嗅阈值作为健康终点效应值，提出甲醛限量浓度为0.10 mg·m-3，我国室内空气质量标准(GB/T18883-2002)等效采用了该值作为浓度限值。
3.2 苯及苯系物
 苯(C6H6)是一种无色至浅黄色透明油状液体，具有强烈芳香气味，易挥发为蒸汽，是室内挥发性有机物的一种。相对分子质量 78.11，熔点5.5 ℃，沸点80.1 ℃，蒸汽相对密度2.71。苯蒸汽与空气可形成爆炸混合物。苯不溶于水，易溶于乙醇、乙醚等许多有机溶剂。
甲苯和二甲苯都为无色、有芳香气味，具有挥发性、易燃、燃点低的液体。
 1993 年WHO 将苯确定为致癌物。苯的健康效应表现在血液毒性、遗传毒性和致癌性三个方面。苯能引起麻醉和刺激呼吸道，并在体内神经组织及骨髓中蓄积，破坏造血功能，长期接触会造成严重后果。
 我国部分城市居室和办公室的测定结果表明，室内空气中苯含量为0.011～0.56 mg·m-3，室外空气中苯的含量为0.01～0.134 mg·m-3。房屋装修之后，室内苯的平均含量范围在0.42～0.56 mg·m-3 之间。在同时考虑物种差异和个体差异的情况下，WHO 于1987 年提出0.1 mg·m-3 作为保障大众健康的指导值。
 我国室内空气质量标准中苯的浓度限值为0.11 mg·m-3。在居民区进行的检测表明，居民区空气中甲苯、二甲苯含量为0.03～0.05 mg·m-3。WHO 提出0.1 mg·m-3 作为保障大众健康的指导值，我国室内空气质量标准中甲苯、二甲苯的限值是0.20 mg·m-3。
3.3 挥发性有机化合物
 根据WHO定义：挥发性有机化合物(VOC)是指在常压下，沸点在 50～260 ℃之间的各种有机化合物，按其化学结构的不同，可以进一步分为八类：烷烃、芳烃类、烯烃、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。VOC 对人体健康的影响主要表现在感官效应和超敏感效应，当室内空气中的VOC 浓度小于0.2 mg·m-3 时，人体感到舒适；当VOC 浓度在0.2～3 mg·m-3 时，人体可能感到刺激和不舒适，会使人产生头痛、疲倦和瞌睡，导致昏眩和昏睡；当VOC 浓度在3～25 mg·m-3 时，人体感到不舒适；当VOC 浓度大于25 mg·m-3 时，对人体产生毒性效应，可能会导致昏迷、抽筋、甚至死亡。

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3.4 氨
 氨(NH3)为无色而有强烈刺激气味的气体。相对分子质量17.03，沸点-33.5，熔点-77.8，相对密度0.5962。氨极易溶于水、乙醇、乙醚，氨的水溶液呈碱性。氨可燃，在空气中的体积比达到16 %～25 %时能发生爆炸。氨在高温时会分解成氮和氢，有催化剂存在时可被氧化成一氧化氮。氨对健康影响主要表现为对口、鼻粘膜及上呼吸道有很强的刺激作用，其症状根据氨的浓度、吸入时间及个人感受性等而有轻重。人对氨的嗅阈为：0.5～1.0 mg·m-3，轻度中毒表现有鼻炎、咽炎、气管炎、支气管炎，严重时可出现支气管痉挛及肺气肿，氨气浓度达3500 mg·m-3 以上时，可立即致人死亡。在居住环境中接触氨，也可造成呼吸道、眼睛和皮肤的刺激。
 我国室内空气质量标准中氨气浓度的限值是0.2 mg·m-3；理发店、美容店卫生标准(GB9666-1996)规定空气中氨气浓度不超过0.5 mg·m-3。GB18588-2001 中混凝土外加剂释放氨的量＜0.10 %(质量分数)。
3.5 氡
 氡(Radon，Rn)是一种无色无味的惰性气体，易扩散，能溶于水，极易溶于脂肪。在体温条件下，氡在脂肪和水中的分配系数为125:1，故极易进入人体组织。氡在自然界中有三种放射性同位素存在，其中Rn 半衰期最长，为3.825 d。氡气放射性的危害主要是对人体产生内照射。放射性氡及其子体气溶胶吸入人体后，粘着在支气管表层粘膜上，被呼吸系统截留，并在局部区域不断累积；部分侵入体液进入肺细胞组织，对人体产生电离损害；长期吸入高浓度氡最终可诱发肺癌。氡及其子体对人类的辐射危害主要是肺癌、白血病和呼吸道病变，潜伏期可长达15～20 年，这种内照射对人体健康的危害极其严重。WHO 实验证实了氡是目前已经认识到的19 种最重要的致癌物质之一，氡照射已被一些列为仅次于吸烟的第二位致癌因素，我国预测氡及其子体所致肺癌占公众肺癌的3 %～20 %。铀和镭是具有一定丰度的地壳天然组成元素，大气中氡气的天然本底浓度范围为0.1～10 Bq·m-3。当室内存在放射性污染源时，室内空气中的放射性水平会远比天然本底值高。由于室内情况的差异，空气中氡的浓度可以从几个Bq·m-3 变动到10000 Bq·m-3。通常室内的氡浓度比室外高5～10 倍，医学上有临床意义使人体肺部产生病理反应的氡气浓度是3000 Bq·m-3。国际上大多数国家室内空气中氡含量行动水平在200～600 Bq·m-3 范围内，我国室内空气质量标准中氡含量的行动水平为400 Bq·m-3，对于新建和已建、地面和地下建筑统一采用这个标准。 中国大学排名
 由以上分析可见，建筑材料所产生的污染物质中大多数是具有挥发性的有机化合物，通过呼吸道、皮肤、眼睛等对居室内人群的健康产生危害。另有少量的石棉、重金属等悬浮颗粒物，通过呼吸道或消化道进入人体内造成中毒。
4 结语
 在居室内建筑材料是最主要的室内污染源，释放出甲醛(HCHO)、苯(C6H6)、甲苯(C7H8)、二甲苯(C8H10)、挥发性有机化合物(VOC)、氨(NH3)、放射性氡气(Rn)等气体成分，另外还散发出少量的石棉、重金属等悬浮颗粒物，这些有害物质是引起建筑物综合症(SBS)的重要原因。室内空气污染物质的种类繁多、来源复杂，对室内人群造成的健康危害是长期接触、联合作用的结果。怎样才能建造出一个舒适、健康的室内空气环境，除了选用环保型建筑材料之外，更为重要的是进行科学地装修设计。

参考文献
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[3]葛杨．室内甲醛污染的研究．
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