CC BY
9
Б1-08 а-.дхй 27.02.2008 22:37 Раде 20
■е-
ИУ^БНЮ CLASSIFICATlaN OF ROAD BINDING MATERIALS
Prygoda Yu.G., Obukhan Ye.I.
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ДОРОЖНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ
ПРИГОДА Ю.Г., ОБУХАН Е.И.
Государственное учреждение "Институт гигиены и медицинской экологии им. А.Н. Марзеева АМН Украины", г Киев
УДК 614.895:667.052.84
ППеНННА КЛАСИФ1КАЦ1Я ДОРОЖН1Х В'ЯЖУЧИХ МАТЕР1АЛ1В Пригода Ю.Г., Обухан €.1.
Ппешчна класиф1кац1я дорожнх в'яжучих матер1ал1в заснована на вивченн1 Ын\х ф1зико-х1м1чних властивостей / токсичност з урахуванням походження, х1м1чного складу, законом1рностей м1грацИ летких фракц1й / токсично1 дИ на орган1зм, що дозволяе впорядкувати / систематизува-ти р'1зн'1 типи дорожшх матер1ал1в / прогнозувати загрозу для оточуючого середовища та здоров'я людини нових композиций в'яжучих матер1ал1в, як впроваджуються у дорожньому буд1вництв1.
аиболее качественные структурно-механические характеристики дорожных одежд обеспечиваются при использовании комплексных вяжущих материалов на основе органических и минеральных компонентов с активирующими добавками и наполнителями. Такие органические вяжущие материалы, как нефтеби-тумы, каменноугольные смолы и дегти могут быть улучшены путем введения извести, цемента, фосфогипса. В мировой практике самыми распространенными вяжущими материалами являются неф-тебитумы и цементобетоны, которые имеют удовлетворительные санитарно-гигиенические показатели. Сырьевыми ресурсами вяжущих материалов, наряду с нефтью, могут быть продукты переработки горючих сланцев, торфа, древесины, отходы нефте-, коксо-, лесохимии и др. Используемые материалы можно разделить в основном на две группы веществ — органического либо минерального происхождения. С ними контактируют работники предприятий, выпускающих подобную продукцию, дорожные рабочие, население, которое пользуется автомобильными дорогами или проживает в непосредственной близости от них [1-4].
Перечень нормативно-технической документации, действующей в дорожной отрасли, включает свыше 400 стандартов, в том числе строительные нормы и правила, технические условия, регламенты и др. Более 25% этих документов относятся к производству и применению вяжущих материалов, что уже давно обусловливает необходимость классифицировать
их по определенным признакам. Подобные попытки имели место при характеристике основных видов сырья и органических вяжущих материалов [5]. Термины, номенклатура и классификация вяжущих материалов приняты еще в 1925 году, когда впервые начали строить усовершенствованные покрытия из отечественного сырья. Дорожные материалы классифицируют также по степени прочности, вязкости, устойчивости к температуре, по особенностям технологии получения и применения [6]. Вместе с тем до сих пор отсутствует классификация вяжущих материалов по степени токсичности и опасности для окружающей среды и человека.
Материалы и методы. Для гигиенической классификации современных вяжущих материалов изучены физико-химические свойства и определены параметры токсичности более 35 композиций дорожных материалов различного происхождения. Методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии установлен качественный и количественный состав сложных химических смесей из нескольких десятков идентифицированных компонентов. Содержание канцерогенных ПАу определяли с помощью низкотемпературной спектрофо-тометрии и спектрально-люминесцентного анализа с предварительным применением колоночной и тонкослойной хроматографии.
Экспериментальные исследования токсичности вяжущих материалов выполнены на белых крысах, мышах линии СВА, морских свинках и кроликах по классической схеме
Е#20
Б1-08 а-.дхй 27.02.2008 22:37 Раде 21
о-
предварительном токсикологической оценки при перо-ральной, ингаляционной и перкутанной затравках, при определении влияния на слизистую оболочку глаз, выявлении кумулятивных свойств, определении коэффициента ингаляционного отравления, класса опасности [7-9].
Результаты исследований и обсуждение. Дорожные вяжущие материалы, несмотря на многокомпонентный состав, имеют ряд специфических физико-химических параметров, разделяющих их на отдельные группы. В нефтяных вяжущих материалах преобладают предельные и непредельные углеводороды, составляющие 50-70% от ароматических углеводородов; содержание бенз(а)пи-рена низкое — 0,000060,015%. В составе летучих фракций дорожных вяжущих материалов каменноугольного происхождения ведущее место занимают ароматические углеводороды, фенолы, пиридин, серосодержащие соединения; содержание бенз(а)пирена составляет 0,076-0,35%. Качественный и количественный состав паров древесных вяжущих материалов из отходов лесохимической промышленности отличается высоким содержанием жирных кислот, ацетона, уксусной кислоты, предельных и непредельных углеводородов, низкой концентрацией бенз(а)пирена — 0,000060,00012%.
На основе экспериментальных исследований и данных, полученных расчетным путем, определены параметры токсичности вяжущих материалов (табл. 1). Нефтяные продукты имеют среднесмер-тельную дозу (ЛД50) преимущественно на уровне 749273032 мг/кг, а каменноугольные — в 5 раз меньшую. ЛД50 древесных вяжущих материалов и смол других производств существенно не отличаются от каменноугольных, а ЛД50 свежих кислых гудронов достигает 9661 мг/кг за счет содержания серной кислоты и ее производных, что не позволяет рекомендовать их в производство без дополнительной нейтра-
I*
лизации. Сравнительно большой диапазон полулетальных доз объясняется различными сырьевыми источниками и технологическими режимами приготовления материалов.
Полулетальные концентрации (СЛ50) и пороги острого действия для многих вяжущих материалов в условиях производства и применения не могут быть достигнуты ввиду незначительной миграции химических веществ и высокой степени полимеризации. Максимально достижимые концентрации паров нефтяных материалов составляют от 3,0 до 550,0 мг/м3 при 20оС, а каменноугольных вяжущих материалов — более 161100 мг/м3, в целом они отличаются на 2-3 порядка. СЛ50 нефтяных вяжущих материалов достигает 117077 (43183190971) мг/м3, а для каменноугольных — в несколько раз меньше. Нефтяные вяжущие материалы имеют низкие уровни миграции веществ в атмосферный воздух, воду и почву и слабую токсичность. В условиях эксплуатации автомобильных дорог, построенных с их применением, концентрации летучих фракций, за исключением первых дней эксплуатации покрытий, не превышают ПДК. Токсичность смол и дегтей значительно выше, по сравнению с вяжущими материалами из продуктов переработки нефти. Кроме того, они обладают выраженными раздражающими свойствами и содержат вещества, опасные в аллергенном и канцерогенном отношении.
Согласно расчетам, ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) нефтяных вяжущих материалов для атмосферного воздуха в среднем составляют 0,1373
ПРОБЛЕМИ ДОВК1ЛЛЯ =
(0,0703-0,2443) мг/м3. ОБУВав каменноугольных, древесных вяжущих материалов и смол других производств отличаются мало и составляют соответственно 0,054; 0,060 и 0,063 мг/м3, т.е. более чем в два раза меньше, по сравнению с нефтяными вяжущими материалами.
Сумма углеводородов (ЕС20) в парах различных материалов достигает у нефтяных вяжущих материалов 277,5 (0-809,3) мг/м3, а у каменноугольных — от 64 до 22340 мг/м3, ЕС20 древесных материалов колеблется от 7,8 до 39,0 мг/м3.
Полученные в экспериментах и расчетным путем результаты и данные других авторов использовались для разработки гигиенической классификации дорожных вяжущих материалов в зависимости от происхождения, химического состава, токсичности и опасности (рис. 1). Все продукты разделены на две группы — органические и неорганические (минеральные) вяжущие материалы. Среди минеральных материалов выделены три группы — цементы, фосфогипсы и шлаки, в составе которых обнаружены оксиды кальция, серы, фосфора, алюминия, кремния и неорганические щелочи. Среднесмертельные дозы этих продуктов превышают 5000 мг/кг.
Органические вяжущие материалы по происхождению включают 5 групп: природные, нефтяные, каменноугольные, древесные, смолы других производств, которые характеризуются различием химического состава. Природные материалы содержат главным образом углеводороды, ас-фальтогенные кислоты, мас-
ла, а также вещества, включа- исхождения. Они характери-ющие серу, азот и кислород. зуются отсутствием миграции Дорожные материалы отно- токсических соединений в сятся к различным классам процессе эксплуатации дорог. токсичности и опасности: Каменноугольные вяжущие нефтяные вяжущие — в ос- СТУ-3 и деготь Д-4 характер-новном к IV классу, каменноу- ны для всей группы мате-гольные и древесные — к III риалов из продуктов перера-классу опасности (по ГОСТ ботки каменных углей. Вяжу-12.1.007-76). Наиболее безо- щие материалы из отходов пасны и безвредны покрытия древесины, бурого угля и гос применением вяжущих ма- рючих сланцев отличаются териалов минерального про- разнообразием химического
Таблица 1
Параметры токсичности и классы опасности дорожных вяжущих материалов
0
Сокращенное название ЛД50 мг/кг ЛК50 мг/м3 Limac мг/м3 Zас Е С20 мг/м3 КВИО Класс опасности
Нефтяные вяжущие материалы
НСС 37580 142383 4841 29,4 17 1,2-10-4 IV
Кг-2 62320 233741 8028,4 29,1 48 2,1-10-4 IV
Кг-6 9661 37612 1244,6 30,2 1845 4,9-10-2 Ш
ВКГ 72000 269269 9275,4 29,0 186 6,9-10-4 IV
Б/Х 19050 73164 245,1 29,8 531 7,3-10-4 IV
Б/С 17990 69172 2317,6 29,8 550 8,0-10-3 IV
КВАГУ 35300 133912 4547 29,4 26 1,9-1010-4 IV
ГН-1 29600 112685 3813,2 26,9 92 8,2-10-4 IV
ГН-2 40300 152475 5191,6 29,37 7,7 5,05-10-5 IV
БНК 12450 48224 1603,9 30,1 3,0 6,2-10-4 IV
ВОТГ 21900 88875,4 2821,3 29,73 20,5 2,44-10-3 IV
БНД90/130 125000 48420 1680,4 28,8 4,2 8,3-10-5 IV
Каменноугольные вяжущие материалы
СТУ/ПВХ 10720 41648 1381,0 30,2 22340 0,54 Ш
СТУ/ПС 9555 37207 1230,9 30,2 6301 0,17 Ш
СБУ 8582 52341 776,2 54,5 11460 0,27 Ш
СТУ -3 4860 19182 140 137 4209 0,21 Ш
СУЭ 8710 33980 1220,1 27,9 64 1,9-10-4 Ш
Д - 4 7000 36327 660,7 54,9 16100 0,44 Ш
Д - 6 7650 29920 986,6 30,3 12550 4,2-10-4 Ш
ПБО 8700 333950 1121 30,3 248 7,3-10-4 Ш
Д-2/ПВХ 7600 26280 864,3 30,3 1403 5,3-10-2 Ш
СТО 10739,6 41722 1384 30,1 35,3 8,5-10-4 Ш
СТД 6985 23370 899,8 30,41 7200 0,26 Ш
КОРС 7300 28570 940,2 30,38 12040 0,42 Ш
ПЕК 8810 34360 1134,9 30,27 90 2,6-10-3 Ш
СФК 8100 31740 1043,4 30,32 191 6,0-10-4 Ш
СКС 4845 19124 624,15 30,64 - - -
ДО-5 4804 18965 618,8 30,64 1369 7,2-10-2 Ш
Д -1 4600 18176 592,5 30,67 4023 0,22 Ш
СД 4850 26406 590,0 44,8 39 1,5-10-4 Ш
ТП 15650 60342,5 2016,1 29,93 22,4 3,7-10-5 Ш
Древесные вяжущие материалы
СЖГС 10400 1900 1339,7 14,1 - - II
ЛС 35000 13905 450,8 30,84 - - III
БФ 5200 20496 669,8 30,60 - - III
ФФ 1100 4472 141,7 31,55 - - -
е
bH*22
состава, что объясняется их различным происхождением.
Без ограничений к применению в дорожном строительстве рекомендованы вяжущее из битума с добавлением хвостов флотации или серы; комплексное вяжущее асфальто-гудронное улучшенное; битум нефтяной из нефтяного гудрона, окисленный воздухом либо полученный из нефтяного гудрона химическим окислением; материал, изготовленный на основе кислых гудронов; прудовые кислые гудроны; вяжущее окисленное таллово-гудронное и тал-ловый пек.
При наличии высоких уровней миграции в атмосферный воздух ароматических, моно- и полиядерных углеводородов, а также при выраженных токсических свойствах, дорожные вяжущие материалы из отходов кок-сохимпроизводств (смола угольных электродов; смола тяжелая улавливания, модифицированная полистиролом; смола тяжелая улавливания, модифицированная поливинилхлоридом; каменноугольный деготь марки Д-4, Д-6; смола тяжелая окисленная; деготь окисленный и др.) могут быть рекомендованы к применению вне населенных пунктов, курортно-рекреационных зон и зон отдыха. Ряд материалов рекомендуется только в качестве добавок (5-10%) к дорожным смесям при строительстве дорог вне населенных пунктов: смола улавливания бессатураторного процесса, смола древесная из лиственных пород и отходов производства тиомочевины, полимеры бензольных отделений, кубовые остатки ректификации стирола, пек, смола формованного кокса. Не рекомендованы к использованию в составе дорожных смесей свежие кислые гу-дроны, вяжущие материалы из каменноугольного дегтя марки Д-1 и смолы аминиро-вания (Д-1).
Другими материалами, использующимися в процессе строительства и эксплуатации автомобильных дорог, являются термопластические разметочные материалы, ко-
HYGIENIC CLASSIFICATION OF ROAD BINDING MATERIALS Prygoda Yu.G., Obukhan Ye.I.
Hygienic assessment of modern binding carried out on the basis of physical-and-chemical properties and toxicity, taking into account origin, chemical composition, appropriatenesses of the migration of volatile fractions and toxic effect on the organism, allows to regulate and to systematize an available information on various types of road materials and to prognosticate a danger for environment and human health of new compositions of binding materials introduced into highway engineering.
торые располагаются в порядке ухудшения токсичных свойств следующим образом: разметочный материал, модифицированный полиэфирной смолой; материал, модифицированный полиметилси-локсановой жидкостью; материал, модифицированный ди-винилбензолом и стиролом; материал, модифицированный полистиролом; материал, модифицированный тиоколом и др. Первые три композиции рекомендованы к применению без ограничений. Использование других разметочных материалов исключает вредное влияние на окружающую среду при температуре эксплуатации автомобильных дорог, однако при повышении температуры до 100-150оС (в процессе приготовления и нанесения разметок) могут создаваться высокие концентрации летучих компонентов, что учитывается соответствующими рекомендациями для производственных условий.
Выводы
1. Разработанная впервые гигиеническая классификация дорожных вяжущих материалов основывается на изучении их физико-химических свойств и установлении параметров токсичности с учетом происхождения, химического состава, закономерностей миграции летучих фракций и токсического действия на организм.
2. Получена возможность упорядочить и систематизировать различные типы дорожных материалов и прогнозировать опасность для окружающей среды и здоровья человека новых композиций вяжущих материалов, внедряемых в строительство и эксплуатацию автомобильных дорог.
ЛИТЕРАТУРА
1. Автомобильные дороги: Одежды из местных материалов: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.К. Славуцкого. — М.: Транспорт, 1987. — 255 с.
2. Гохман Л., Гурарий Е. Все начинается с битума // Автомобильные дороги. — 2005. — № 5. — С. 34-36.
3. Гохман Л.М. Результаты исследований органических вяжущих материалов // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2006. — № 4. — С. 29-30.
4. Коршунов В.И., Ланге Ю.Г., Басурманова И.В. Где российские автомобильные дороги с цементобетонными покрытиями? // Transport construction. — 2006. — № 11. — C. 14-16.
5. Руденская И.М., Руден-ский А.В. Органические вяжущие для дорожного строительства. — М.: Транспорт, 1984. — 229 с.
6. Савченко В.Я., Касьюв В.1., Словшська О.С. Сучасш модели методи i технологи проек-тування та бу^вництва авто-мобтьних дор^ i штучних спо-руд на них // Автошляховик Ук-раУни. ,,Вюник" твшчного нау-кового центру транспортноУ академп УкраУни. — 2005. — № 8. — С. 170-174.
7. Inhalation study on exposure to bitumen fumes. Part 2: Analytical results at two exposure levels / H. Brandt, M. Lafontaine, A.Kriech аt al. // Ann. Oc-cup. Hyg. — 2000 — Vol. 44, № 1 — Р. 31-41.
8. Statistical Modelling of the Determinats of Historical Exposure to Bitumen and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Among Paving Workers / I. Burstyn, H. Kromhout, T. Kauppinen at al. // Ann. Occup. Hyg. — 2000.— Vol. 44, № 1. — Р. 43-56.
9. Методы определения токсичности и опасности химических веществ (токсикометрия) / Под ред. И.В. Саноцкого. — М.: Медицина, 1970. — 343 с.
23bH
