Влияние кислотных дождей на материалы и сооружения

Влияние кислотных дождей и их предшественников на материалы и разнообразные конструкции стал особенно ощутимым в течение последних 40-50 лет. Кислотные дожди наносят значительный экономический ущерб, ускоряя коррозию большинства материалов, но иногда действие кислотных осадков непосредственно оценить трудно, в частности это влияние на исторические памятники и т.д..

 

Под воздействием кислотных дождей быстро проходит коррозия железных конструкций. Особенностью реакции воздействию кислотных дождей на железные поверхности является их автокаталитических характер. Коррозии способствует влажность воздуха, а коррозия проходит в несколько стадий. Сначала серная кислота взаимодействует с Ферум, после чего проходит реакция окисления и гидролиза с высвобождением серной кислоты, которая вступает в следующие реакции.

 

До недавнего времени эффективным средством защиты железных поверхностей было цинкования, ведь Цинк в обычных условиях покрыт защитной оксидной пленкой, которая не растворяется в воде.

 

При наличии в атмосферных осадках серной или азотной кислоты или их предшественников, последние легко растворяют оксид или гидрооксид цинка с образованием водорастворимых сульфата или нитрата цинка, которые смываются с поверхности водой. При образовании открытых поверхностей железа и цинка и наличия в растворе солей этих металлов, образуется гальваническая пара, что способствует, кроме химического, электрохимического растворения металла.

 

Статистический анализ показал, что имеет место синергетический эффект при воздействии на металлические сооружения одновременно сульфатной и нитратной кислот или их предшественников, 802 и Ж) 2, и при этом скорость коррозии возрастает в 100-1000 раз. Кроме того, на скорость коррозии металлов значительного влияния оказывают влажность воздуха, температура окружающей среды, концентрация кислот в осадках и количество этих кислотных дождей или туманов.

 

Отдельного внимания заслуживает воздействие кислотных дождей на мраморные и гранитные сооружения, ведь значительная их количество архитектурными памятниками. Так, за последние 40-50 лет такой памятник культуры как Акрополь в Греции пострадала от воздействия кислотных дождей больше, чем за всю историю своего существования. Ухудшается не только прочность этих сооружений, но и внешний их вид.

 

Исследования английских ученых показали, что скорость коррозии ряда исторических памятников в период 1720-1980 годы под воздействием кислотных дождей составляла ~ 0,078 мм / год. Сегодня скорость разрушения мраморных сооружений составляет 0,02-0,04 мм / год, причем особенно высокая скорость разрушения характерна для свежих образцов известняков. Через 1-3 года скорость эрозии становится постоянной. Разрушение поверхности известняковых пород напрямую связано с кислотностью осадков и количеством диоксида углерода в воздухе:

 

СаСОз + Н + = Са2 + + НС03 ';

 

СаСОз + Н20 + С02 = Са (НС03) 2.

 

Образующиеся гидрокарбонаты хорошо растворимые в воде. Наличие копоти ускоряет процессы разрушения известняковых сооружений. Это связано как с кислотными свойствами самой копоти, так и с ее способностью к процессам адсорбции кислотных компонентов и влаги. Экспериментально установлено, что при периодической очистке мраморных сооружений от копоти, скорость поверхностного их разрушения уменьшается на 30%. Особенно быстро проходит разрушения этих сооружений в городах, например, в городах ~ 0,035 мм / год, в селах - 0,005 мм / год.

 

Негативного влияния кислотные дожди оказывают и на древесину. В первую очередь, под воздействием кислотных дождей снижаются агдезиальни свойства древесины, после чего древесина быстро стареет. Действие кислотных дождей (рН = 5,6) на древесину в течение 4-х месяцев в несколько раз снижает агдезиальни свойства древесины, а действие кислотного аэрозоля (рН = 2,0) в течение нескольких часов - вдвое снижает этот показатель. Это не только ухудшает прочность материала, но и внешний вид сооружений.

 

На практике одним из наиболее эффективных мер защиты металлических, деревянных и других конструкций является их окраску, но на сегодня доказана возможность разрушения красок под воздействием кислотных дождей. Большинство красок достаточно проницаемыми для газов и влаги, поэтому при попадании на них кислот, возможны разнообразные гидролитические и окислительные процессы, что приводит к уменьшению прочности крашеных покрытий и рост их хрупкости.

 

При непосредственном воздействии кислотных дождей на краски наблюдается взаимодействие катионов водорода с наполнителями красок, например, тальком, каолином, баритом т.д., и это приводит к нарушению композиционного состава красок. После этого краски легко растрескиваются

 

и наблюдается эрозия локального характера. Попадание кислотных дождей на грань краска-материал, ускоряет отслоение краски. Особенно быстро краски разрушаются при одновременном действии кислотных дождей и УФ-излучения. При этом происходит разрыв основных связей в полимерах, что приводит к уменьшению их механической прочности, а уменьшение вследствие этих процессов молекулярной массы полимера способствует его вымыванию из краски. Отдаленные последствия этих процессов это нарастание хрупкости красок и их растрескивание. Чувствительность акриловых красок к действию кислотных дождей и УФ-излучения выше, чем у полиуретановых и эпоксидных красок, которые сегодня получили распространения.

 

Таким образом, кислотные дожди оказывают значительный экономический ущерб, что требует пересмотра отношения человека к выбросам в атмосферу загрязняющих веществ. Приведенные данные свидетельствуют о необходимости разработки и внедрения эффективных мер и средств защиты атмосферного воздуха от-загрязнения, а это возможно лишь при комплексном подходе к вопросу охраны окружающей среды.