Abstract and keywords
Abstract (English):
One of the effective ways to improve the properties of cement composites is the use of complex additives in their manufacture, consisting of fine and fine-grained filler. With an optimal ratio of fillers of different dispersivity is achieved, along with the improvement of elastic-strength properties, reduced porosity and increased durability. The article is devoted to the study of the durability of carbonate-quartz composites under the influence of microbiological medium consisting of mycelial fungi. Cement composites filled with additives of different dispersion - quartz, limestone and dolomite are considered. The problem was solved with the help of simplex lattice plan Sheffa. Investigated obrashchaemost materials filamentous fungi according to GOST 9049-91 methods 1 and 3. Consideration of obratimosti materials containing monopalmitate shows that to a lesser extent, are overgrown with filamentous fungi a composition filled with organogenic limestone. The same filler, as well as dolomite lead to a greater increase in the biostability of compositions with a BiPar filler.

Keywords:
biostability, filled composites, limestone, dolomite, quartz; the simplex-lattice plan, mould, fungicides, carbonate-silica composites.
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение. Для экономии вяжущих и регулирования физико-технических свойств композиционных строительных материалов используются порошкообразные и волокнистые наполнители.

Наполнители в цементных системах делятся на активные и инертные. При этом первые способны вступать в химическое взаимодействие с продуктами гидратации цемента.

Из многочисленных исследований отечественных и зарубежных авторов следует, что одним из эффективных способов улучшения свойств цементных композитов является применение при их изготовлении комплексных добавок, состоящих из мелкого и тонкозернистого наполнителя [1, 2, 3]. При их оптимальном соотношении достигается, наряду с улучшением упругопрочностных свойств, снижение пористости и повышение долговечности. 

В последнее время актуальными являются исследования биостойкости цементных композитов [4, 5, 6, 7].

Основная часть. Исследования биостойкости цементных композитов проведены по
ГОСТ 9049-91 с применением
симплекс-решетчатого плана Шеффе.

Прочность наполненной цементной
системы – результат синтеза процессов химического, физико-химического, физико-механического взаимодействия, в которых наполнитель принимает самое активное участие. Химически активные наполнители реагируют с продуктами гидратации цемента, связывая их в нерастворимые соединения. Кремнеземистые наполнители, вступая во взаимодействие с гидроксидом кальция (
Ca(OH)2), образуют низкоосновные гидросиликаты, а карбонаты кальция и магния взаимодействуя с алюмосодержащими клинкерными минералами, образуют комплексные соединения типа 3CaO·Al2O3·Ca(Mg)CO3–11H2O. Выявлена также возможность обменных реакций между карбонатными наполнителями и гидросиликатами кальция [1, 12].

В ряде работ [1, 12] отмечалось, что применение карбонатных добавок способствует уменьшению водопотребности, расслаиваемости и водоотделения бетонных смесей; повышению их водоудерживающей способности, пластичности, плотности и однородности; снижению усадки, водопоглощения и тепловыделения бетонов, а также улучшает их атмосфероустойчивость, водо-, морозо- и кислотостойкость, стойкость к агрессивному воздействию морской воды и придает цементному камню и бетону более светлый цвет.

В условиях повышенной влажности и температуры материалы способны подвергаться микробиологическим повреждениям. Биодеструкция осуществляется преимущественно микроскопическими грибами. Их рост происходит вследствие того, что последние используют отдельные компоненты материала в качестве источника питания, а также за счет находящихся на поверхности внешних загрязнений. Разрушение материалов происходит как в результате механического воздействия мицелия микромицетов, так и под влиянием метаболитов, выделяемых микромицетами в процессе жизнедеятельности [4, 5, 6, 7]

В ходе работы было проведено исследование возможности использования микроскопическими грибами композитов в качестве источника питания. Нами были проведены исследования грибокостойкости и фунгицидности.

Грибостойкость композитов – это способность данного материала не служить источником питания для грибов-деструкторов, т.е. не подвергаться биоповреждению. Фунгицидность – это способность материала вызывать гибель грибов-деструкторов. Композиты, обладающие фунгицидными свойствами, не подвергаются процессу биоповреждения микромицетами даже при наличии внешних загрязнений.

Ниже приведены результаты испытаний грибостойкости и фунгицидности цементных композитов, наполненных порошками, полученными измельчением кварцевого песка и карбонатных пород – известняка речного, доломита горного, известняка органогенного, химический состав которых приведен в таблице.

 

Таблица

 Результаты испытаний составов с наполнителем

№ опыта

Индекс

Состав смеси,
мас. ч.

Относительные показатели составов

с речным известняком

с доломитом

 горным

с органогенным

известняком

 

 

 

Х1

Х2

Х3

Кг

Кф

Кг

Кф

Кг

Кф

1

n1

1

0

0

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

2

n2

0

1

0

1,00

1,00

1,00

0,80

0,83

0,92

3

n3

0

0

1

1,00

1,00

1,00

0,73

0,75

0,83

4

n122

1/3

2/3

0

1,12

0,92

1,00

0,73

0,83

0,83

5

n133

1/3

0

2/3

0,75

0,92

0,33

0,73

0,92

0,92

6

n233

0

1/3

2/3

0,87

1,00

1,00

0,80

0,67

1,00

7

n112

2/3

1/3

0

0,62

1,00

1,33

0,80

0,50

1,08

8

n113

2/3

0

1/3

0,75

1,00

1,33

0,73

0,50

0,83

9

n223

0

2/3

1/3

1,00

1,00

1,00

0,73

0,67

1,17

10

n123

1/3

1/3

1/3

0,75

0,92

0,33

0,87

0,75

0,92

 

 

Изучались композиции, полученные на основе как порошков различной дисперсности, так и смесей кварцевого и карбонатного наполнителя. Исследования проведены с применением методов математического планирования эксперимента (использован симплекс-решетчатый план, предложенный Шеффе). Для выполнения эксперимента была реализована матрица в виде плана, состоящая из 10 опытов. Факторами варьирования являлись: Х1 – количество кварцевого порошка дисперсностью 3 1003 300 см2/г; Х2 – количество карбонатного порошка дисперсностью 6 0006 200 см2/г;  Х3 – количество  карбонатного порошка дисперсностью
9000
9200 см2/г.

Были изготовлены и испытаны образцы цементных композитов со 100 % содержанием смеси наполнителей по отношению к цементу. Испытания проводились на образцах-призмах размером 1×1×3 см. Вначале определялись абсолютные значения грибостойкости и фунгицидности каждого состава, затем производился пересчет на относительные показатели по отношению к обрастаемости образцов (методами 1 и 3) составов, наполненных только порошком кварцевого песка:

Кг  = Гсн/ Гкнф = Фсн/ Фкн ,

где  Кг и Кф – относительные показатели грибостойкости и фунгицидности составов, наполненных кварцевокарбонатными порошками, по сравнению с кварценаполненными;  Гсн и Гкн – абсолютные показатели грибостойкости составов, наполненных соответственно кварцево-карбонатным и кварцевым наполнителями;  Фсн и Фкн – абсолютные показатели фунгицидности составов, наполненных соответственно кварцево-карбонатным и кварцевым наполнителями. Результаты выполненных испытаний приведены в таблице.

  1. На основании найденных уравнений регрессии были построены графики в виде линий равных значений Кг и Кф, представленные на рисунках 1–3.

 

 

а                                                                                                б

Рис. 1. Линии равных значений Кг (а) и Кф (б) наполненных кварцевым песком и известняком речным

 

а                                                                     б

Рис. 2. Линии равных значений Кг (а) и Кф (б)  цементных композитов, наполненных кварцевым песком

и доломитом горным

 

Рис. 3. Линии равных значений Кг (а) и Кф (б) цементных композитов, наполненных кварцевым

песком и известняком органогенным

 

Графические зависимости демонстрируют изменение показателей биостойкости составов отдельно с кварцевым, известняковым и доломитовым наполнителями, а также смесями кварцевого наполнителя с порошками речного известняка, доломита, органогенного известняка.

Выводы.  Изучение обрастаемости материалов, содержащих мононаполнители, показывает, что в меньшей степени обрастают мицелиальными грибами композиции, наполненные органогенным известняком.

  1. Этот же наполнитель, а также доломитовый приводят к большему повышению биостойкости композиций с бинарным наполнителем.
  2. Наблюдается снижение обрастаемости образцов с органогенным наполнителем при испытании по методу 1 на 50 %, а по методу 3 – на 27 %, при наполнении доломитом – соответственно на 67  и 27 %, известняком горным – на 38 и 8 %.
References

1. Dvorkin L.I., Solomatov V.I., Vyrovoy V.N., Chudnovsky S.M. Cement concrete with mineral fillers. Kyiv: Budivelnik Publishing House, 1991. 135 p.

2. Afanasiev N.F., Tseluiko M.K. Additives in concretes and mortars. Kyiv: Budivelnik Publishing House, 1989. 128 p.

3. Ramachandran V.S., Feldman R.F., M. Kallenrode Additive to concrete: reference book: M.: Stroyizdat, 1988. 575 p.

4. Solomatov V.I., Erofeev V.T., Smirnov V.F. Biological resistance of materials. Saransk: Publishing house of Muzzles. UN-TA, 2001. 196 p.

5. Andreyuk E.I., Kozlova I.A., Rozanska A.M. Microbiological corrosion of structural steel and concrete. Biodegradation in construction. Moscow, 1984, pp. 209-218.

6. Erofeev V T., Smirnov V.F., Svetlov D.A. Protection of buildings and structures with biocide preparations based on guanidine from microbiological damages of Saransk: publishing House of Mords. UN-TA, 2010. 164 p.

7. Erofeev V.T., Smirnov V.F., Morozov E.A. Microbiological decomposition of materials. M: DIA, 2008. 128 p.

8. Belov V.V., Subbotin S.L., Kulyaev P.V. Strength and deformation properties of concrete with carbonate micro-fillers. Stroitel'nye materialy, 2015, no. 3, pp. 25-29.

9. Butt Y.M., Timashev V.V., Portland Ce-ment, Moscow: Stroyizdat, 1967. 303 p.

10. Erofeeva I.V., Kalashnikov V.I. Specific consumption of cement per unit of strength of new generation concrete. Modems cientific potential, 2016, vol. 17, pp. 11-13.

11. Packer I., Hyams B., Barragan B., Gonzalo R. Self-compacting concrete with crushed calcium carbonate. CPI. International concrete production, 2012, no. 1, pp. 34-40.

12. Timashev V. V., Kolbasov V. M. Properties of cements with carbonate additives. Cement. 1981, no. 10, pp. 10-12.


Login or Create
* Forgot password?