сотрудник
г. Москва и Московская область, Россия
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ББК 383 Строительные материалы и изделия
Одним из эффективных способов улучшения свойств цементных композитов является применение при их изготовлении комплексных добавок, состоящих из мелкого и тонкозернистого наполнителя. При оптимальном соотношении наполнителей различной дисперсности достигается, наряду с улучшением упругопрочностных свойств, снижение пористости и повышение долговечности. Статья посвящена исследованию долговечности карбонатно-кварцевых композитов в условиях воздействия микробиологической среды, состоящей из мицелиальных грибов. Рассмотрены цементные композиты, наполненные добавками различной дисперсности – кварцем, известняком и доломитом. Задача решалась с помощью симплекс ̶ решетчатого плана Шеффе. Исследована обрастаемость материалов мицелиальными грибами по ГОСТ 9049-91 методами 1 и 3. Рассмотрение обрастаемости материалов, содержащих мононаполнители, показывает, что в меньшей степени обрастают мицелиальными грибами композиции, наполненные органогенным известняком. Этот же наполнитель, а также доломитовый приводят к большему повышению биостойкости композиций с бипарным наполнителем.
биостойкость, наполненные композиты, известняки, доломит, кварц; симплекс-решетчатый план, грибостойкость, фунгицидность, карбонатно-кварцевые композиты
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, |
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 3 100–3 300 см2/г; Х2 – количество карбонатного порошка дисперсностью 6 000–6 200 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/ Гкн ,Кф = 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.
- 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.
- Этот же наполнитель, а также доломитовый приводят к большему повышению биостойкости композиций с бинарным наполнителем.
- 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 %.
1. Дворкин Л.И., Соломатов В.И., Выровой В.Н., Чудновский С.М. Це-ментные бетоны с минеральными наполните-лями. Киев: Издательство Будівельник, 1991. 135 с.
2. Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добав-ки в бетоны и растворы. Киев: Издательство Будівельник, 1989. 128 с.
3. Рамачандран В.С., Фельдман Р.Ф., Колленарди М. Добавки в бетон: Справочное пособие: М.: Стройиздат, 1988. 575 с.
4. Соломатов В.И., Ерофеев В.Т., Смир-нов В.Ф. Биологическое сопротивление мате-риалов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. 196 с.
5. Андреюк Е.И., Козлова И.А., Рожан-ская А.М. Микробиологическая коррозия строительных сталей и бетонов // Биоповре-ждения в строительстве. Москва. 1984. С. 209-218.
6. Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Светлов Д.А. Защита зданий и сооружений биоцидны-ми препаратами на основе гуанидина от мик-робиологических повреждений Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. 164 с.
7. Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Морозов Е.А. Микробиологическое разрушение мате-риалов. М: АСВ, 2008. 128 с.
8. Белов В.В., Субботин СЛ., Куляев П.В. Прочностные и деформативные свойства бе-тонов с карбонатными микронаполнителями // Строительные материалы. 2015. № 3. С. 25-29.
9. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портланд-цемент. М.: Стройиздат, 1967. 303 с.
10. Ерофеева И.В., Калашников В.И. Удельный расход цемента на единицу проч-ности бетонов нового поколения // Modems cientific potential. 2016. Vol. 17. Р. 11-13.
11. Пакерс И., Хаймс Б., Барреген Б., Гонзела Р. Самоуплотняющийся бетон с из-мельченным карбонатом кальция // CPI. Меж-дународное бетонное производство. 2012. № 1. С. 34-40.
12. Тимашев В.В., Колбасов В.М. Свойства цементов с карбонатными добавками // Цемент. 1981. № 10. С. 10-12.
