employee
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
BBK 383 Строительные материалы и изделия
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.
biostability, filled composites, limestone, dolomite, quartz; the simplex-lattice plan, mould, fungicides, carbonate-silica composites.
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. 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.
