автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Биологическое сопротивление модифицированных строительных композитов на основе известковых вяжущих

ІІа правах рукописи

Р"*

Хуторской Сергей Владимирович

БИОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАНЫ,IX СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ ІІЛ ОСНОВЕ ИЗВЕСТКОВЫХ ВЯЖУЩИХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 4 ОКТ 2013

005535751

Пенза 2013

005535751

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. 11. П. Огарева»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ерофеев Владимир Трофимович

Официальные оппоненты - Кондращенко Валерий Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пугей сообщений", профессор кафедры «Строительные материалы и технологии»

- Белов Владимир Владимирович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», зав. кафедрой «Производство строительных изделий и конструкций»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Самарский

государственный архитектурно-строительный университет»

Защита диссертации состоится 14 ноября 2013 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.184.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, д. 28, кори. 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Автореферат разослан 14 октября 2013 г.

Ученый секретарь Бакушсв

диссертационного совета ¿¿^ Сергей Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Па сегодняшний день одной из наиболее значимых проблем в строительной отрасли является повышение долговечности материалов и изделий, так как в зданиях и сооружениях с агрессивными средами на строительные конструкции воздействует большое количество агрессивных сред различного вида, одними из которых являются бактерии, мицелиальные грибы и актиномицеты, приводящие в благоприятных условиях для их развития к разрушению зданий и сооружений.

За последние годы микроорганизмы претерпели значительные изменения, увеличились их разнообразие и численность, их способность выживать, казалось бы, в неблагоприятных для них условиях. Некоторые виды микроорганизмов становятся более устойчивыми и с каждым годом осваивают новые материалы для развития и роста. Ущерб от биоповреждений, который вызван деятельностью микроорганизмов, ежегодно исчисляется десятками миллиардов долларов. Рост и развитие на поверхности материалов и конструкций микроорганизмов ухудшают экологическую обстановку. В зданиях и сооружениях это является серьезной угрозой для здоровья и жизни людей и животных.

Следы биологического воздействия можно встретить на стенах зданий старой постройки и вновь построенных зданиях и сооружениях. Биоповреждения наносят большой ущерб культурным ценностям. В этом случае повреждаются не только материалы и конструкции, но и интерьер -уникальная ленка, живопись, мозаика, в результате нарушается неповторимый архитектурно-художественный облик сооружения.

Биоповреждениям подвержены практически все материалы, в том числе композиты на основе извести. Современное строительство имеет огромный выбор подобных материалов. Применение известковой штукатурки известно с древности, и возвращение к ее использованию сегодня объясняется тенденцией использования экологически чистых декоративных материалов. Несомненно, что для повышения срока службы строительных материалов необходимо принимать меры, которые смогли бы повысить их стойкость к воздействию микроорганизмов.

Биологическое сопротивление известковых композитов изучено недостаточно. В связи с этим исследования, посвященные изучению биодсструкции композитов на основе известковых вяжущих и разработке способов повышения их биологического сопротивления, - являются актуальными.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка способов повышения биологического сопротивления строительных композитов на основе негашеной и гашеной извести.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• изучить процессы структурообразования строительных композитов на основе негашеной и гашеной извести, содержащих модифицирующие и биоцидные добавки, наполнители и активированную воду затворсния;

• определить биостойкость известковых композиционных материалов в условиях воздействия стандартной биологической среды;

• получить количественные зависимости изменения физико-мсханичсских свойств известковых композитов при воздействии на них продуктов

метаболизма микроорганизмов;

• установить зависимость изменения прочности и биостойкости композитов на основе извести от введения различных наполнителей и добавок;

• исследовать влияние различных способов активации воды затворсния на биологическое сопротивление известковых композитов;

• подобрать и оптимизировать составы известковых композитов с улучшенными показателями биостойкости и физико-механических свойств.

Научная новизна работы:

• получены составы, обладающие фунгицидными свойствами, проведены комплексные исследования по влиянию различных добавок на биологическое сопротивление композитов на основе негашеной и гашеной извести;

• определены пути повышения стойкости композитов на основе извести, за

счет применения модификаторов различного типа, в условиях воздействия на них

модельных сред мицелиальных грибов и бактерий;

• изучены процессы структурообразования и установлены зависимости влияния различных модифицирующих и фунгицидных добавок, наполнителей и режимов активации воды затворсния на некоторые физико-технические свойства известковых композитов;

• методом математического планирования эксперимента определена взаимосвязь прочности, биостойкости и проницаемости композитов на негашеной и гашеной извести с количественным содержанием отдельных компонентов, обеспечивающих повышенную биостойкость и улучшение других свойств.

Практическая значимость работы. На основе негашеной и гашеной извести получены композиты с фунгицидными свойствами, предназначенные для применения в биологических агрессивных средах. Осуществлен подбор оптимальных составов известковых композитов по критериям прочности и долговечности. Техническая новизна исследований подтверждена тремя

патентами на изобретения.

Новые виды биостойких известковых композитов расширяют номенклатуру материалов, изделий и конструкций для специальных видов строительства. Результаты диссертационной работы были внедрены при выполнении отделочных работ на ООО «ДСК-Бстон» в г. Саранске.

Степень достоверности. Достовсрностьрезультатов работы определяется хорошей сходимостью данных экспериментальных исследований с производственным внедрением, статистической обработкой результатов исследования и сходимостью с литературными данными. Экспериментальные

исследования проводились с применением методов физико-химического анализа, физико-механических, биологических, математических методов в соответствии с действующими стандартами.

Личный вклад соискателя состоит в анализе отечественной и зарубежной научно-технической литературы по исследуемому направлению, выборе последовательности и методов проводимых исследований, проведением лабораторных испытаний для выполнения поставленных задач. Сформулированы выводы на основе анализа полученных в ходе экспериментальных исследований результатов, даны рекомендации по практическому применению.

На защиту выносятся:

• результаты исследования влияния модифицирующих и фунгицидных добавок, наполнителей, режимов активации воды затворсиия на физико-мсханичсские свойства известковых композитов;

• результаты исследования обрастаемости известковых композитов в стандартной среде мицелиальных грибов;

• результаты исследования стойкости композитов на основе негашеной и гашеной извести в модельных средах мицелиальных грибов и бактерий.

• возможности получения биостойких композитов на основе негашеной и гашеной извести с улучшенными физико-механическими показателями;

Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались на всероссийских и международных научно-технических конференциях: «Бионовреждсния и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 2009), «Научный потенциал молодежи - будущему Мордовии» (Саранск, 2009), «Биотехнология начала III тысячелетия» (Саранск, 2010), «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2011), «Экология и жизнь» (Пенза, 2011), «Актуальные вопросы архитектуры и строительства» (Саранск, 2013), «Будущее науки - 2013» (Курск, 2013).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, из них в журналах из перечня ВАК четыре работы, 3 патента на изобретения.

Конкурсы. Получены диплом и медаль на X международной специализированной выставки «Мир биотехнологии 2012» (г. Москва).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, б глав, выводов, списка использованной литературы из 165 наименований, приложений. Диссертация изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 36 таблиц, 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, показана значимость изучения процессов биодеструкции и биологического сопротивления известковых композитов как с научной, так и с практической точки зрения.

В первой главе приводится обзор литературы отечественных и зарубежных авторов, посвященной вопросам структурообразования, технологии получения и улучшения свойств строительных композитов на

основе известковых вяжущих. Дана классификация композитов на основе извести, проанализировано их применение в строительстве.

Значительный вклад в развитие представлений о структурообразовании и изучение свойств материалов на основе извести внесли работы И. В. Смирнова, Б. В. Осина, 10. М. Бутта, И. А. Хинта, Р. С. Бойнтона, К. К. Куатбасва, Г. И. Логгинова, Л. В. Волженского, П. Д. Рсбиндсра, В. Родта, II. Пибса, В. Михаэлиса и других отечественных и зарубежных авторов.

Рассмотрены зависимости влияния на свойства известковых композитов различных структурообразующих факторов. Описаны процессы твердения композитов на основе негашеной и гашеной извести и способы влияния на них с помощью различного рода добавок и специальных технологий.

Выделены основные причины биодеструкции строительных композитов и факторы, влияющие на скорость развития биокоррозии. Приведены известные способы защиты строительных композитов от воздействия на них агрессивных сред. Описаны механизмы воздействия микроорганизмов на материалы.

Показано, что свойства строительных композитов можно улучшить за счет применения активированной воды затворсния, введения различных добавок, которые отличаются по своему назначению и способу воздействия на материал.

Обоснована целесообразность исследования известковых композитов с точки зрения изучения биологической деструкции и разработки способов повышения их биологического сопротивления. В рамках данного научного направления являются важными: установление обрастаемости композитов микроорганизмами; получение зависимостей изменения свойств материалов при выдерживании их в биологических средах; исследование способов повышения биостойкости за счет введения различных наполнителей и добавок, применения активированной воды затворсния.

Во второй главе приведены характеристики применяемых для исследования материалов, указано используемое оборудование, аппаратура и их технические характеристики, описаны методы исследований, технология изготовления образцов на основе извести.

В качестве вяжущих применялись молотая негашеная известь и гашеная известь. Наполнителями служили кварцевый песок, доломит и доменный шлак.

В качестве модифицирующих добавок использовались: нитрат аммония, сульфат меди, тринатрийфосфат, оксид алюминия, оксид цинка, натриевое жидкое стекло, «Ncolith 8800» - сополимер винилацетата, всрсатата и акрилата в порошковой форме, «Mccellose FMC 2070» - гидроксипропил метилцеллюлоза модифицированная, «Panacea DRY 3,25 мм» - полиакриловые волокна, «FPAC 236/040» - полиакриловые волокна, «Пенетрон Лдмикс» -гидроизоляционная добавка, представляющая смесь специальных цементов, кварцевого песка определенной гранулометрии и активных химических добавок, «Полипласт МБ» - комплексная добавка, состоящая из нафталинсульфоната и кремнеземистого компонента, «Полипласт СП-3» -суперпластификатор на основе сульфокислот нафталина, «Динамике П-90» -пластификатор на основе полимстиленнафталинсульфоната натрия и

лигносульфоната натрия; «Криопласт СП 15-1» - комплексная пластифицирующая добавка на основе смсси нафталинсульфонатов и органических солсй натрия; «ПФМ-НЛК» - добавка полифункционального действия на основе нафталинсульфоната.

В качестве фунгицидных добавок применялись: «Лнтиплссснь Тефлскс» на основе сополимеров гуанидииа; «Fungitrol OTZ 4» на основе цинка псрединтиона, гербугрина, октилизотиазолинона; «Fungitrol D 80» на основе диурона; «Nuoscpt ВМ 11» на основе метилизотиазолинона, бензилизотиазолинона; «Nuoscpt СЛ 24-Е» на основе хлорацетамида; «Nuoscpt 515 N» на основе хлорметилизотиазолинона, метилизотиазолинона; «Nuosept ВТ 20» на основе бензилизотиазолинона; «Nuosept В 50 SM» на основе хлорметилизотиазолинона, метилизотиазолинона, этилсндиоксидимеганола.

Описаны технология изготовления образцов и методы проведения исследований. Образцы изготавливались размерами 1x1x3, 2x2x7 и 2*2x2 см. Твердение образцов осуществлялось в естественных условиях. При исследовании структуры и свойств известковых композитов применяли стандартные методы испытаний, изложенные в соответствующих ГОСТах, а также современные физико-химические и биологические методы. Исследования структуры и физико-механических свойств полученных известковых композитов проводились до и после воздействия агрессивных сред.

В третьей главе приведены результаты исследований процессов структурообразования и физико-механических свойств композитов на основе извести и влияние на свойства вида и количественного содержания наполнителей, модифицирующих и фунгицидных добавок, а также режимов активации воды затворения.

Процессы структурообразования материалов изучены с помощью рентгенографического анализа на дифрактометре ARL X'tra. Анализ рентгенограмм композитов на негашеной и гашеной извести с модифицирующими и фунгицидными добавками, наполнителями в виде доломита и доменного шлака показал появление новых пиков и изменение интенсивности рефлексов и межплоскостных расстояний. Это может служить свидетельством появления дополнительных соединений, при введении в состав композитов различных компонентов, способных влиять на упрочнение структуры известкового композита и повышение его физико-механических свойств. Для проверки данного предположения были проведены исследования прочности и твердости модифицированных композитов на основе извести.

Проведенные механические испытания позволили установить влияние количественного содержания наполнителей, модифицирующих и фунгицидных добавок, а также режимов активации воды затворения на показатели прочности и твердости известковых композитов.

Введение в состав известковых композитов наполнителей - доломита и доменного шлака, способствовало увеличению прочностных показателей (рис. 1 и 2). Из графиков можно выделить оптимальные содержания наполнителей в композитах. Прочность, при введении в композиты на

негашеной извести доломита в количестве 100 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего, увеличилась на 56 %, поверхностная твердость на 26 %, а при введении 10 мае. ч. доменного шлака, увеличение прочности составило 44 %, твердости 73 %. 1) сосгавах на гашеной извести наибольшее увеличение прочности - 22 % и твердости - 10 %, получено при введении 150 мае. ч. доломита, достигнуто увеличение твердости на 34 %, при введении 10 мае. ч. доменного шлака.

Содержание наполнителя, мае. ч. Содержание наполнителя, мае. ч.

а 6

Рис. I Зависимость изменения относительной прочности (I) и твердости (2) композитов на негашеной изиссш от содержания доломита (а) и доменного ишака (б)

Содержание наполнителя, мае. ч.

Содержание наполнители, мае. ч. 6

Рис. 2. Зависимость изменения относительной прочности (I) и твердости (2) композитов на гашеной извести от содержания доломита (а) и доменного ишака (б)

Установлены количественные зависимости изменения свойств композитов при введении модифицирующих и фунгицидных добавок. Здесь важным являлось установление таких количественных содержаний добавок, которые не приводят к понижению прочности и не повышают существенно стоимость материалов по сравнению с составами без добавок.

Выявлено увеличение прочности и поверхностной твердости композитов на негашеной извести (рис. 3) при введении модифицирующих добавок в их оптимальных количественных содержаниях (на 100 мае. ч. вяжущего): «ГРЛС 236/040» (1,5 мае. ч.), «ПФМ-Ш1К» (0,8 мае. ч.), «МсоМЬ 8800» (5 мае. ч.), «Пснстрон Лдмикс» (1,5 мае. ч.), оксид цинка (5 мае. ч.), нитрат аммония (2,5 мае. ч.).

2 3 4 $ 6

■ Относительна» прочность □ Относительная твердость Рис .V Зависимость изменения относительной нрочносш и IBCp/IOCTIl композитов на

негашеной ilтвсстн от вила модифицирующей добавки: 1 состав бет добавки. 2 «FPAC 236 040»; 3 «ПФМ-НЛК»;4 «Ncolilli 8800»; J «Псистрои Алмнкс». 6 Оксид пинка; 7 ннтрат аммонии

Выявлено увеличение прочности и поверхностной твердости композитов на гашеной твсстн (рнс. 4) при введении модифицирующих добавок в их оптимальных количественных содержаниях (на 100 мае. ч. вяжущего): комплексной добавки (жидкое стекло 200 мое. ч.. тринафнйфосфа] - 20 мае. ч.. ниграт аммония 2 мае. ч.). «Mecellose FMC 2070» (1.5 мае. ч.), «Neolith 8800» (5 мае. ч ). «Panacea DRY 3.25 мм» (1.5 мае. ч.). «FPAC 236 040» (1,5 мае. ч.), ншрат аммония (2.5 мае. ч.), «ПФМ-ПЛК» (I мае. ч.). «Лннамнкс И-40» (0.8 мае. ч), «Пене1рон Адмнкс» (1.5 мае. ч.).

■ ¡I !

1 23456789 10 ■ Относительная прочность □ Относительная ТВСрДОСТЬ

Рис 4 Зависимость изменения относительной прочности и твердости комношгов на гашеной извести oí вида модифицирующей добавки: I состав без добавки. 2 жидкое с текло; 3 «Mecellose FMC 2070»; 4 «Neolilh XSOO»; 5 «Panacea DRY 3,25 мм»; 6 «FPAC 236 040»; 7 нитрат аммония; X «ПФМ-НЛК»; 9 - «Лннамнкс П-90»; 10 «Пенетрон Лдмнкс»

Наибольшее повышение нрочноегн и твердости компошюв на негашеном и (вести (рнс. 5) дост шаек я при следующих дозировках фуш инилных препаратов (на 100 мае. ч. вяжущего): «Рип^Иго! ОТг 4» (0.5 мае. ч ), мрипф(п>1 Э 80» (0,25 мае. ч.). «Ыиол-р1 ВМ II» (0.5 мае. ч.). «Миозерт С"А 24-Е» (0,5 мае ч ), «Мио%ср1 515 N1» (0.25 мае. ч.), «\иочср< ВТ 20» (0.25 мае. ч.), «Nuosepl В 50 5М» (0,5 мае. ч.). Набольшее увеличение показателя твердости - на 44 % получено

при введении npciup.ilл «Nuosepi 515 N». а прочности на - 78 % при введении добавки на основе хлоршктаммда «Nuosepi С А 24-Е».

2

I 2 3 4 5 6

■ OiinKiirc.UH.-u» прочность О Относительна* твердость

Рис 5. Зависимость изменения относительной прочности н твердости компотнгов на HCiaJHCHoii швести от вида фуш нииднон добавки: I состав fie > добавки, 2 «Nuosepi ВМ 11 »: 3 «Nuosepi C'A 24-Е»; 4 «Nuosepi 515 N»; 5 «Nuosepi ВТ 20»:

6 «Nuosepi В 50 SM»

У композитов на гашеной извести повышение прочности и твердости (рис. 6) достигается при ввелении ряда следующих фуигнцндных препаратов (на 100 мае. ч. вяжущего): «Антинлесснь Тефлекс» (10 мае. ч.). «Fungitrol D 80» (0.25 мае. ч.). «Nuosepi ВМ 11» (0.5 мае. ч.). «Nuosepi СА 24-Е» (0.5 мае. ч.). «Nuosepi 515 N» (0.25 мае. ч.). «Nuosep' ВТ 20» (0.25 мае. ч.), «Nuosept В 50 SM» (0,5 мае. ч.). Наибольший показатель увеличения прочности на 171 % достигнут при введении добавки - «Nuosepi В 50 SM». а твердости на 69 % при добавлении фунгицида на основе хлорацетамидв «Nuosepi СА 24-Е».

1 2 3 4 5 6

■ Относительная прочность □ Относительная твердость

Рис. 6. Зависимость изменения относительной прочности и твердости композитов на гашеной извести от вида фуш ииндной добавки: I состав бет добавки: 2 «^Юїері ВМ 11»;

З «^ючері СА 24-Е»: 4 «Миоісрі 515 N»: 5 «Кікюері ВТ 20»; 6 «Кисясрі В 50 5М»

При исследовании физико-механических евойсів композиіов на негашеной и і пшеном нчвесш. с применением воды затворсния. обработанной электрическим током н магнитным полем, установлено, что активация воды способствует увеличению прочности и поверхностной твердости композитов (рис. 7 II 8).

.1,4 І 1.2

і 1

§ 0.8

£ 0.6 І 0.4

I 0.2 0

0 1-1 1-3 1-6 3-І з-з 3-6 6-І 6-3 6-6 ■ Относительная прочность □ Относительная твердость Рис. 7. Зависимость изменения относительной прочности и твердости композитов на негашеной извести от режима активации воды

О 1-І 1-3 1-6 3-І 3-3 3-6 6-І 6-3 6-6 И Относительная прочность □ Относительная твердость Рис. 8. Зависимость изменения относительной прочности и твердости композитов на гашеной извести от режима активации воды

Из графиком следует, что лучшие показатели соответствуют композитам с активированной подои полученной по днум режимам: 1-1 (иода обрабатывалась при плотности тока ^ = 5,65 Л/м2 и напряженности электромагнитного ноля Ищи = 24 кЛ/м) и 1-6 (вода обрабатывалась при плотности тока іи>„= 5,65 Л/м2 и напряженности электромагнитного поля !!„„•■ 135 кЛ/м). Прочность и поверхностная твердость у композитов на негашеной извести увеличилась на 13 и 10 % при применении варианта режима 1-1, а при режиме 1-6 - на 20 и 3 % соответственно. У композитов на гашеной извести, прочность н поверхностная твердості.увеличилась на29 и 23 % при варианте с режимом 1-І, а при режиме 1-6 - на 36 и 34 % соответственно. Очевидно, что именно при этих режимах в большей степени активизируются процессы, которые влияют на формирование структуры известкового композита.

В четвертой главе приведены результаты испытании биостойкостн известковых композитов. Выявлено влияние режима акт ивации воды затворения, вида и количественного содержания модифицирующих добавок, наполнителей и фунгицидных препаратов на обрастаем ость композитов на гашеной и негашеной извести. При исследовании композитов в стандартной среде мицелиальных ірибов (ГОСТ 9.049-91) установлено, что введение модифицирующих и фунгицидных

добавок (табл. 1 и 2), а также активация воды затворения способствуют повышению биологической стойкости композитов на основе извести.

Таблица 1

Влияние добавок па биостойкость композитов на негашеной извести

Вид добавки Количество добавки, мас. ч. Оценка роста грибов, баллы Характеристика по ГОСТу

метод 1 метод 3

Без добавок 0 2 4 Грибостоек

Модифицирующие добавки

«Ncolith 8800» 3-5 0 4 Грибостоск

«Пенетрон Лдмикс» 0,5-1,5 0 4 Грибостоек

Нитрат аммония 2,5-7,5 0 4 Грибостоск

Сульфат меди 2,5-7,5 ■ 0 4 Грибостоск

«Panacea DRY 3,25 мм» 1,5 0 4 Грибостоск

«РРЛС 236/040» 1,5 0 4 Грибостоск

Фунгицидпые добавки

«Fungitrol OTZ 4» 0,5 0 1 Фупгицидсн

«FunKitrol D 80» 0,25 0 3 Грибостоск

«Nuoscpt BM 11» 0,5 0 4 Грибостоск

«Nuoscpt 515 N» 0,25 0 3 Грибостоск

«Nuoscpt В 50 SM» 0,5 0 4 Грибостоек

Таблица 2

Влияние добавок на биостойкость композитов на гашеной извести

Вид добавки Количество добавки, мас. ч. Оценка роста грибов, баллы Характеристика по ГОСТу

метод 1 метод 3

Без добавок 0 3 4 Нсгрибостоск

Модифицирующие добавки

«ПФМ-НЛК» 0,8-1 0 4 Грибостоск

«Neolith 8800» 5 0 4 Грибостоск

«Пенетрон Лдмикс» 1,5 0 4 Грибостоск

Нитрат аммония 7,5 0 4 Грибостоск

Сульфат меди 7,5 0 4 Грибостоек

«Panacea DRY 3,25мм» 1,5 0 4 Грибостоск

«1:РЛС 236/040» 1,5 0 4 Грибостоек

Жидкое стекло Тринатрийфосфат 200 20 0 3 Грибостоск

Жидкое стекло Тринатрийфосфат Нитрат аммония 200 20 2 0 3 Грибостоск

Жидкое стекло Тринатрийфосфат Нитрат аммония 80 8 2 0 0 Фунгицидсн

Фунгицидпые добавки

«Fungjtrol OTZ 4» 0,5 0 3 Грибостоск

«Fungitrol D 80» 0,25 0 4 Грибостоск

«Nuoscpt BM 11» 0,5 0 4 Грибостоск

«Nuosept ВТ 20» 0,25 0 4 Грибостоск

При изучении композитов на основе негашеной извести установлено, что наибольший эффекг из модифицирующих добавок показали «Ncolith 8800», «Пснеірон Адмикс», «Panacea DRY 3,25 мм», a также іштраг аммония, сульфаг моди. Степень роста грибов у составов с данными добавками уменьшалась с 2 до О баллов при испытаниях по методу 1. Уменьшение обрастаемости с 2 до 1 балла показала добавка «Mccclbsc FMC 2070».

Показано, что из фунгицидных добавок введенных в состав на негашеной извести лучшие результаты получены при применении препарата «Fungitrol OTZ 4», который придает композитам фунгицидные свойства (0 и 1 балл по методам 1 и 3 соотвстствснпо). Также снижение обрастаемости с 2 до 0 баллов по методу 1 показали составы с препаратами «Fungitrol D 80», «Nuoscpt ВМ 11», «Nuoscpt 515 N», «Nuosept В 50 SM», a снижение обрастаемости с 2 до 1 балла при испытаниях по методу 3 - «Nuoscpt СА 24-Е», «Nuosept ВТ 20».

Установлено, что в композитах на гашеной извести наибольший эффекг из модифицирующих добавок показали: «ПФМ-НЛК» (в количестве 0,8 и 1 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего), «Ncolilh 8800» (5 мас. ч.), «Пенсірон Адмикс» (1,5 мас. ч.), «FPAC 236/040» (1,5 мас. ч.), «Parncca DRY 3,25 мм» (1,5 мас. ч.), нитрат аммония (7,5 мас.ч.), сульфаг меди (7,5 мае. ч.), жидкое стсюїо (80 мас. ч.). Степень роста грибов в этих случаях снижается с 3 до 0 баллов при испытаниях по методу 1. Кроме того, комиозшы с добавкой жидкого стекла (в количестве 80 мас. ч.) в сочетании с тринатрийфосфагом и нтрапом аммония и введеішем воды (100 мае. ч.) придаст композитам на гашеной извести фунгиццдные свойства, обрастасмость по обоим методам испытаний составляет 0 баллов.

Наилучший результат в составах на гашеной извести из фунгиццдных добавок показали: «Fungitrol OTZ 4», «Fungitrol D 80», «Nuoscpt BM 11», «Nuoscpt ВТ 20». В этом случае обрастасмость образцов мицелиальными грибами уменьшилась с 3 до 0 баллов при испытаниях но методу 1. Введение в состав препарат «Fungitrol OTZ 4» способствует снижению обрастаемости по методу 3 на 1 балл.

Установлено, что запюрсние композитов на негашеной и гашеной извести водой, обработанной совместным воздействием элсюричсского тока и магнишого поля способствует снижению обрастаемости образцов при всех режимах акшвации.

В пятой главе с учетом того, что в случае наличия значительных загрязнений в отдельных производственных помещениях строительные композиты могут разрушаться из-за воздействия на них продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, были проведены исследования стойкости композитов на основе негашеной и гашеной извести в модельных средах мицелиальных грибов и бактерий. Выявлено влияшіс режима акшвации воды запюрения, вцда и количественного содержания модифицирующих добавок, наполнителей и фунгиццдных препаратов на коэффициент стойкости известковых композитов в 5 % водном растворе перекиси водорода, лимонной и щавелевой кислот, моделирующим продукты метаболизма мицелиальных грибов и 2 % водном растворе серной и азотной кислот, аммиака, моделирующим продукты метаболизма бактерий.

При исследовании композитов на основе негашеной извести установлено, что наибольшую стойкость в продуктах метаболизма мицелиальных грибов после 28 суток испытаний по сравнению с бездобавочным составом го модифицирующих добавок обеспечили «Криопласт СП 15-1» - стойкость увеличилась на 29 %, «Полипласт СП-3» - на 27 %, «КсоЙЬ 8800» - на 23 % и при. введении «МсссПозе РМС 2070» стойкость увеличилась на 19 %. Из фунгиццдиых добавок наибольшее увеличение стойкости показали «Лігпшлесепі, Тефлскс» - 23 % и «№озср1 ВМ 11» - 30 %. Из всех рассмотренных режимов активации воды наибольший эффект достигнут при режиме 6-1 - стойкость увеличилась на 6 %. Введение в состав известкового композита порошков доломита и доменного шлака также способствовало новышешпо этого показателя. Стойкость композитов с данными наполнителями то сравнению с кошрольным составом после 28 суток выдерживания в продуктах метаболизма мицелиальных грибов оказалась выше на 39 % при введении 150 мае. ч. доломита и на 11 % при введивш 30 мае. ч. доменного шлака.

При исследовании композитов на гашеной известив среде, моделирующей продукты метаболизма мицелиальных грибов, установлено, что увеличение стойкости достигается у составов с модифицирующими добавками: «БРАС 236/040», «Пснетрон Адмикс» и «ПФМ-ІІЛК» - стойкость выше на 32, 25 и 22 % соответственно. Из фунгицидных добавок наибольшую стойкость относительно бездобавочного состава обеспечили препараты «Ригщктої OTZ 4» (38 %), «Рип^тзі О 80» (41 %) и «Киоэср! СЛ 24-В> (43 %). Из всех рассмотренш.іх режимов акшвации воды наиболее эффективным оказался вариант 3-6 и 6-1 — стойкость после 28 суток испытаний выше на 9 %. Введение в состав известкового композита наполштгеля в виде доменного шлака (20 мае. ч.) способствовало повышению стойкости в сравнсіши с контрольным составом на 44 %.

При исследовании композитов на негашеной извести в среде, моделирующей продуюы метаболизма бактерий установлено, что увеличение стойкости по сравнению с бездобавочным составом, наблюдается при введении модифицирующих добавок - нитрата аммоїшя на 146 % и «Криопласт СП 15-1» на 96 %. Из фунгицидных добавок наибольшее увеличение стойкости на 79 % дал препарат на основе тушшдина - «Ліпиплссснь Тефлскс» в количестве 10 мае. ч. Наиболее эффективным из всех режимов акшвации оказался вариант 1-3 - стойкость оказалась выше на 50 %. Стойкость композитов в модельной среде метаболизма бактерий после 28 суток выдерживания увеличилась почти в 3 раза по сравнению с кошрольным составом, при введении в состав композита 150 мае. ч. доломита.

Исследования изменения свойств композитов на гашеной извести после выдерживания в среде, моделирующей продукты метаболизма бактерий, показали увеличаше стойкости при введении модифицирующих добавок «Динамике П-90» в количестве 0,8 мае. ч. и «К'соЙЬ 8800» - 4 мае. ч. (на 80 и 44 %) соответственно. Из фунгицвдных добавок к увеличашю стойкости привело введение препаратов: «Рипд&оі OTZ 4», «Рип^йої Б 80», «МюБсрІ ВМ 11», «ЫиоБср! СА 24-Б> - стойкость увеличилась почти в три раза по сравнсішю с составом без добавок. Наиболее эффективным из всех режимов актований оказался вариаігт 6-3, стойкость увеличилась на 14 %. После вьщерживания известковых композитов с

наполшггелями в модельной среде метаболизма бактерий показатель стойкости увеличился при введении 150 мае. ч. доломита на 12 %, а при добавлении 10 мае. ч. доменного шлака на 84 % по сравнению с контрольным составом.

В шестой главе приведены результаты исследования оптимизации составов, производственного внедрения и технико-экономическое обоснование эффективности применения биостойких известковых композитов.

Оптимизационные исследования выполнены с применением методов математического планирования эксперимента. Факторы, уровни варьирования, матрицы планирования и результаты экспериментальных исследований составов на негашеной и гашеной извести приведены в табл. 3-6.

Таблица 3

Факторы и уровни их варьирования для составов на негашеной извести_

Факторы Обозначение Уровни факторов

-1 0 +1

Дисперсность наполнителя, мм X, 0,16-0,25 0,25-0,315 0,315-0,63

Степень наполнения вяжущего (негашеная известь/песок) X; 1/1 1/3 1/5

Содержание «Рипй11го1 OTZ 4», мае. ч. X, 0 0,3 0,6

Содержание «РРАС 236/040», мае. ч. Х4 0 1 2

Таблица 4

Матрица планирования, рабочая матрица, полученные результаты для композитов на основе __негашеной извести

№ опыта Матрица планирования Рабочая матрица Прочность, МПа Оценка роста грибов, баллы

X, х. X, Х4 X, Х^ X, Х4 метод 1 метод 3

1 - - - - 0,16-0,25 1/1 0 0 1,20 2 4

2 - - - + 0,16-0,25 1/1 0 2 1,65 2 4

3 - - + - 0,16-0,25 1/1 0,6 0 0,90 0 1

4 - - + + 0,16-0,25 1/1 0,6 2 1,31 0 1

5 - + - - 0,16-0,25 1/5 0 0 0,98 3 4

6 - + - + 0,16-0,25 1/5 0 2 1,01 2 4

7 - + + - 0,16-0,25 1/5 0,6 0 0,90 0 2

8 - + + + 0,16-0,25 1/5 0,6 2 0,98 0 2

9 + - - - 0,315-0,63 1/1 0 0 1,28 ■ 2 4

10 + - - + 0,315-0,63 1/1 0 2 1,83 2 4

11 + - + - 0,315-0,63 1/1 0,6 0 1,20 0 1

12 + - + + 0,315-0,63 1/1 0,6 2 1,01 0 1

13 + + - - 0,315-0,63 1/5 0 0 0,27 3 4

14 + + - + 0,315-0,63 1/5 0 2 0,41 1 4

15 + + + - 0,315-0,63 1/5 0,6 0 0,41 0 3

16 + + + + 0,315-0,63 1/5 0,6 2 0,30 0 2

17 + 0 0 0 0,315-0,63 1/3 0,3 1 0,68 0 2

18 - 0 0 0 0,16-0,25 1/3 0,3 1 1,08 0 2

19 0 + 0 0 0,25-0,315 1/5 0,3 1 0,45 0 3

20 0 - 0 0 0,25-0,315 1/1 0,3 1 0,86 0 2

21 0 0 + 0 0,25-0,315 1/3 0,6 1 0,63 0 1

22 0 0 - 0 0,25-0,315 1/3 0 1 0,71 1 4

23 0 0 0 + 0,25-0,315 1/3 0,3 2 0,75 0 2

24 0 0 0 - 0,25-0,315 1/3 0,3 0 0,65 0 3

Таблица 5

Факторы и уровни их варьирования для составов на гашеной извести_

Факторы Обозначение Уровни факторов

-1 0 +1

Дисперсность наполнителя, мм X, 0,16-0,25 0,25-0,315 0,315-0,63

Степень наполнения вяжущего (гашеная известь/песок) Х2 1/1 1/3 1/5

Содержание жидкое стекло/тринатрийфосфат, мас.ч. Х3 0/0 50/5 100/10

Содержание нитрата аммония, мае. ч. Х4 0 1,5 3

Таблица 6

Матрица планирования, рабочая матрица, полученные результаты для композитов на основе

гашеной извести _

№ опыта Матрица планирования Рабочая матрица Прочность, МПа Оценка роста грибов, баллы

X, х. X, Х4 X, X; Х3 х4 метод 1 метод 3

1 - - - - 0,16-0,25 1/1 0/0 0 0,26 3 4

2 - - - + 0,16-0,25 1/1 о/о 3 0,33 2 4

3 - - + - 0,16-0,25 1/1 100/10 0 0,73 0 0

4 - - + + 0,16-0,25 1/1 100/10 3 0,88 0 0

5 - + - - 0,16-0,25 1/5 о/о 0 0,21 4 5

6 - + - + 0,16-0,25 1/5 о/о 3 0,21 4 4

7 - + + - 0,16-0,25 1/5 100/10 0 0,86 0 1

8 - + + + 0,16-0,25 1/5 100/10 3 0,81 0 1

9 + - - - 0,315-0,63 1/1 о/о 0 0,20 3 4

10 + - - + 0,315-0,63 1/1 о/о 3 0,24 2 4

11 + - + - 0,315-0,63 1/1 100/10 0 1,31 0 0

12 + - + + 0,315-0,63 1/1 100/10 3 1,28 0 0

13 + + - - 0,315-0,63 1/5 о/о 0 0,20 4 5

14 + + - + 0,315-0,63 1/5 о/о 3 0,21 3 5

15 + + + - 0,315-0,63 1/5 100/10 0 1,31 0 0

16 + + + + 0,315-0,63 1/5 100/10 3 1,16 0 0

17 + 0 0 0 0,315-0,63 1/3 50/5 1,5 1,01 0 3

18 - 0 0 0 0,16-0,25 1/3 50/5 1,5 1,38 0 3

19 0 + 0 0 0,25-0,315 1/5 50/5 1,5 0,68 0 3

20 0 - 0 0 0,25-0,315 1/1 50/5 1,5 2,91 0 1

21 0 0 + 0 0,25-0,315 1/3 100/10 1,5 1,48 0 0

22 0 0 - 0 0,25-0,315 1/3 0/0 1,5 0,17 4 5

23 0 0 0 + 0,25-0,315 1/3 50/5 3 1,35 0 1

24 0 0 0 - 0,25-0,315 1/3 50/5 0 1,41 0 1

Путем обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии, характеризующие зависимости изменения прочности, проницаемости и биостойкости композитов на негашеной и гашеной извести от количественного содержания компонентов. Построены графические зависимости изменения свойств известковых композитов от вида и количественного содержания компонентов в смесях, позволяющие подбирать составы с повышенной биологической стойкостью и улучшенными физико-механическими показателями.

Па рис. 9 и 10 приведены занисимостиизменения биостойкости композитов на основе негашеной и гашеной извести с применением тонкозернистых наполнителей от количественного содержания добавок и степени наполнения вяжущего.

испытания по метолу I испытании по методу 3

при содержание «КРАС 236/040» I мае. ч.

Рис. 9. Зависимость изменения бмостойкости шшошто« (баллы) на негашеной извести от количественною содержа! ия модификаторов

испытания но методу I испытания по метолу 3

при содержании нитрата аммония 1.5 мае. ч.

Рис. 10. Зависимость изменения биостойкости композитов (баллы) на гашеной извести от количественною содержания модификаторов

Разработанные составы известковых композитов с повышенной биостойкостмо использонапы при оипуютуривашш стен неха № 2 ООО «ДСК-Бетон» (г. Саранск). Экономический эффект от внедрения биостойкого известкового штукатурного раствора составил 17,85 руб. на 1 м2 покрытия.

17

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована технология создания материалов с повышенным биологическим сопротивлением и улучшенными физико-механическими свойствами путем введения биоцидных добавок, модификаторов различного типа, наполнителей и применения активированной воды затворсния, основываясь на теоретических положениях структурообразования и твердения известковых композитов, а также представлениях о возможности повышения биостойкости с помощью специальных добавок.

2. Методом рснтгсноструктурного анализа выявлены процессы структурообразования композитов на основе негашеной и гашеной извести, изготовленных с применением биоцидных препаратов и модификаторов различного рода, доломитового и шлакового наполнителей. Установлено влияние активированной воды затворсния при совместном воздействии магнитного поля и электрического тока.

3. Учитывая, что выбор эффективных способов повышения долговечности материалов, как правило, осуществляется с учетом их влияния на стоимостные показатели и основные физико-механические свойства, установлено влияние различных режимов активации воды затворсния, количественного содержания добавок и наполнителей на прочность и другие свойства известковых композитов.

• Для материалов на негашеной извести повышение биостойкости при одновременном увеличении прочности по сравнению с исходными композитами достигается при введении модифицирующих добавок - «Ncolith 8800», «Пенетрон Адмикс», нитрата аммония, фунгицидных добавок -«Nuosept СА 24-Е», «Nuosept ВТ 20», «Fungitrol D 80», «Nuosept ВМ 11», «Nuosept 515 N», «Fungitrol OTZ 4» и применении активации воды затворсния, полученной по режимам 1-6 и 1-3.

• Для материалов на гашеной извести повышение биостойкости при одновременном увеличении прочности по сравнению с исходными композитами достигается при введении модифицирующих добавок -«Пенетрон Адмикс», «ПФМ-НЛК», «FPAC 236/040», «Neolith 8800», жидкого стекла, фунгицидных добавок - «Nuosept В 50 SM», «Nuosept 515 N», «Nuosept ВТ 20», «Fungitrol D 80» и активированной воды затворсния полученной по режимам 1-6 и 1-1.

4. При изучении стойкости композитов на основе негашеной извести в стандартной среде мицелиальных грибов установлено, что наибольший эффект из модифицирующих добавок показали препараты «Ncolith 8800», «Пенетрон Адмикс», «Panacea DRY 3,25 мм», нитрат аммония, сульфат меди, введение которых способствовало снижению роста грибов с 2 до 0 баллов при испытаниях по методу 1. К наибольшему снижению обрастаемости композитов привело введение фунгицидной добавки «Fungitrol OTZ 4», вокруг образцов выявлена значительная фунгицидная зона. Значительное снижение обрастаемости при испытаниях по методу 1 (с 2 до 0 баллов) достигнуто при

введении препаратов «Fungitrol D 80», «Nuoscpt BM 11», «Nuosept 515 N» и «NuoseptB 50 SM». Активирование воды затворения при всех рассматриваемых режимах также способствовало снижению обрастасмости композитов на негашеной извести.

5. Получены составы на основе гашеной извести с повышенной биостойкостыо в стандартной среде мицелиальных грибов. Установлено, что композиты, содержащие в своем составе комплексную добавку на основе жидкого стекла, тринатрийфосфата и нитрата аммония, обладают фунгицидными свойствами. Введение препаратов «Fungitrol OTZ 4», «Fungitrol D 80», «Nuosept BM 11», «Nuoscpt ВТ 20» позволяет повысить грибостойкость материалов (с 3 до 0 баллов) при испытаниях по методу 1. Наиболее эффективными из модифицирующих добавок, которые снизили обрастаемость при испытаниях по методу 1 с 3 до 0 баллов, являются «ПФМ-НЛК», «Ncolith 8800», «Пенетрон Адмикс», «FPAC 236/040», «Panacea DRY 3,25 мм», а также нитрат аммония, сульфат меди, жидкое стекло. Применение воды затворения, обработанной электрическим током и магнитным полем, при всех рассматриваемых режимах также способствовало снижению обрастасмости композитов на гашеной извести.

6. Установлено влияние различных режимов активации воды затворения, количественного содержания добавок и наполнителей на стойкость известковых композитов в условиях воздействия на них модельных сред продуктов метаболизма мицелиальных грибов (5 % водного раствора перекиси водорода, лимонной и щавелевой кислот) и бактерий (2 % водного раствора серной и азотной кислот и аммиака).

• Для материалов на негашеной извести при выдерживании: в продуктах метаболизма мицелиальных грибов наибольшую стойкость показали составы с модифицирующими добавками «Криопласт СП 15-1», «Полипласт СП-3», «Neolith 8800», «Mcccllose FMC 2070», с фунгицидными добавками «Антиплссень Тефлекс» и «Nuoscpt BM 11», с наполнителями в виде доломита и доменного шлака, с активированной водой затворения, полученной при режиме 6-1; в продуктах метаболизма бактерий наиболее устойчивыми являются материалы с модифицирующими добавками нитрата аммония и «Криопласт СП 15-1», с фунгицидными добавками «Антиплссень Тефлекс» и «Fungitrol OTZ 4», с наполнителями в виде доломита, с активированной водой затворения полученной нри режиме 1-3.

• Для материалов на гашеной извести при выдерживании: в продуктах метаболизма мицелиальных грибов наибольшая стойкость достигнута при применении модифицирующих добавок «FPAC 236/040», «Пенетрон Адмикс» и «ПФМ-НЛК», фунгицидных препаратов «Fungitrol OTZ 4», «Fungitrol D 80» и «Nuosept CA 24-Е», с наполнителем в виде доменного шлака и активированной воды затворения, полученной при режимах 3-6 и 6-1; в продуктах метаболизма бактерий наиболее устойчивыми являются композиты с модифицирующими добавками «Линамикс П-90» и «Neolith 8800», с фунгицидными добавками «Fungitrol OTZ4», «Fungitrol D 80», «Nuosept BM 11»,

«Ыиоэср! СЛ.24-Е», с наполнителями в виде доломита и доменного шлака и с активированной водой затворсния полученной при режиме 6-3.

7. Методом математического планирования эксперимента получены уравнения регрессии, связывающие зависимости влияния структурообразующих факторов, вида и количественного содержания вводимых модификаторов и биоцидных препаратов с прочностью, ироницасмостыо и обращаемостью известковых композитов мицелиальными грибами. Выявлены оптимальные составы композитов, обладающие улучшенными физико-мсханичсскими свойствами, пригодные для использования в зданиях с биологически активными средами.

8. Разработанные составы использовались при оштукатуривании поверхности степ цеха № 2 ООО «ДСК-Бетон» (г. Саранск). Экономический эффект от внедрения биостойкого известкового штукатурного раствора составил 17,85 руб. на 1 м2 покрытия. Результаты работы апробировались на различных научно-технических конференциях и выставках, в 2012 году получены диплом и медаль на X Международной специализированной выставки «Мир биотехнологии 2012».

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ II РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ ГАВОТЫ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

1. Хуторской С. В. Биологическое сопротивление известковых композитов на активированной воде затворсния / С. В. Хуторской, Л. Л. Матвисвский, В. Ф. Смирнов, В. 'Г. Ерофеев // Приволжский научный журнал - 2013. -№ 1(25).-С. 22-25.

2. Хуторской С. В. Повышение биологического сопротивления композитов на основе извести с помощью фунгицидных добавок / С. В. Хуторской,

B. Т. Ерофеев, В. Ф. Смирнов // Известия КГЛСУ. - 2013. - № 2(24). - С. 281-286.

3. Хуторской С. В. Исследование биологической стойкости известковых композитов, полученных с применением активированной воды затворсния /

C. В. Хуторской, В. Ф. Смирнов, В. Т. Ерофеев // Научное обозрение. - 2013. -№5.-С. 50-52.

4. Хуторской С. В. Строительные материалы на основе извести с улучшенными эксплуатационными свойствами / С. В. Хуторской, В. Т. Ерофеев //Глобальный научный потенциал.-2013.-№ 5.-С. 39^11.

Публикации в других изданиях

5. Ерофеев В. Т. Биокоррозия и биостойкость известковых композитов /

B. Т. Ерофеев, С. В. Хуторской // Биоповреждения и биокоррозия

в строительстве : материалы III Международной научно-технической конференции - Саранск : Изд-во Мордовского университета, 2009. -

C. 78-82.

6. Хуторской С. В. Исследование биостойкости известковых композитов / С. В. Хуторской, В. Т. Ерофеев // Биотехнология начала III тысячелетия : материалы Международной научно-технической конференции - Саранск : Изд-во Мордовского университета, 2010. - С. 64-66.

7. Хуторской С. В. Биостойкость извсстеовых композитов / C.B. Хуторской // Научный потенциал молодежи - будущему Мордовии : материалы итоговой региональной научно-практической конференции : в 2 ч. Ч. 2. Саранск : Изд-во Мордовского университета, 2010. С. 229-231.

8. Хуторской С. В. Биокоррозия и биостойкость известковых композитов / С. В. Хуторской, В. Т. Ерофеев, В. Ф. Смирнов // Вестник Волжского регионального отделения РААСН. Вып. 14. - II. Новгород : ННГЛСУ, 2011. -С. 132-135.

9. Хуторской С. В. Исследование биологической стойкости силикатных бетонов / С. В. Хуторской // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и основании фундаментов : материалы VI Международной научно-тсхничсской конференции - Волгоград : Изд-во ВолгГЛСУ, 2011. - С. 322-324.

10. Хуторской С. В. Биостойкость и биокоррозия известковых композитов / С. В. Хуторской // Экология и жизнь : материалы XX Международной научно-практической конференции - Пенза : Изд-во ЛПИОО «Приволжский дом знаний», 2011. - С. 186-188.

11. Хуторской С. В. Исследование биологического сопротивления строительных композитов на основе извести / С. В. Хуторской // Актуальные вопросы архитектуры и строительства : материалы XII Международной научно-тсхничсской конференции - Саранск : Изд-во Мордовского университета, 2013. - С. 247-251.

12. Хуторской С. В. Повышение физико-технических показателей материалов на . основе извести. / С. В. Хуторской // Будущее науки - 2013 : Международная молодежная научная конференция - Курск : Юго-Западный государственный университет, 2013. - С. 186-188.

Патенты на изобретения

13. Пат. 2444488 Российская Федерация, МПК С04В28/20 (С04В111/20), Cl. Силикатная смесь/Ерофеев В. Т., Смирнов В. Ф., Хуторской С. В. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Мордовский государственный университет -№2010137073/03 ; заявл. 06.09.2010 ; опубл. 10.03.2012, Бгол. № 7.

14. Пат. 2444489 Российская Федерация, МПК С04В28/20 (С04В111/20), Cl. Силикатная смссь / Ерофеев В. Т., Смирнов В. Ф., Хуторской С. В. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Мордовский государственный университет -№ 2010128624/03 ; заявл. 09.07.2010 ; опубл. 10.03.2012, Бгол. № 7.

15. Пат. 2487851 Российская Федерация, МПК С04В41/65 (С04В28/22, С04В28/26, С04В111/20), С1. Состав для отделки /Ерофеев В. Т., Хуторской С. В., Богатов А. Д. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Мордовский государственный университет - № 2012107172/03 ; заявл. 27.02.2012 ; опубл. 20.07.2013, Бюл. №20.

Хуторской Сергей Владимирович

БИОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ ИЛ ОСНОВЕ ИЗВЕСТКОВЫХ ВЯЖУЩИХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 07.10.2013. Формат60х84/16. Усл. печ.л. 1,25 Тираж 110 экз. Заказ № 1393. Издательство Мордовского университета Типография Издательства Мордовского университета 430005, г. Саранск, ул. Советская, 24

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н. П. ОГАРЁВА»

На правах рукописи

ХУТОРСКОЙ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

БИОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИЗВЕСТКОВЫХ ВЯЖУЩИХ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

СО

г-

00 Диссертация на соискание ученой степени

(V) кандидата технических наук

СО тг 00 8 т- сд

О -

СМ £ Научный руководитель:

\| доктор технических наук,

О профессор

Ерофеев Владимир Трофимович

Саранск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5 Глава 1. Структурообразование, составы, свойства, технология

изготовления и применения композитов на основе известковых вяжущих 10

1.1. Известковые вяжущие и их применение в строительстве 10

1.2. Современные представления о структурообразовании и твердении известковых композитов 18

1.3. Составы и свойства известковых композитов. Биодеструкция строительных композитов и способы повышения биостойкости 29

1.4. Выводы по главе 1 42 Глава 2. Цель и задачи исследований. Применяемые материалы и методы 44

2.1. Цель и задачи исследований 44

2.2. Применяемые материалы 44

2.3. Аппаратура и оборудование 47

2.4. Методы исследований . 50

2.5. Выводы по главе 2 55 Глава 3. Структурообразование и свойства известковых композитов 56

3.1. Исследование процессов структурообразования композитов 56

3.2. Исследование влияния наполнителей на свойства композитов 60

3.3. Исследование влияния модифицирующих добавок на свойства композитов 63

3.4. Исследование влияния фунгицидных добавок на свойства композитов 73

3.5. Исследование влияния активации воды затворения на свойства композитов 76

3.6. Выводы по главе 3 79 Глава 4. Стойкость известковых композитов в стандартной среде мицелиальных грибов и в воде 82

4.1. Исследование влияния модифицирующих добавок на

биостойкость композитов 82

4.2. Исследование влияния наполнителя на биостойкость композитов 87

4.3. Исследование влияния активации воды затворения на биостойкость композитов 90

4.4. Повышение биологической стойкости композитов за счет введения фунгицидных добавок 91

4.5. Водостойкость известковых композитов 96

4.6. Выводы по главе 4 98 Глава 5. Исследование стойкости известковых композитов в продуктах метаболизма микроорганизмов 101

5.1. Изучение стойкости известковых композитов в продуктах метаболизма мицелиальных грибов 101

5.1.1. Изучение стойкости композитов на негашеной извести 101

5.1.2. Изучение стойкости композитов на гашеной извести 109

5.2. Изучение стойкости известковых композитов в продуктах

метаболизма бактерий 116

5.2.1. Изучение стойкости композитов на негашеной извести 116

5.2.2. Изучение стойкости композитов на гашеной извести 124

5.3. Выводы по главе 5 131 Глава 6. Оптимизация составов и производственное внедрение известковых композитов 134

6.1. Оптимизация составов композитов 134

6.1.1. Оптимизация композитов на негашеной извести 134

6.1.2. Оптимизация составов на гашеной извести 137

6.2. Исследование проницаемости известковых композитов 140

6.3. Производственное внедрение и технико-экономическая эффективность применения биостойких известковых композитов 143

6.4. Выводы по главе 6 148 Основные выводы 149

Список литературы 153

Приложения 169

Приложение 1. Акт внедрения 170

Приложение 2. Рентгенограммы композитов на негашеной и гашеной

извести 171

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На сегодняшний день одной из наиболее значимых проблем в строительной отрасли является повышение долговечности материалов и изделий, так как в зданиях и сооружениях с агрессивными средами на строительные конструкции воздействует большое количество агрессивных сред различного вида, одними из которых являются бактерии, мицелиальные грибы и актиномицеты, приводящие в благоприятных условиях для их развития к разрушению зданий и сооружений.

За последние годы микроорганизмы претерпели значительные изменения, увеличились их разнообразие и численность, их способность выживать, казалось бы, в неблагоприятных для них условиях. Некоторые виды микроорганизмов становятся более устойчивыми и с каждым годом осваивают новые материалы для развития и роста. Ущерб от биоповреждений, который вызван деятельностью микроорганизмов, ежегодно исчисляется десятками миллиардов долларов. Рост и развитие на поверхности материалов и конструкций микроорганизмов ухудшают экологическую обстановку. В зданиях и сооружениях это является серьезной угрозой для здоровья и жизни людей и животных.

Следы биологического воздействия можно встретить на стенах зданий старой постройки и вновь построенных зданиях и сооружениях. Биоповреждения наносят большой ущерб культурным ценностям. В этом случае повреждаются не только материалы и конструкции, но и интерьер -уникальная лепка, живопись, мозаика, в результате нарушается неповторимый архитектурно-художественный облик сооружения.

Биоповреждениям подвержены практически все материалы, в том числе композиты на основе извести. Современное строительство имеет огромный выбор подобных материалов. Применение известковой штукатурки известно с древности, и возвращение к ее использованию сегодня объясняется тенденцией использования экологически чистых декоративных материалов. Несомненно,

что для повышения срока службы строительных материалов необходимо принимать меры, которые смогли бы повысить их стойкость к воздействию микроорганизмов.

Биологическое сопротивление известковых композитов изучено недостаточно. В связи с этим исследования, посвященные изучению биодеструкции композитов на основе известковых вяжущих, и разработке способов повышения их биологического сопротивления, — являются актуальными.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование биодеструкции строительных композитов на основе гашеной и негашеной извести, оптимизация составов известковых композитов, обладающих повышенной биологической стойкостью.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• изучить процессы структурообразования строительных композитов на основе негашеной и гашеной извести, содержащих модифицирующие и биоцидные добавки, наполнители и активированную воду затворения;

• определить биостойкость известковых композиционных материалов в условиях воздействия стандартной биологической среды;

• получить количественные зависимости изменения физико-механических свойств известковых композитов при воздействии на них продуктов метаболизма микроорганизмов;

• установить зависимость изменения прочности и биостойкости композитов на основе извести от введения различных наполнителей и добавок;

• исследовать влияние различных способов активации воды затворения на биологическое сопротивление известковых композитов;

• подобрать и оптимизировать составы известковых композитов с улучшенными показателями биостойкости и физико-механических свойств.

Научная новизна работы:

• проведены комплексные исследования биостойкости композитов на основе негашеной и гашеной извести, проведены исследования различных добавок по влиянию их на биостойкость, получены составы, обладающие фунгицидными свойствами;

• определены пути повышения стойкости композитов на основе извести в условиях воздействия на них модельных сред мицелиальных грибов и бактерий;

• изучены процессы структурообразования и установлены зависимости влияния различных модифицирующих и фунгицидных добавок, наполнителей и режимов активации воды затворения на некоторые физико-технические свойства известковых композитов;

• методом математического планирования эксперимента определена взаимосвязь прочности, биостойкости и проницаемости композитов на негашеной и гашеной извести с количественным содержанием отдельных компонентов, обеспечивающих повышенную биостойкость и улучшение других свойств.

Практическая значимость работы. На основе негашеной и гашеной извести получены композиты с фунгицидными свойствами, предназначенные для применения в биологических агрессивных средах. Осуществлен подбор оптимальных составов известковых композитов по критериям прочности и долговечности. Новизна практических исследований подтверждена тремя патентами на изобретения.

Новые виды биостойких известковых композитов расширяют номенклатуру материалов, изделий и конструкций для специальных видов строительства. Результаты диссертационной работы были внедрены при выполнении отделочных работ на ООО «ДСК-Бетон» в г. Саранске.

Степень достоверности. Достоверность результатов работы определяется хорошей сходимостью данных экспериментальных исследований с производственным внедрением, статистической обработкой результатов исследования и сходимостью с литературными данными. Экспериментальные

исследования проводились с применением методов физико-химического анализа, физико-механических, биологических, математических методов в соответствии с действующими стандартами.

Личный вклад соискателя состоит в анализе отечественной и зарубежной научно-технической литературы по исследуемому направлению, выборе последовательности и методов проводимых исследований, проведением лабораторных испытаний для выполнения поставленных задач. Сформулированы выводы на основе анализа полученных в ходе экспериментальных исследований результатов, даны рекомендации по практическому применению.

На защиту выносятся:

• результаты исследования влияния модифицирующих и фунгицидных добавок, наполнителей, режимов активации воды затворения на физико-механические свойства известковых композитов;

• результаты исследования обрастаемости известковых композитов в стандартной среде мицелиальных грибов;

• результаты исследования стойкости композитов на основе негашеной и гашеной извести в модельных средах мицелиальных грибов и бактерий.

• возможности получения биостойких композитов на основе негашеной и гашеной извести с улучшенными физико-механическими показателями;

Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались на всероссийских и международных научно-технических конференциях: «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 2009), «Научный потенциал молодежи - будущему Мордовии» (Саранск, 2009), «Биотехнология начала III тысячелетия» (Саранск, 2010), «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2011), «Экология и жизнь» (Пенза, 2011), «Актуальные вопросы архитектуры и строительства» (Саранск, 2013), «Будущее науки - 2013» (Курск, 2013).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, из них в журналах из перечня ВАК четыре работы, 3 патента на изобретения.

Конкурсы. Получены диплом и медаль на X международной специализированной выставки «Мир биотехнологии 2012» (г. Москва).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы из 165 наименований, приложений. Диссертация изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 36 таблиц, 2 приложения.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ, СОСТАВЫ, СВОЙСТВА, ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИЗВЕСТКОВЫХ ВЯЖУЩИХ

1.1. Известковые вяжущие и их применение в строительстве

Строительная известь относится к неорганическим вяжущим и объединяет материалы воздушного и гидравлического твердения. Исходными материалами для производства воздушной извести являются многие разновидности известково-магнезиальных карбонатных пород. Все они относятся к осадочным породам.

Известь получают путем обжига известняков в специальных вращающихся или шахтных печах [87]. В зависимости от состава сырья она бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая первого, второго и третьего сортов. После обжига при температуре 1 100-1 200 °С до полного удаления углекислого газа происходит разложение углекислого кальция с образованием оксида кальция (негашеной извести) в виде кусков разного размера.

Кроме негашеной комовой извести имеются следующие виды воздушной извести: известь негашеная молотая, известь гашеная (пушонка), известковое тесто [87].

Негашеная известь по химическому составу почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием первых. В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившийся карбонат кальция, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига при взаимодействии глины и кварцевого песка с оксидами кальция и магния [36].

Гашеная известь представляет собой высокодисперсный сухой порошок, получаемый из негашеной извести путем его обработки соответствующим количеством жидкой или парообразной воды, обеспечивающим переход оксидов кальция и магния в их гидраты [36]. Гашеная известь состоит

преимущественно из гидроксида кальция, а также гидроксида магния и небольшого количества примесей (как правило, карбоната кальция). Следует отметить, что примеси негативно сказываются на свойствах конечного продукта, например, карбонатные примеси способствуют увеличению пористости композита и размера его пор [158, 160].

При твердении молотой негашеной извести в начальные сроки выделяется значительное количество теплоты, поэтому такие вяжущие можно применять при отрицательных температурах. Они имеют лучшие показатели прочности, так как окружающие условия способствуют быстрому отводу теплоты и уменьшению термических напряжений [36,109]. Хороших результатов можно достичь, учитывая определенные условия при твердении известковых композитов: применение извести тонкого помола; соблюдение определенного водоизвесткового отношения; отвод теплоты или использование других приемов, не допускающих разогревания твердеющего раствора или бетона до температур, вызывающих интенсивное испарение воды; прекращение перемешивания растворной или бетонной смеси на определенном этапе гидратации извести [1, 36, 93, 162].

Твердение негашеной извести протекает нормально при содержании воды в растворной или бетонной смеси в пределах 100—150 % по массе извести. При малом содержании воды (60-80 % по массе извести) температура резко повышается, разрыхляется структура, препятствуя схватыванию и твердению массы. При большом содержании воды происходит отделение ее слоя на поверхности и растворы не отвердевают. Для предупреждения интенсивного разогревания смеси несколько увеличивают расход воды, охлаждают ее, частично гасят известь перед применением и т. п. Одним из простых способов является замедление скорости гидратации. Если добавить 2-5 % гипса по массе извести, то произойдет замедление скорости гидратации, это можно объяснить образованием пленок гидроксида и сульфата кальция на поверхности еще не прореагировавших частичек оксида кальция [93, 109]. В тех случаях, когда

известь, наряду с очень активными частичками оксида кальция, содержит медленно гасящиеся частички пережога (не более 3-5 %), целесообразно в соответствии с рекомендациями Б. Н. Виноградова применять комбинированную добавку, состоящую из замедлителя и ускорителя гашения [34]. Ускоритель в составе добавки действует преимущественно на пережженные частички, значительно ускоряя их гашение и обеспечивая их превращение в гидрат до твердения системы. Необходимое количество добавок нужно устанавливать опытным путем для каждой партии извести с учетом ее свойств. А. А. Байков обращал внимание на то, что условия хранения также влияют на сроки схватывания вяжущих веществ, так как они подвергаются действию влаги и воздуха и покрываются оболочкой новообразований, препятствующей реакции гидратации [9]. В. Осин [93] на основании работ других ученых установил, что при повышении температуры среды на каждые 10 °С скорость реакции гидратации извести увеличивается вдвое.

Установлено, что более высокая прочность известкового раствора на основе негашеной извести получается, если готовить раствор при низких температурах, что способствует образованию кристаллов меньших размеров гидроксида кальция и увеличивает скорость кристаллизации [95]. Б. И. Рогальский добавлял глину в известковый раствор на негашеной извести [109]. Эта добавка повышает пластичность и устраняет расслаиваемость, а также увеличивает сроки схватывания. В своих опытах он вначале перемешивал сухую смесь песка с негашеной известью и глиной в течение двух минут, а затем в сухую смесь наливалась вода и все это перемешивалось еще две минуты. Как установил В. Родт [162], каждой величине относительной влажности воздуха соответствует определенное количество влаги в извести. Если воздух не насыщен парами воды, внутри высокодисперсного пористо