автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Разработка цементных композитов повышенной биостойкости с применением сырьевых компонентов Чеченской Республики

На правах рукописи

Балатханова Элита Махмудовна

РАЗРАБОТКА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ ПОВЫШЕННОЙ БИОСТОЙКОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза-2015

005569635

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

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ерофеев Владимир Трофимович

Официальные оппоненты - Попов Валерий Петрович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет», заведующий кафедрой «Технологии и организации строительного производства»;

Недосеко Игорь Вадимович,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», профессор кафедры «Строительные конструкции»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Волгоградский

государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 10 июля 2015 г. в 11 часов 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, корп. 1, конференц-зал.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета архитектуры и строительства и на сайте: http://dissovet.pguas.ru/index.php/contact-us/d-212-184-01/51-44-balathanova-еШа-таЬпп^оупа.

Автореферат разослан 10 мая 2015 г.

Ученый секретарь ^^Бакушев

диссертационного совета Сергей Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время самыми массовыми в производстве строительных материалов являются бетон и железобетон. По мнению многих отечественных и зарубежных специалистов, бетон и другие цементные композиты на ближайшую перспективу останутся одними из основных строительных материалов, мировой объем производства которых в настоящее время составляет около восьми миллиардов кубометров в год. В этой связи одной из важнейших задач современной строительной отрасли являются разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий, предусматривающих получение долговечных бетонов и подобных композиционных материалов посредством расширения использования порошковых активных наполнителей. Для Чеченской Республики, богатой минеральными природными ресурсами, актуально использование при изготовлении бетонов с использованием эффективных наполнителей своих месторождений различного химико-минералогического состава.

В настоящее время самое пристальное внимание уделяется повышению прочности и долговечности бетонов, изделий и конструкций на их основе. Проблема получения высококачественных цементных композитов успешно решается путем оптимизации их состава, активацией компонентов растворных и бетонных смесей, модифицированием структуры материалов комплексными добавками различного функционального назначения. Задача повышения долговечности бетонов обусловливается тем, что на строительные материалы и изделия постоянно воздействуют различные климатические факторы и агрессивные среды (солнечная радиация, атмосферные осадки, циклически действующие температуры и т.д.). Степень разрушающего воздействия указанных и других факторов на материалы зависит от географического местоположения объекта. Наибольшие разрушения характерны для районов, близких к морскому побережью. В зданиях и сооружениях, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности и других климатических воздействий, характерных для морского побережья, создаются условия для биоповреждений. Установлено, что более 50 % общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Биоповреждениям подвержены практически все материалы, в том числе цементные растворы и бетоны, композиционные материалы на различных связующих и т.д., которые эксплуатируются в условиях, благоприятных для размножения микроорганизмов. Такие условия для материалов и конструкций также могут создаваться в зданиях с биологически активными средами. Ущерб, причиняемый объектам в результате биоповреждений, составляет многие десятки миллиардов долларов ежегодно. Биозараженность в зданиях и сооружениях ведет к обострению экологической ситуации. Совокупность экстремальных изменений окружающей среды, проявляющаяся в виде различных процессов инфицирования и биодеградации строительных материалов и конструкций, представляет серьезную угрозу здоровью и жизни человека.

С учетом вышеизложенного определяется актуальность получения биостойких цементных композитов с улучшенными упруго прочностными и эксплуатационными свойствами с применением воды затворения и наполнителей месторождений Чеченской Республики.

Настоящая работа выполнена с соответствии с грантами: РААСН «Исследование механизмов деструкции и разработка способов повышения стойкости строительных композитов на основе цементных и полимерных связующих, металлических материалов в агрессивных климатических условиях»; РФФИ (региональный конкурс) «Исследования в области создания новых полимербетонов, каркасных, фибробетонов, бетонов различного фракционного состава с биоцидными добавками для организации промышленного производства строительных изделий с повышенной долговечностью, биологической и климатической стойкостью на предприятиях Республики Мордовия».

Степень разработанности избранной темы

Над повышением долговечности строительных материалов и конструкций, их химической стойкости и специфического характера работали многие отечественные ученые: Алексеев С.Н., Андреюк Е.И., Анисимов A.A., Ах-вердов H.H., Батраков В.Г., Берг О.Я., Горчаков Г.И., Гузеев Е.А., Иванов Ф.М., Комохов П.Г., Курочка П.Н., Моисеев Д.В., Москвин В.П., По-лак А.Ф., Соломатов В.И., Шестоперов C.B.

За рубежом над решением этой проблемы работали и в настоящее время проводят исследоваия: Вегке N. S., Воск Е., Borenstein S., Booth G. H., Ca-dy P. D., Clear К. С., Coretzki J., Creschuchna R., Hanson С. M., Jambor J., Mo-dry S., Morinaga S., Pirt S. J., Sand W., Sloss R., Лугаускас А.Ю.

Работы многих ученых из этого перечня содержат фундаментальные основы создания влагостойких, морозостойких и коррозионностойких цементных композитов в различных агрессивных средах.

В последние годы над вопросами повышения долговечности бетонов, их биостойкости работают следующие отечественные исследователи: Власов Д.Ю., Карпов В.А., Огарков Б. Н., Новикова Н.Д., Баженов Ю. М., Бондарен-ко В.М., Гусев Б.В., Ерофеев В. Т., Калашников В.И., Каприелов С.С., Латы-пов В.М., Макридин Н.И., Москвин В.М., Овчинников И.Г., Римшин В.И., Селяев В.П., Смирнов В.Ф., Степанова В.Ф., Федосов С.В, Хозин В.Г., Фе-дорцов А.П.

В тоже время на сегодняшний день не полностью разработаны рекомендации по индивидуальному и совместному использованию наполнителей и комплексных физико-химических воздействий на воду затворения при получении цементных композитов с гарантированно-высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Цель и задачи исследования

Цель работы - разработка научных основ формирования структуры, состава и свойств наполненных цементных композитов на воде затворения и наполнителях природных источников и сырьевых материалов Чеченской Республики с изучением их физико-технический свойств и долговечности.

В соответствии с постановленной целью определены следующие задачи.

• Изучить современное состояние производства бетонов в Чеченской Республике, выполнить всестороннее исследование сырьевой составляющей на территории (горных пород и природной воды) для производства цементных композитных материалов.

• На основе анализа отечественной и зарубежной научно-технической литературы разработать теоретические предпосылки для создания бетонов с улучшенными физико-механическими свойствами.

• Изучить влияние магнитного поля и электрохимических процессов, а также их совместного воздействия на структуру и свойства воды, выделяемого при этом дисперсного шлама и установить диапазоны оптимального водо-цементного отношения в цементных пастах и затвердевших композитах при использовании активированных природных вод месторождений Чеченской Республики.

• Получить количественные зависимости изменения свойств цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики и оптимизировать состав одного-, двух- и трехфракционного наполнителя и его количественного содержания в цементных композитах методом математического планирования эксперимента.

• Обосновать возможность получения эффективных тонкозернистых композитов, мелкозернистых бетонов и других композиционных материалов путем использования комплексных модификаторов на основе суперпластификаторов, промышленных дисперсных материалов и природных каменных материалов Чеченской Республики.

• Оптимизировать составы цементных композиционных материалов и установить основные зависимости изменения физико-механических свойств бетонных смесей и бетонов с модификаторами от основных факторов.

• Изучить основные закономерности совместного влияния активированной воды затворения, комплексных модификаторов, наполнителей и заполнителей месторождений Чеченской Республики на формирование структуры и свойств цементных композитов и разработать оптимальные составы цементных композитов.

• Исследовать физико-механические свойства цементных композитов, изготовленных с применением наполнителей и активированной воды затворения месторождений Чеченской Республики.

• Установить количественные зависимости изменения свойств композитов при эксплуатации в условиях переменной влажности и других климатических факторов с выделением роли биологического фактора в разрушениях и разработать составы композитов с повышенным биологическим сопротивлением посредством подбора эффективных фунгицидных добавок.

• Провести экспериментальные исследования технологических режимов приготовления бетонов, разработать рациональную технологию изготовления, произвести производственную апробацию, определить экономиче-

скую эффективность использования разработанных составов цементных композитов и разработать проект технологического регламента на производство бетонов на основе сырьевых материалов месторождений Чеченской Республики.

Научная новизна

Научная новизна работы определяется решением проблемы получения высококачественных цементных композитов на основе активированной воды затворения месторождений Чеченской Республики, комплексных модификаторов на основе суперпластификаторов и тонкодисперсных наполнителей.

• С помощью физико-химических исследований определены структурные изменения природной воды источников Чеченской Республики после активации электрическим током и магнитным полем и фазовые превращения в цементном камне при использовании активированной воды затворения и тонкодисперсных наполнителей.

• Выявлены принципы формирования цементных композитов с улучшенными показателями структуры и физико-механических свойств и биостойкости за счет использования воды затворения, активированной электрическим током и магнитным полем.

• Установлены закономерности влияния на формирование структуры и свойств цементных композитов наполнителей из горных пород месторождений Чеченской Республики.

• Разработаны регрессионные модели, позволяющие оптимизировать зерновой состав наполнителей и их количественное содержание, необходимые для получения композитов с улучшенными показателями прочности и долговечности.

• Обосновано получение эффективных бетонов и других цементных композитов для изготовления строительных изделий путем введения комплексных модификаторов на основе суперпластификаторов, промышленных тонкодисперсных материалов, получаемых помолом природных материалов Чеченской Республики до порошкообразного продукта.

• Установлены количественные зависимости изменения физико-механических свойств композитов в условиях воздействия переменной влажности с выделением биологического фактора разрушения.

• Разработаны составы цементных композитов с повышенным биологическим сопротивлением посредством введения биоцидных препаратов.

Теоретическая и практическая значимость работы

В диссертации изложены научно-обоснованные технические, экономические и технологические решения получения бетонов и других композиционных материалов за счет использования наполнителей и заполнителей, воды затворения месторождений Чеченской Республики, что позволяет расширить сырьевую базу местных материалов.

Установлены закономерности совместного влияния комплексных модификаторов, суперпластификаторов, наполнителей и заполнителей различного химико-минералогического состава месторождений Чеченской Респуб-

лики и активированной воды затворения с активацией электрическим током и магнитным полем на формирование структуры, фазовых превращений в цементном камне, улучшение свойств цементных композитов и их биостойкости.

Разработаны принципы производства и применения цементных композитов с использованием комплексных модификаторов на основе молотых природных материалов Чеченской Республики, промышленных дисперсных материалов и суперпластификаторов.

Предложены оптимальные параметры режима приготовления активированной электрическим током и магнитным полем воды затворения месторождений Чеченской Республики, позволяющие повысить прочность цементных композитов в возрасте 3, 7 и 28 суток соответственно более чем на 10, 30 и 27%.

Предложены оптимальные составы цементных композитов, наполненных порошками известняка горного, известняка речного, песчаника и кварцевого песка месторождений Чеченской республики с заданным зерновым составом.

Методология и методы научного исследования

Методология исследования диссертационной работы включает системный подход с учетом основной цели и всех аспектов поставленных задач исследований, с учетом выделения главного и существенного с перспективой дальнейшего развития научных основ формирования структуры и свойств по совместному использованию минеральных дисперсных наполнителей в цементных композиционных материалах в сочетании с водой затворения, активированной электрическим током и магнитным полем.

Методологические приемы экспериментальных исследований включали как общенаучные методы химических и физических исследований - рент-гено- и спектрального анализов для оценки изменения структуры фазового состава изучаемого материала, так и специфические методы измерения физико-технических свойств и биостойкости цементных композитов. В исследованиях использовалась совокупность современных стандартных методов и собственных методик. В методологии объектом исследования являлось управление структурой и свойствами цементных композиционных материалов, а предметом исследования - решение задач получения цементных композитов с минеральными дисперсными наполнителями из сырьевых материалов Чеченской Республики с использованием воды затворения, активированной электрическим током и магнитным полем, с улучшенными свойствами и повышенной биостойкостью.

Положения, выносимые на защиту

• Обоснование экономической целесообразности использования цементных композитов с применением воды и наполнителей природных источников и сырьевых материалов месторождений Чеченской Республики.

• Технология и составы бетонов и других цементных композитов с комплексной модифицирующей добавкой на основе суперпластификатора и

наполнителей промышленного производства и специально изготавливаемых из горных пород месторождений Чеченской Республики.

• Результаты экспериментальных исследований закономерностей процессов структурообразования составов цементных композитов с применением активированной электрическим током и магнитным полем воды затворе-ния и наполнителей с различным гранулометрическим составом.

• Эффективные составы цементных композитов с применением наполнителей и воды затворения месторождений Чеченской Республики и выявленными оптимальными соотношениями «цемент - наполнитель - активированная вода затворения».

• Результаты исследования физико-механических и эксплуатационных свойств разработанных материалов.

• Эффективные составы цементных композитов с добавками биоцид-ных препаратов, обладающие повышенным биологическим сопротивлением.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на международных и всероссийских научно-практических конференциях и совещаниях: «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза, 2010 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-летию КНИИРАН (Грозный, 2011 г.); на Академических чтениях РААСН (Курск, 2011 г.); на III Всероссийской научно-методической конференции (Грозный, 2012 г.); «Инновационные технологии в производстве, науке и образовании» (Грозный, 2012 г.); «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2013 г.); «Разработка эффективных авиационных, промышленных, электротехнических и строительных материалов в условиях воздействия различных эксплуатационных факторов» (Саранск, 2013 г.); «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2014 г.); «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2014 г.); «Актуальные вопросы строительства и архитектуры» (Саранск, 2014 г.); «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Москва, 2015 г.).

Достоверность результатов исследования. Достоверность результатов и выводов диссертационной работы подтверждается применением стандартных методов испытаний, современных методов исследования структуры и свойств цементного камня, воды затворения (РФА, ДТА, микропроцессорная рН-метрия, атомно-силовая микроскопия), использованием аттестованного испытательного оборудования и приборов, обработкой результатов экспериментов статистическими методами, достаточным количеством проведенных опытов, обеспечивающих адекватность и воспроизводимость результатов. Выводы и рекомендации работы получили положительную оценку и внедрение в строительной практике.

Личный вклад автора состоит в выборе объектов и методов исследования, в разработке программы экспериментальных испытаний, получении результатов исследования, их обобщении и анализе.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 28 работ (в том числе 8 статей в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ). В Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам поданы 2 заявки на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 256 источников, трех приложений, содержит 253 листа машинописного текста, 43 рисунка, 65 таблиц, приложения изложены на семи листах.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Строительные материалы и технологии» Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева в соответствии с паспортом специальности 05.23.05 - «Строительные материалы и изделия», и пунктами области исследования: п. 1. Разработка теоретических основ получения различных строительных материалов с заданным комплексом эксплуатационных свойств; п. 4 Разработка методов прогнозирования и оценки стойкости строительных материалов и изделий в заданных условиях эксплуатации; п. 5. Разработка методов повышения стойкости строительных изделий и конструкций в суровых условиях эксплуатации; п. 6. Создание теоретических основ получения строительных композитов гидратационного твердения и композиционных вяжущих веществ и бетонов; п. 7. Разработка составов и принципов производства эффективных строительных материалов с использованием местного сырья и отходов промышленности и п. 13. Создание материалов для специальных конструкций и сооружений с учетом их специфических требований.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук, профессору Калашникову В. И., канд. техн. наук Емельянову Д. В. и канд. техн. наук Дергуновой А. В. за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность выбранной темы, цель и задачи исследований, формулируются научная новизна, теоретическая и практическая значимость диссертационной работы, методология и методы диссертационного исследования, основные положения, выносимые на защиту, степень достоверности и апробация результатов.

Первая глава содержит аналитический обзор литературных данных, посвященных вопросам структурообразования, исследования физико-механических свойств, химической и химико-биологической стойкости, технологии изготовления строительных композитов на неорганических связующих.

Показано, что из различных материалов в строительной отрасли наибольшее применение находят цементные композиционные материалы, структура которых включает гидратные фазы цемента с размером частиц 10100 нм, зерна исходного цемента, химические и минеральные добавки, наполнители и заполнители. Указанные компоненты образуют структуры различного

уровня, начиная от атомно-молекулярных структур составляющих бетон компонентов и заканчивая макроструктурой бетона как композиционного материала.

Приведены данные о физико-механических свойствах цементных композитов и способах их улучшения. Они заключаются в модификации смесей и управлении их свойствами за счет использования в составах микронаполнителей, пластифицирующих и других добавок; в сближении контактов между частицами наполнителей и гранулами заполнителей для уменьшения расхода вяжущих через оптимизацию состава и рациональной гранулометрии. Рассмотрены перспективные технологии изготовления строительных композитов и изделий, в том числе материалов с активированными отдельными компонентами для повышения их реактивных свойств с целью формирования требуемой структуры и заданных свойств.

Результаты ранее проведенных исследований позволили апробировать и внедрить в производство в Чеченской Республике технологии получения крупного заполнителя из бетонного лома разборки зданий и сооружений; мелкозернистого бетона с наполнителями на основе дробления бетонного лома и золошлаковых смесей; растворов на основе органоминеральной добавки, полученной механохимической активацией золошлаковой смеси и суперпластификатора, и др.

В то же время направления исследований в части использования природных минеральных ресурсов Чеченской Республики далеко не исчерпаны. Это в первую очередь можно отнести к известнякам и кварцевым наполнителям, а также природным водам, используемым соответственно в качестве наполнителей и жидкостей затворения.

Показана эффективность получения строительных материалов с применением местных сырьевых материалов.

Проведен анализ научно-технической литературы по вопросам климатической, химической и биологической стойкости строительных материалов. Выделены основные способы повышения химико-биологической стойкости и борьбы с биоповреждениями. Отмечено, что применение химических добавок является одним из наиболее эффективных и длительно действующих способов повышения биостойкости строительных материалов и конструкций. Рассмотрены современные добавки-фунгициды, используемые для повышения биостойкости строительных композитов. Показана предпочтительность применения в качестве фунгицидных соединений препаратов на основе гуа-нидина, в частности биоцидных препаратов «Тефлекс» и «Ультрадез-Био».

Во второй главе приведены цель и задачи исследований, характеристики взятых для исследования материалов, описаны методы экспериментальных исследований.

В качестве вяжущих при изучении строительных материалов и изделий использовались цементы производства ОАО «Мордовцемент» и ГУП «Чечен-цемент» (н.п. Чири-Юрт).

В качестве воды затворения рассматривались активированные воды, взятые из месторождений Чеченской Республики следующих видов: тер-

мального источника Гойт-Кортинской скважины № 29 с глубины 2 900 м; артезианской скважины с территории г. Аргун глубиной 200 м; реки Аргун.

В качестве пластифицирующей добавки применялся гиперпластификатор МеШих 5581. Данный пластификатор представляет собой продукт на основе поликарбоксилата. Плотность при температуре 20°С - 300-600 г/дм .

В качестве биоцидных добавок применяли препараты промышленного изготовления «Тефлекс дезинфицирующий» - концентрация ПГМГ 9,5-10,5 % (ТУ 9392-006-23170704-2004 с изм. к ТУ №1 от 15.01.2007 г.) и препарат «Ультрадез-Био».

В качестве противоморозной добавки использован формиат натрия -кристаллический порошок белого или серого цвета без посторонних примесей. Массовая доля формиата натрия не менее 80 %, воды - не более 5 %, сахаристых веществ в пересчете на глюкозу в массе сухих веществ - не более 1 %.

В качестве уплотняющей добавки применяли кристаллизол (ТУ 5745001-38213907-11).

В качестве наполнителей использовали порошки на основе кварцевого песка месторождения, расположенного на реке Терек; песчаника месторождения Надтеречного района; известняка речного месторождения на реке Хул-Хулау; известняка горного - месторождения у населенного пункта Дуба-Юрт, а также тонкодисперсные порошки промышленного изготовления - белая сажа и черная сажа.

В качестве мелкого заполнителя применяли также кварцевый песок Смольнинского месторождения Республики Мордовия с модулем крупности

1,4.

В качестве крупных заполнителей фракции 5-10 мм применялись: гранитный щебень, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8267-93, керамзитовый гравий (производства ОАО «Саранский завод КПД», г. Саранск),

Для получения электрохимически и электромагнитно-активированной воды применялась установка магнитной обработки воды УПОВС2-5.0 «Мак-смир». Обработка проводилась по трем режимам, шифр которых составлен из буквенного и цифрового обозначения. Буквенное обозначение Э+М означает, что природная вода была подвержена совместной последовательной активации электрическим током (электрохимическая активация) и электромагнитным полем в рабочих зазорах аппарата. Цифровое обозначение соответствует выбранному режиму работы аппарата, которое характеризует силу тока (позицию переключателя) в цепи электролизера и обмотке намагничивающих катушек. Э+М (1-1) - активированная вода по режиму с плотностью тока jml=Síв5 А/м2 в камере электрохимической активации и напряженностью электромагнитного поля Нтах=24 кА/м в рабочем зазоре камеры электромагнитной активации; Э+М (3-3) -утаг=22,58 А/м2 и Нтах=15 кА/м; Э+М (6-6) -у„,„,=43,55 А/м2 и //„,„=135 кА/м.

При исследовании структуры и физико-технических свойств компонентов и композиционных материалов на основе активированных воды и наполнителей, взятых с источников и месторождений Чеченской Республики, использо-

вались механические, физические, химические, биологические и математические методы.

Удельную электропроводность и общее солесодержание (TDS), удельное сопротивление устанавливали с помощью кондуктомера S30 с универсальным электродом InLab730 швейцарской фирмы «Меттлер Толедо».

Изменение величины концентрации водородных ионов (pH) определяли с помощью рН-метра (рНер 2) производства фирмы HANNA.

Исследование структурных изменений воды проводили с помощью методов ИК-спектроскопии. Регистрацию ИК-спектров материала осуществляли на фурье-спектрометре «Инфралюм ФТ-801».

Структурные превращения фазового состава композиций устанавливали в результате количественного рентгенографического анализа на установке ARL X'tra. Рентгенофазовому анализу подвергались порошки с удельной поверхностью 4 000-4 500 см2/г.

Испытания на грибостойкость и наличие фунгицидных свойств материалов проводили в соответствии с ГОСТ 9049-91,

При проведении исследований использовали математические методы планирования эксперимента путем реализации двухфакторного плана Коно и симплекс-решетчатого плана Шеффе с количеством опытов, соответственно 9 и 10.

Обработка и анализ экспериментальных данных проводились на ЭВМ с применением статистических методов.

В третьей главе приведены результаты исследований цементных композитов с применением активированных вод месторождений Чеченской Республики.

Показано, что в совокупности с другими многочисленными факторами на свойства бетонных смесей и затвердевших материалов значительное влияние оказывает вода затворения. Свойства воды могут изменяться под воздействием различных факторов. В последнее время доказана эффективность использования магнитной обработки воды совместно с воздействием на нее электрического тока.

Приведено теоретическое обоснование процесса магнитной и электрохимической активации водных растворов, используемых для затворения бетонов. При электроактивации природной воды электрическим током возникающее электрическое поле ориентирующим образом действует на ионы, находящиеся в ее составе. Катионы кальция и магния мигрируют в направлении катода - отрицательно заряженного электрода. Так как на катоде при этом происходят процессы, в результате которых в прикатодном пространстве накапливаются ионы гидроксида, возможно взаимодействие ионов Са2+ и Mg"* с ионами ОН с образованием гидроксидов магния и кальция с выделением твердой фазы в дисперсной форме. При использовании электроактивированной воды в процессах затворения полученные частицы работают в качестве своеобразных центров кристаллизации через образование гелевых структур с гидратированными компонентами цементов. Обработка (активация) воды магнитным полем приводит к взаимодействию частиц, обладаю-

щих ферромагнитными свойствами, - оксидных и гидроксидных соединении железа образующихся в ходе его электрохимического окисления. Совместное действие электрического и магнитного поля различном интенсивности позволяет влиять на структуру образующихся дисперсных частиц и тем самым активно воздействовать на процессы, обеспечивающие качественные характеристики получаемых бетонных изделий.

Исследовано влияние электрического тока и магнитного поля на свойства вод взятых из чеченских месторождений, и установлены физико-механические свойства цементных паст и цементного камня, полученных на

активированной воде затворения.

Анализ полученных данных показал, что активация электрохимическим и магнитным методами приводит к заметным изменениям физических и химических свойств воды затворения: для воды, взятой из реки Аргун, активированной по режиму Э+М (6-*), установлено, что показатель общей жесткости имеет наиболее низкое значение; наименьшее значение агрессивной углекислоты выявлено для воды, активированной по режиму Э+М (6-6), в этом случае происходит снижение концентрации ионов железа (III) и повышение содержания алюминия; для активированной воды, взятой из артезианского источника «Артизан-Аргун», по сравнению с водой, взятой из р. Аргун, наблюдается увеличение концентрации хлорид-ионов и фторид-ионов; в воде данного источника с повышением силы тока и магнитного поля при всех режимах активации происходит увеличение концентрации ионов алюминия; в активированной воде, взятой с термального источника «Серная», значительно повышается жесткость, увеличивается концентрация сульфат-ионов, но уменьшается содержание ионов кальция и магния, а также хлорид-ионов и, что очень важно, уровень агрессивной углекислоты; установлено изменение поверхностного натяжения водных растворов с пластификатором и тонкодисперсными частицами при активации.

Выявлены технологические свойства (водопотребность и сроки схватывания) цементных систем с активированной водой, взятой из различных источников: водопотребность в результате активации не изменяется, за исключением воды, взятой из реки Аргун, во всех случаях отмечается уменьшение сроков схватывания цементного камня.

Проведены рентгеноструктурные исследования цементного камня, затворенного активированной водой, которые показали увеличение интенсивности линий C2S и уменьшение C3S в ранние сроки твердения по сравнению с контрольными.

Установлено, что химический состав воды оказывает влияние на степень активации: при использовании активированной воды, взятой из реки Аргун в качестве воды затворения прочность цементных композитов на ранних стадиях твердения значительно выше, чем у композитов на той же воде

без применения электромагнитной и электрохимической обработку напротив вода, взятая из артезианского источника «Артизан-Аргун» с последующей ее активацией, негативно влияет на прочность композитов; цементньШ камень наактивированной воде термального источника «Серная» показывает

наилучшие прочностные показатели в течение всего рассматриваемого срока твердения (табл. I).

Таблица 1

Прочность цементных композитов на активированной воде затворения

Тип композита

Цементный камень

Режим активации

неактив.

Э+М(1-1)

Э+М (3-3)

Э+М (б-б)

Раствор

Бетон

неактив.

Э+М (1-1)

3 сут.

при изгибе

Прочность, МПа

10,57

10,67

11,55

12,54

7,50

Э+М (3-3)

Э+М (б-б)

неактив.

Э+М (1-1)

Э+М (3-3)

Э+М (б-б)

7,64

7,62

7 сут.

11,95

13,15

28 сут.

15,50

13,63

13,03

8,57

9,00

8,10

5,83

6,35

6,05

6,24

8,83

9,17

6,82

7,16

18,00

18,00

15,50

9,55

3 сут.

при сжатии

48,50

52,38

7 сут.

61,10

50,90

49,00

10,51

10,70

10,22

8,04

7,10

7,25

8,37

8,15

8,61

11,00

11,00

11,22

13,75

32,25

35,54

32,29

32,83

69,00

67,21

70,30

24,00

28 сут.

79,50

96,20

91,40

100,20

25,68

26,40

30,72

38,04

41,88

47,29

43,33

26,50

27,60

28,40

29,20

46,42

55,40

63,25

53,17

Получены количественные зависимости изменения физико-механических свойств цементного камня на активированной воде затворения месторождений Чеченской Республики при выдерживании в воде, водных растворах кислот и воздействии циклически действующих температур.

Четвертая глава посвящена исследованию свойств наполненных цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики.

Роль наполнителей в композиционных материалах многогранна. Теоретическими предпосылками использования наполнителей в бетонах и других цементных композитах является то, что при их введении снижается экзотер-мия бетонов, улучшаются показатели удобоукладываемости и нерасслаивае-мости смесей и др. Положительным при их введении также является формирование новых центров кристаллизации, которые ускоряют процесс твердения и повышают прочность цементного камня и бетона. Процесс формирования структуры наполненных цементных композитов является результатом совместного протекания гидрато- и структурообразования в цементном тесте, т.е. последовательного перехода от коагуляционной структуры к образованию пространственного кристаллического каркаса. Для повышения прочности структуры наполненных цементных бетонов необходимо достижение оптимальной концентрации дисперсной фазы, а при условии оптимальной дисперсности частиц - также предельной упаковки и уплотнения системы.

Проведены исследования и установлены свойства наполненных цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чечен-

ской Республики - кварцевого песка, песчаника, известняков горного и речного.

Проведены сравнительные исследования влияния наполнителей на скорость гидратации цементных систем. Исследования тепловыделения цементных систем, модифицированных микродисперсными наполнителями месторождений Чеченской Республики, показали увеличение на 15-17 % степени гидратации цементных систем к 3 суткам твердения (рис. 1).

Рентгеноструктурными исследованиями изучены процессы структуро-образования цементных композитов с наполнителями. Одновременно проводились испытания прочности при изгибе и сжатии композитов. Зависимости роста прочности композитов приведены в табл.2.

|

| 50

X

<? 0

б

Рис. 1. Скорость тепловыделения (а) и суммарное количество выделившейся теплоты (б) цементных систем, модифицированных наполнителями месторождений Чеченской Республики: 1 - контрольный состав; 2-е песчаником; 3-е известняком речным; 4-е известняком горным; 5-е песком речным

Вид наполнителя

Песок_

Известняк

речной

Известняк

горный

Песчаник

Относительная прочность цементных композитов

Таблица 2

3 суток твердения

При изгибе 1,26 1,31

1.65

1.43

При сжатии

1,12 1,14

1,0В

1.16

7 суток твердения

При изгибе

1,13 1,22

1,49

1,38

При сжатии

1,12 1,10

1,06

1,15

28 суток твердения

При изгибе

0,97 1,01

1.05

1,04

При сжатии

1,08 1,05

0,98

1,12

Из результатов исследований следует, что все рассматриваемые наполнители приводят к повышению прочности цементного камня, изготовленного на одном и том же цементе. Причем в период от 1 до 3 суток наполненный цементный камень более интенсивно набирает прочность. В результате к концу этого периода прочность цементного камня, наполненного кварцевым

—Образец №1 —Образец №2 Образец №3 Образец №4

—Образец №1 —Образец №2 Образец №3 —Образец №4 —Образец №5

песком, известняком речным, горным и песчаником, при изгибе выше, соответственно на 26, 31, 65 и 43 %, а на сжатие выше, соответственно на 12, 14, 8 и 16 %. В период от 3 до 28 суток постепенно происходит выравнивание прочностных свойств ненаполненного и наполненного цементного камня.

Исследована долговечность наполненных цементных композитов в условиях воздействия водных сред и циклически действующих температур.

В пятой главе выполнены исследования по получению и оптимизации составов бетонов и других цементных композитов с применением наполнителей природных месторождений Чеченской Республики.

Было реализовано 11 матриц планирования эксперимента, получены уравнения регрессии и построены графические зависимости изменения свойств материалов от вида и содержания составляющих компонентов, образующих материалы различного назначения: микрозернистая композиция (К-1) с наполнителем - белой сажей (х,) и пластификатором Melflux РР 100 (х2); микрозернистая композиция (К-2) с наполнителем черной сажей (х,) и пластификатором Melflux РР 100 (х2); тонкозернистая композиция (К-3), наполненная кварцевым порошком с Sya=3 100 - 3 000 см2/г (х,), порошком известняка горного с S„=6 000 - 6 200 см2/г (х2), порошком известняка горного с $ул=9 000 - 9 200 см2/г (х3); тонкозернистая композиция (К-4), наполненная кварцевым порошком с Sya=3 100 - 3 000 см2/г (х,), порошком известняка речного с SyA=6 000 - 6 200 см2/г (х2), порошком известняка речного с Syi=9 000 - 9 200 см2/г (х3); раствор декоративного назначения (К-5), наполненного черной сажей (х,) и кварцевыми порошками различной дисперсности (х2); мелкозернистые композиции, наполненные смесью порошков различной крупности 0,63-0,315 мм (х,), 0,315-0,16 (х2), менее 0,16 мм (х3) месторождения Чеченской Республики - кварцевого песка (К-6), песчаника (К-7), известняка горного (К-8), известняка речного (К-9); мелкозернистые бетоны (К-10) с добавкой белой сажи (х,) и с гранитным щебнем различного гранулометрического состава (х2); крупнопористые бетоны (К-11) с добавкой белой сажи (х,) и наполненные керамзитовым гравием различной крупности (Х2).

Было использовано 2 типа матриц - план Коно, состоящий из 9 опытов (табл.) и симплекс-решетчатый план Шеффе, состоящий из 10 опытов.

Математические модели по вышеприведенным матрицам описываются следующими уравнениями:

у = Ь0 + b,xi + b2x2 + b,,x,2 + b22x22 + b,2x,x2;

у = n,x, + n2x2 + n 3x3 + n 122 x,x2 + n ,33 x,x3 + n 233 x2x3 + n 112 x,x2 (x, - x2) + n 113 x,x3 (Xi - x3) + n 233 x2x3 (x2 - x3) + n l23 x,x2x3.

Обобщенные со сведениями о матрицах планирования таблицы с результатами данных исследований приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 3

Значения коэффициентов математических моделей физико-

механических свойств композитов по матрицам планирования (планы Коно)

Тип Уровни варьирования Свойства Значения коэффициентов

ком факторов

по- кодо вещественные Ьо ь, Ь2 Ь„ Ъ22 Ь,2

зи- до- X/ хг

та вые

К-1 -1 0 0 Я„, МПа 9,4 -10,3 40,13 7,6 -1,73 0,87

0 15 0,3 И™, МПа 60,1 -41,6 -1,1 14,2 -6,8 2,57

+1 30 0,6 В,% 69,2 46,9 -3,9 -1,05 1,95 -1,17

К-2 -1 0 0 Я,,, МПа 11,7 -8,5 0,55 4,0 -1,08 0,72

0 15 0,3 Не«, МПа 63,9 -38,8 6,8 15,2 -13,3 1,47

+1 30 0,6 В,% 57,4 39,3 -7,8 2,3 9,83 -5,5

К-5 -1 0 0,08-0,16 Я,„ МПа 24,1 -1,9 0,63 -1,1 -1,5 0,15

0 2,5 0,16-0,315 МПа 66,2 -8,2 3,7 -3,8 -2,8 -2,2

+1 5,0 0,315-0,63 В, % 26,7 4,6 -1,9 1,4 -0,08 -0,5

К-10 -1 0 1,25-2,5 Я,,, МПа 8,0 -1,3 -0,71 0,47 -1,7 0,29

0 2,5 2,5-5,0 Ясж, МПа 48,3 -9,95 -1,17 1,3 -7,6 2,9

+1 5,0 5,0-10,0 Е Ю3, МПа 41,0 -6,1 1,9 0,98 -2,6 1,07

К-11 -1 0 1,25-2,5 МПа 1,87 0,11 0,14 -0,03 -0,41 0,08

0 2,5 2,5-5,0 Ясж, МПа 4,3 0,45 0,55 -0,09 -0,7 -0,16

+1 5,0 5,0-10,0 Е Ю3, МПа 11,1 0,54 1,62 -0,4 -1,5 -0,36

Таблица 4

Значения коэффициентов математических моделей физико-механических свойств композитов по матрицам планирования

(симплекс-решетчатые планы Шеффе)

Тип ком- Свойства Значения коэффициентов

позита П| П2 Пз П 122 п п п 112 П из И 233 П 123

133 233

К-3 Я«, МПа 16,6 22,1 19,8 4,5 -21,6 -10,8 26,5 54,5 95,4 -218,7

МПа 43,7 57,6 58,1 18,2 -36,7 -23,4 140,6 207,2 151,6 -472,1

В,% 48,7 44,7 46,7 -17,8 -7,6 4,5 -19,1 -13,9 -76,5 170,8

К-4 К„, МПа 11,8 21,3 19,1 18,9 3,6 -5,4 -49,5 -23,4 -49,5 83,7

Яс», МПа 39,5 59,9 56,6 22,3 -13,3 -44,1 50,6 -72,2 -29,7 213,3

В, % 52,0 43,3 43,3 -26,3 -13,5 10,9 -58,7 -28,4 -49,3 9,5

К-6 Ис», МПа 60 66 68 0 -13,5 -42,7 67,5 -9,0 65,2 285,8

Е Ю3, МПа 6,7 6,4 7,4 -3,0 -5,9 -13,7 -2,5 -14,9 12,2 -13,2

К-7 МПа 56,0 65,0 56,0 6,7 -33,7 -51,7 33,7 -33,7 -87,7 290,3

Е-103, МПа 5,2 4,6 4,3 8,3 3,1 0,7 -14,5 -12,3 4,6 -32,3

К-8 МПа 52 57,0 69,0 -6,7 -51,7 -58,5 -83,2 65,2 27,0 45,0

Е Ю3, МПа 5,4 14,0 6,4 -14,3_ -5,6 -25,8 32,4 -17,9 -32,3 77,1

К-9 ^ж, МПа 68,0 63,0 57,0 -36,0 -56,3 -38,3 -4,5 -92,2 -128,3 292,5

Е-103, МПа 6,0 3,7 5,4 -3,9 -4,9 -0,2 -5,2 -18,3 -8,4 -62,6

По результатам исследования построены графические зависимости, которые могут быть использованы для подбора составов композиций различного назначения.

В шестой главе рассмотрены вопросы биологической деструкции и биологического сопротивления цементных композитов.

Во время эксплуатации здания и сооружения подвергаются разрушениям от воздействия агрессивных сред различной природы. На предприятиях пищевой, химической, микробиологической промышленности, а также в сельскохозяйственных, транспортных, гидротехнических зданиях и сооружениях значительную роль в разрушениях играют микроорганизамы, для развития и размножения которых здесь складываются благоприятные условия. Микроорганизмы поражают также жилые и общественные здания. На строительные материалы и изделия микроорганизмы воздействуют как с внутренней, так и с наружной стороны. Наряду со снижением срока службы зданий и разрушений биологические среды вызывают ухудшение здоровья людей, потерю их трудоспособности.

Биоповреждения усиливаются при повышенной влажности, что особенно характерно для климатических зон морского побережья.

Биологическое сопротивление цементных композитов ограничено их природой, поскольку капиллярно-пористые материалы склонны к активному взаимодействию с микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности. В настоящее время существует широкий набор технологических приемов, позволяющих целенаправленно регулировать структуру, а, следовательно, и свойства цементного камня, среди которых можно отметить применение наполнителей различной природы и фракционного состава, активация отдельных компонентов и самих бетонных смесей.

В этой связи нами проведены исследования биостойкости композитов в лабораторных и натурных условиях.

Установлен видовой состав микроорганизмов, выявленных на образцах, выдержанных в различных условиях (табл.5).

Таблица 5

Видовой состав микроорганизмов на образцах цементных композитов

Условия испытания образцов Наполнитель

кварцевый песок песчаник известняк горный известняк речной

Под навесом на Черноморском побережье Alternaría alternate, Altemaria brassicae, Aspergillus oryzae, Aspergillus ustus, Botrytis pilulifera, Cladosporium ela-tum, Fusarium mo-niliforme, Chaeto-mium doüchor-trichum Aspergillus niger, Altemaria pluriseptata, Alternaria brassicae, Aspergillus ustus, Pénicillium nigricans, Chae-tomium dolichortri-chum, Cladosporium elatum, Verticillium tenerum Altemaria pluriseptata, Alternaria alternate, Altemaria brassicae, Chaetomium dolichor-trichum, Aspergillus ustus, Cladosporium elatum Alternaria brassicae, Cladosporium elatum, Aspergillus ustus, Chaetomium globosum, Cladosporium macrocarpum, Chaetomium doli-chortrichum, Botrytis pilulifera, Penicif-lium nigricans, Pénicillium claviforme

На открытой площадке на Черноморском побережье Cladosporium mac-rocarpum, Pénicillium urticae, Pénicillium puberulum, Altemaria alternate, Gliociadium roseum Alternaria diauthi, Altemaria brassicae. Pénicillium claviforme, Altemaria alternate, Fusarium monjliforme Cladosporium mac-rocarpum, Gliociadium roseum, Fusarium monili-forme Altemaria alternate, Altemaria solani, Altemaria diauthi, Stachybotrys atra, Chaetomium doli-chortrichum, Botrytis piluliferum

Из результатов исследований следует, что видовой состав мицелиаль-ных грибов, заселяющихся под навесом и на открытой площадке резко различен. Так, например, на открытой площадке на кварцнаполненых составах вместо 8 видов заселились 5 видов, а в обоих вариантах присутствует только Altemaria altérnate. На цементных образцах с песчаником вместо 8 видов заселились также 5 видов, а в обоих вариантах присутствует Alternaría brassicae. На образцах с известняком горным вместо 6 видов заселились 4 вида, причем все виды микроорганизмов различны. На образцах с известняком речным вместо 9 видов заселились 6 видов, а в обоих вариантах присутствуют виды Chaetomium dolichortrichum и Botrytis pilulifera.

Испытания материалов, наполненных порошками месторождений Чеченской Республики на грибостойкость и фунгицидность проводились в соответствии с ГОСТ 9.049-91. Из полученных результатов следует, что лучшие результаты по биостойкости характерны для составов, наполненных порошками известняков. Предпочтительным при этом является применение наполнителей в виде частиц различного гранулометрического состава.

Установлено, что при отсутствии внешних загрязнений исследованные составы являются грибостойкими, однако в зданиях с биологически активными средами, а также при длительной экспозиции в натурных условиях они могут обрастать мицелиальными грибами.

Одним из основных способов подавления обрастания бетонов микроскопическими грибами является введение в их состав фунгицидных добавок, в основе токсического воздействия которых лежит способность ингибировать определенные реакции метаболизма грибов, угнетать дыхание, нарушать их клеточные структуры. Особый интерес в связи с широким спектром действия, отсутствием токсичности, доступностью и дешевизной представляют фунгициды различных видов, содержащих гуанидин. К ним относятся препараты промышленного применения «Тефлекс Антиплесень», «Тефлекс Антисоль Смывка» и др. типа Тефлексов, а также «Ультрадез-Био».

Проведены исследования композитов с данными добавками. Из полученных результатов следует, что использование добавок на основе гуанидина способствует повышению стойкости цементных композиционных материалов к воздействию микробиологических агрессивных сред. Установлено снижение обрастаемости мицелиальными грибами цементных материалов при введении препаратов на основе гуанидина. Анализ результатов изучения биостойкости цементных композитов с добавками показывает, что введение в их состав всех исследованных препаратов в концентрации >1 мае. ч. придает им грибостойкость, что подтверждает биоцидные свойства данных препаратов. Выявлено, что препарат «Тефлекс индустриальный» в количестве >1 мае. ч. на 100 мае. ч. цемента придает цементному камню фунгицидность, а при его концентрации 7,5 мае. ч. образуется зона ингибирования роста грибов радиусом более 15 мм.

В результате определения фунгицидных свойств цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», установлено, что при дозировке препарата № 2 и № 3 в количестве 2,5-5 мае. ч. на 100 мае. ч. це-

мента композиты приобретают ярко выраженные фунгицидные свойства. Препарат № 1 при этих же дозировках не повлиял на грибостойкие свойства.

Выявлено влияние добавок на основные физико-механические свойства цементных паст. Установлено, что препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 приводят к уменьшению нормальной густоты цементного теста. Кроме того, все препараты являются ускорителями схватывания при дозировках до 2,5 мае. ч. на 100 мае. ч. цемента. Причем при дозировке 1 мае. ч. на 100 мае. ч. цемента все три вида препарата приводят к ложному схватыванию. При дозировке всех трех видов препарата 5 мае. ч. на 100 мае. ч. цемента его схватывание практически идентично контрольному составу. Препараты «Ультра-дез-Био» №1,2,3 приводят к увеличению водоотделения цемента. При дозировках препарата 0,5 мае. ч. на 100 мас.ч. цемента его водоотделение увеличилось с 3,44 % для контрольного состава до 14-20 %, а при 1-5 мае. ч. на 100 мае, ч. цемента - до 23-25 %.

Установлено влияние добавок на физико-механические свойства цементных композитов. Выявлено, что препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 приводят к некоторому снижению прочностных характеристик цементных композитов. Введение всех трех представленных препаратов «Ультрадез-Био» в концентрациях 0,5 мае. ч. на 100 мае. ч. цемента привело к снижению прочности при сжатии цементных композитов на 5-11 %. При введении препаратов в количестве 1 мае. ч. на 100 мае. ч. цемента прочность снизилась на 8-28 %, при введении 2,5 мае. ч. - на 15-23 %, при введении 5 мае. ч. - на 30-41 %.

Разработаны составы смесей, позволяющих получать высококачественные бетоны, одновременно обладающие повышенной биостойкостью и водонепроницаемостью, биостойкостью и морозостойкостью. Методом математического планирования экспериментов оптимизированы составы ненапол-ненных и наполненных цементных композитов, содержащих комплексные добавки «Тефлекс» + формиат натрия, «Тефлекс» + «Кристаллизол». Наиболее высокие показатели стойкости соответствуют составам с повышенным содержанием фунгицидной и противоморозной добавок (8 и 5 мае. ч. соответственно). После 96 циклов испытаний коэффициент морозостойкости составил 0,71, что на 25 % выше, чем у контрольных составов. Совместное введение фунгицидной и уплотняющей добавок по 10 % от массы цемента позволяет достичь показателей прочности в 36,6 МПа для ненаполненных и 18,6 МПа для наполненных составов, что в несколько раз превышает показатели контрольных составов, при этом водонепроницаемость повышается почти в три раза.

Наряду с повышением устойчивости к воздействию мицелиальных грибов, установлено положительное влияние препаратов на основе гуанидина на прочность и другие физико-механические свойства цементных композитов. Выявлено, что максимальная плотность, минимальная пористость, повышенные прочность и водостойкость материалов достигаются при содержании добавок в количестве 3-5 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего.

В седьмой главе приводится разработанная нормативно-технологическая документация по изготовлению композиционных материалов и изделий с применением воды затворения и наполнителей месторождений Чеченской Республики, внедрение результатов исследований и их технико-экономическая эффективность.

В общепринятую технологическую схему по изготовлению материалов и изделий на основе бетона и железобетона добавлены два блока, включающие технологические операции по активации воды затворения и получению пластифицированных цементных композитов с наполнителями, получаемыми путем измельчения горных пород.

С учетом того, что современные тенденции развития рынка строительных материалов обусловливают необходимость производства высокотехнологичных строительных смесей, таких как плиточный клей, тонкослойные штукатурки и шпатлевки, ремонтные и гидроизоляционные составы, наливные полы, описаны технологии производства сухих смесей.

Результаты исследований по получению бетонов на активированной воде затворения и наполнителей использованы при изготовлении растворных и бетонных смесей, а также железобетонных изделий на ГУП «АЗЖБИ» (г. Аргун). Разработанные составы биоцидных строительных смесей использованы при оштукатуривании стен производственного помещения в г. Грозном. Подсчитан технико-экономический эффект от применения разработанных составов композиционных материалов, который составил 149,63 руб. на 1 м бетона от внедрения фундаментных блоков на активированной воде затворения; 211,99 руб. на 1 м3 бетона класса В25 с применением известнякового микронаполнителя. Применение разработанных биоцидных составов увеличивает срок службы строительных материалов и изделий и позволяет экономить средства на все виды ремонта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итоги выполнения исследования:

1. Анализ научно-технической литературы показал, что в Чеченской Республике в большей мере разработаны цементные композиты с применением различных отходов. Это позволило апробировать и внедрить в производство технологии получения крупного заполнителя из бетонного лома разборки зданий и сооружений; мелкозернистого бетона с наполнителями на основе дробления бетонного лома разборки зданий и сооружений и золошлако-вых смесей, растворов на основе органоминеральной добавки и др. В то же время направления исследований в части использования природных минеральных ресурсов Чеченской Республики далеко не исчерпаны.

На основании теоретических изысканий определены принципы формирования цементных композитов с улучшенными показателями структуры и свойств за счет использования активированной воды затворения и тонкодисперсных наполнителей. С учетом этого определены направления экспериментальных исследований цементных композитов с применением воды и на-

полнителей, взятых из природных источников, и сырьевых материалов месторождений Чеченской Республики.

2. Выявлено влияние на структуру и свойства воды и водных растворов режимов активации электрическим током и магнитным полем. Анализ полученных данных показал, что активация электрохимическим и магнитным методами приводит к заметным изменениям физических и химических свойств воды затворения. При этом химический состав воды коренным образом влияет на степень активации:

- для воды, взятой из реки Аргун, активированной по режиму Э+М (6-6), показатель жесткости, уровень агрессивной углекислоты, концентрация ионов железа III имеют наиболее низкие значения, а концентрация алюминия - наибольшее;

- для активированной воды, взятой из артезианского источника «Арти-зан-Аргун», по сравнению с водой, взятой из реки Аргун, наблюдается увеличение концентрации хлорид-ионов и фторид-ионов, с повышением силы тока и усилением магнитного поля происходит увеличение концентрации ионов алюминия;

- в активированной воде, взятой с термального источника «Серная» сильно повышается жесткость, увеличивается концентрация сульфат-ионов, но уменьшается содержание ионов кальция и магния, хлорид-ионов и, что очень важно, снижается концентрация агрессивной углекислоты;

3. Исследована дисперсная фаза шлама, выделяемой из природной воды Месторождений Чеченской Республики и изменения, происходящие при ее электрохимической и электромагнитной активации. Установлено, что на максимальные размеры кристаллов до и после активации оказывает ионный состав воды и уровень ее общей жесткости.

4. Установлено, что использование активированной воды затворения способствует изменению свойств цементного камня:

- при использовании воды, взятой из реки Аргун, на различных стадиях твердения прочность значительно выше;

- напротив, вода, взятая из артезианского источника «Артизан-Аргун», при активации негативно влияет на прочность композитов;

- цементный камень на активированной воде термального источника «Серная» показывает наилучшие прочностные показатели в течение всего рассматриваемого срока твердения.

5. Исследована активность наполнителей, полученных из горных пород, и определены закономерности их влияния на скорость гидратации и свойства цементных композитов. Исследовано тепловыделение цементных систем, модифицированных мелкозернистыми наполнителями месторождений Чеченской Республики, показано увеличение на 15-17% степени гидратации цементных систем к 3-м суткам твердения. Выявлено, что рассмотренные наполнители по степени влияния на прочность композитов располагаются в следующим образом: известняк речной, песок из реки Терек, песчаник, известняк горный.

6. Установлено влияние гранулометрического состава наполнителя на основе кварца, песчаника, известняка горного и речного на свойства цементных композитов, согласно которым максимальные показатели прочности достигаются при следующих фракционных составах наполнителей: менее 0,16 мм - 33 %, 0,16-0,315 мм - 33 %, 0,315-0,63 мм - 33 % (для кварцевого песка); 0,16-0,135 мм (для песчаника); менее 0,16 мм (для известняка речного); 0,135-0,63 мм (для известняка горного). Показана целесообразность наполнения цементных композитов смесью наполнителей различной природы.

7. С помощью рентгеноструктурных исследований определены структурные изменения природной воды после активации электрическим током и магнитным полем и фазовые превращения в цементном камне при использовании активированной воды и тонкодисперсных наполнителей.

8. Оптимизированы составы микрозернистых, тонкозернистых растворных и бетонных смесей различного назначения с улучшенными физико-техническими показателями с применением воды и наполнителей, взятых из природных источников и изготовленных из сырьевых материалов месторождений Чеченской Республики.

9. Определены основные физико-механические и технологические свойства цементных композиций и затвердевших материалов, изготовленных с применением воды и наполнителей, взятых из природных источников и изготовленных из сырьевых материалов месторождений Чеченской Республики:

- при активации для всех типов воды водопотребность не изменяется, за исключением воды, взятой из реки Аргун, и во всех случаях отмечается уменьшение сроков схватывания цементного камня;

- рентгеноструктурные исследования цементного камня на активированной воде затворения показали увеличение интенсивности линий С28 и уменьшение С3Б в ранние сроки твердения по сравнению с контрольными составами.

10. Установлен видовой состав микроорганизмов, заселяющих цементные композиты, изготовленные с применением активированной воды затворения и наполнителей месторождений Чеченской Республики, и проведено сравнение результатов с контрольными составами композитов.

11. Проведена оценка стойкости разработанных композитов в стандартных биологических средах и продуктах их метаболизма, в условиях воздействия химических агрессивных сред и циклически действующих температур.

12. Установлены количественные зависимости изменения упруго-прочностных свойств композитов при их выдерживании в морской воде и в климатических условиях Черноморского побережья.

13. Дано технико-экономическое обоснование рациональных параметров процесса активации водных смесей электрическим током и магнитным полем, составов наполненных композитов и целесообразности использования при изготовлении цементных композитов воды и наполнителей из местных источников и материалов с месторождений Чеченской Республики.

14. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Грозненского государственного нефтяного технического университета имени акад. М.Д. Миллионщикова при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлению «Строительство» и в центре коллективного пользования «Современные строительные материалы и технологии». Специалистами Союза строителей Юга и Северного Кавказа признана перспективность и эффективность производства бетонов и других композиционных материалов повышенной биостойкости на активированной воде затворения и наполнителей месторождений Чеченской Республики. Применение разработанных композитов при выполнении отделочных и ремонтно-восстановительных работ в зданиях и сооружениях увеличит эксплуатационный срок службы зданий и позволит сэкономить средства на все виды ремонта, а также сократить затраты на лечение больных и профилактику заболеваний.

Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы:

1. Разработанные цементные композиты с повышенной биостойкостью с применением сырьевых компонентов Чеченской Республики перспективны в других экономических регионах, обладающих месторождениями известняков.

2. Совместное применение минеральных дисперсных наполнителей в цементных композитах при использовании воды затворения, подвергнутой воздействию электрического тока и магнитного поля с установленными параметрами активации перспективно не только для повышения биосгойкости, но и для улучшения физико-технических свойств бетонов переходного поколения с суперпластификаторами.

3. В связи с развитием в мировой и отечественной практике бетонов нового поколения общестроительного назначения, высокопрочных и сверхпрочных, в том числе самоуплотняющихся с высоким содержанием дисперсных наполнителей перспективно изучение влияния воды затворения, активированной электрическим током и магнитным полем.

4. Результаты диссертационных исследований могут расширить методологические основы в строительном материаловедении и использоваться в учебном процессе.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ

1. Ерофеев В. Т. Оптимизация составов цементных композитов с фунгицидными добавками на основе гуанидина / Ерофеев В. Т., Смирнов В. Ф., Светлов Д. А., Казначеев С. В., Спирин В. А., Дергунова А. В., Богатев А. Д., Ба-латханова Э.М., Родин А. И. // Приволжский научный журнал. - 2014. - № 2 -С. 41-51.

2. Родин А.И. Повышение биостойкости цементных композитов с помощью препарата «Ультрадез-Био» / Родин А.И. Карпушин С.Н., Боциев Б.В., Балатханова Э.М., Смирнов В.Ф., Ерофеев В.Т. // Фундаментальные исследования. - 2014.-№ 9. - С. 1946-1950.

3. Емельянов Д. В. Исследование цементных композитов с добавкой тонкодисперсных частиц речного известняка / Емельянов Д. В., Ерофеев В. Т., Балатханова Э. М., Марков С. В., Голубка А. И. // Естественные и технические науки. - 2014. - №9-10. - С. 423-425.

4. Емельянов Д. В. Исследование цементных композитов с добавкой горного известняка / Емельянов Д. В., Ерофеев В. Т., Балатханова Э. М„ Марков С. В., Сенютин А. В. // Естественные и технические науки. - 2014. -№9-10. -С. 426-428.

5. Ерофеев В. Т. Исследование свойств наполненных составов на активированной воде затворения / Ерофеев В. Т., Емельянов Д. В., Седова А. А., Римшин В. И., Балатханова Э. М. // Естественные и технические науки. -2014.-№9-10,-С. 429-431.

6. Балатханова Э.М. Оптимизация состава цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики / Балатханова Э.М., Ерофеев В.Т., Баженов Ю.М., Митина Е.А., Родин А.И., Еремин A.B., Адамцевич А.О. И Вестник МГСУ. - 2014. - № 12. - С. 121-130.

7. Ерофеев В.Т. Получение и физико-механические свойства цементных композитов с применением наполнителей и воды затворения месторождений Чеченской Республики / Ерофеев В.Т., Баженов Ю.М., Балатханова Э.М., Митина Е.А., Емельянов Д.В., Родин А.И., Карпушин С.Н. // Вестник МГСУ.-2014.-№ 12.-С. 141-151.

8. Ерофеев В.Т. Исследование биостойкости наполненных цементных композитов в лабораторных и натурных условиях / Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Балатханова Э.М., Митина Е.А., Богатов А.Д., Казначеев C.B., Смирнова О.Н., Родин А.И., Варченко Е.А. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2015. - №1. -С. 41-47.

Публикации в других изданиях:

9. Балатханова Э.М. Водонепроницаемость и биостойкость цементных композитов / Балатханова Э.М., Дергунова A.B., Ерофеев В.Т. // Сб. статей XII Всероссийской научно-техн. конф. «Новые химические технологии: производство и применение». - Пенза, 2010. - С. 18-21.

10. Балатханова Э.М. Морозостойкость и биостойкость цементных композитов / Балатханова Э.М., Дергунова A.B., Ерофеев В.Т. // Сб. статей XII Всероссийской научно-техн. конф. «Новые химические технологии: производство и применение». - Пенза, 2010. - С. 21-25.

11. Балатханова Э.М. Прочность и жесткость цементных композитов, наполненных молотым порошком песчаника / Балатханова Э.М., Ерофеев В .Т., Митина Е.А., Смирнов В.Ф. // Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-летию КНИИ РАН. - Грозный, 2011.-С. 139-141.

12. Балатханова Э.М. Биологическая стойкость цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики / Балатханова Э.М., Ерофеев В.Т., Митина Е.А., Смирнов В.Ф. // Сб.

материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-летию КНИИ РАН. - Грозный, 2011. - С.141-145.

13. Балатханова Э.М. Стойкость наполненных цементных композитов в среде мицеиальных грибов / Балатханова Э.М., Ерофеев В.Т., Митина Е.А., Смирнов В.Ф. // Материалы международных академических чтений. - Курск, 2011.-С. 225-233.

14. Балатханова Э.М. Изучение цементных композитов, наполненных порошками на основе горных пород месторождений Чеченской Республики / Балатханова Э.М., Гериханов А.К. // Сб. материалов III Всерос. научно-методической конференции. - Грозный, 2012. - С. 61-64.

15. Балатханова Э.М. Изучение физико-химических свойств источников природной воды Чеченской Республики, активированной электрическим током и магнитным полем / Балатханова Э.М., Матвиевский A.A., Емельянов Д.В. // Сб. трудов II Международной научно-практическая конференция «Инновационные технологии в производстве, науке и образовании». Ч. 2. - Грозный, 2012. - С. 59-64.

16. Балатханова Э.М. Экономический ущерб и потери от биоповреждений в строительной отрасли / Балатханова Э.М., Дергунова A.B., Ерофеев В.Т. // Труды КНИИ РАН. Выпуск №6. - Грозный, 2013. - С. 225231.

17. Балатханова Э.М. Определение экономического и экологического ущерба от биоповреждений строительных конструкций / Балатханова Э.М., Дергунова A.B., Ерофеев В.Т. // Труды КНИИ РАН. Выпуск №6. - Грозный, 2013.-С. 232-235.

18. Балатханова Э.М. Прочностные свойства цементных композитов, наполненных песчаником. // Разработка эффективных авиационных, промышленных, электротехнических и строительных материалов и исследование их долговечности в условиях воздействия различных эксплуатационных факторов: матер. Междунар. науч.-техн. конф. - Саранск, 2013.-С. 95-97.

19. Ерофеев В.Т. Биостойкость композитов с фунгидцидными добавками на основе гуанидина / Ерофеев В.Т., Светлов Д.А., Казначеев C.B., Спирин В.А., Смирнов В.Ф., Богатов А.Д., Балатханова Э.М., Родин А.И. // Разработка эффективных авиационных, промышленных, электротехнических и строительных материалов и исследование их долговечности в условиях воздействия различных эксплуатационных факторов: матер. Междунар. науч.-техн. конф. - Саранск, 2013. - С. 140-144.

20. Балатханова Э.М. Оптимизация состава мелкозернистого бетона с добавкой частиц белой сажи / Балатханова Э.М., Емельянов Д.В., Маштаева М.Г., Сергушина Е.С., Халипа Д.А. // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей X Международной научно-технической конференции. - Пенза : Приволжский дом знаний, 2014. - С. 6165.

21. Балатханова Э.М. Исследование физико-механических свойств цементных композитов, наполненных белой сажей / Балатханова Э.М.,

Емельянов Д.В., Болдина И.В., Моисеев В.В., Базеева Е.Ю., Сергушин С.Е. // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей X Международной научно-технической конференции. - Пенза : Приволжский дом знаний, 2014. - С. 65-71.

22. Емельянов Д.В. Исследование свойств наполненных крупнопористых бетонов / Емельянов Д.В., Балатханова Э.М., Моисеев В.В., Якунин В.К., Панов В.А.// Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей X Международной научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский дом знаний, 2014. - С. 77-81.

23. Емельянов Д.В. Оптимизация состава декоративного строительного раствора / Емельянов Д.В., Балатханова Э.М., Седойкиин А.Г., Сергушина Е.С., Моисеев В.В. // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей X Международной научно-технической конференции. - Пенза : Приволжский дом знаний, 2014. - С. 81-84.

24. Емельянов Д.В. Исследование свойств цементных композитов на активированной воде затворения / Емельянов Д.В., Балатханова Э.М., Матвиевский A.A., Лазарев A.B., Моисеев В.В., Сергушина Е.С., Маштаева М.Г. Н Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей X Международной научно-технической конференции. - Пенза : Приволжский дом знаний, 2014. - С. 85-87

25. Емельянов Д.В. Исследование физико-механических свойств цементных композитов, наполненных техническим углеродом / Емельянов Д.В., Балатханова Э.М., Болдина И.В., Базеева Е.Ю., Моисеев В.В., Сергушин С.Е. // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей X Международной научно-технической конференции. - Пенза : Приволжский дом знаний, 2014. - С. 88-94.

26. Балатханова Э.М. Исследование и оптимизация цементных композитов, наполненных известняком месторождения Чеченской Республики И Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сб. статей междунар. научно-техн. конф. - Пенза, 2014. - С. 26-29.

27. Калашников В.И. Железобетонные изделия на основе бетонов, изготовленных с применением активированной воды затворения / Калашников В.И., Матвиевский A.A., Емельянов Д.В., Митина Е.А., Бурнайкин Н.Ф., Моисеев В.В., Балатханова Э.М., Ерофеева И.В., Базеева Е.Ю. // Материалы XVIII Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении и проблемы исследования и проектирования машин». Пенза : Приволжский дом знаний, 2015.-С. 104-108.

28. Базеева Е.Ю. Технология бетонов с применением активированной воды затворения / Базеева Е.Ю., Балатханова Э.М., Емельянов Д. В., Ерофеев В .Т., Ерофеева И.В., Матвиевский A.A., Моисеев И.В., Фомичев В.Т. // Материалы XXI Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г. Горшкова. Том. 2. - Москва, 2015. - С. 10-11.

Балатханова Элита Махмудовна

РАЗРАБОТКА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ ПОВЫШЕННОЙ БИОСТОЙКОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 08.05.2015. Объем 1,75 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 495. Типография Издательства Мордовского университета 430000, г. Саранск, ул. Советская, 24