Биологическое сопротивление бетонов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

11П1М1М1111М11111111111П111И!1П11Н1111М11Н11111П1Н1М111111111111111111111111!11111111М111111111111П1111ИИ1111

Строительство и электротехника

БИОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНОВ

В. И. СОЛОМАТОВ, академик РААСН,

В. Т; ЕРОФЕЕВ, кандидат техничёских наук,

М. С. ФЕЛЬДМАН, кандидат биологических наук

В настоящее время большое внимание уделяется исследованию биологического сопротивления бетрнов и разработке способов его повышения. Это обусловлено .огромным ущербом, причиняемым микроскопическими организмами: бактериями, грибами, акти-номицетами. Разрушающему воздействию микроорганизмов подвергаются железобетонные конструкции и изделия на пищевых, мясомолочных, животноводческих, гидротехнических и других предприятиях. ' Большинство имеющихся работ в области биокорро-зди бетонов посвящены негативному воздействию >на них бактерий (тионо-вых, сульфатредуцирующих, нитрифицирующих, денитрифицирующих и аммонифицирующих) '[1, 5, 6, 8]. Согласно этим исследЬваниям, в начальный период бетоны на цементном связующем обладают бактерицидными свойствами за счет щелочной среды породой жидкости цементного камня, «но с течением времени, уже после' одного годя эксплуатации [8], их защитные -свойства снижаются из-за-карбонизации.

Существенная роль в биоповреждении принадлежит мицел^альным Грибам, среди которых особенно агрессивны и широко распространены представители родов кладоспориум, альтерна-рия, аспергиллюс, пеницилиум, трихо-дерма [2]. Степень развития микроорганизмов на материалах определяется физическими, химическими и биологическими факторами. Основным из них,

стимулирующим размножение грибов

*

на материалах, является влага на поверхности субстрата. Если материал' имеет незначительную влаж<нос1ь, то сначала-появляются менее требовательные к влаге грибы, а затем заселяются более влаголюбивые виды, в. том числе патогенные, для/ которых первые' микроорганизмы являются пи-: тательной средой. В некоторых промышленных сооружениях источйиками бйоповреждений служат 'накапливаемые-на поверхности материалов органические продукты, используемые в производственных процессах '(сахар, }*шр.ы, белковые продукты и др.)» а также другие загрязнения, которые могут- усваиваться микроорганизмами. Микроскопические грибы, как и другие микроорганизмы, оказывают на бетоны как прямое (потребление компонентов материалов), так и косвенное воздействие (влияние метаболитов).

Учитывая, что разрушительные процессы при воздействии микроорганизмов, начинаются с поверхности материалов, важное практическое значение для количественной оценки биодеградации композитов имеют исследования, направленные на установление . границы фронта, продвижения агрессивной среды и изменения физико-механических свойств на поверхности материала. Нами в качестве композитов рассматривались материалы на портландцементе и напрягаемом, цементе. Испытания проводились согласно ГОСТ 9049—75. Контролируемыми характеристиками были массосодер-жание образцов, твердость й модуль

упругости материала на его поверхности. Последние два показателя определяли с помощью консистометра Геп-плера по методике, описанной в работе [7]. Образцы в тёчение 56 суток выдерживались в среде микроскопических организмов в условиях постоянного их роста. Изменение массосодер-жания учитывали через каждые 14 суток экспозиции, а механические испы-

* ♦

тания были выполнены после окончания эксперимента (табл. 1).

с

Таблица 1

Результаты испытаний

_ т

Состав композитов, мае.

ч.

Относительное изменение

массосо- ,

держания,! "" о/0 1 дости

модуля упругости

Портландцемент

(М400) — 100, гвода — 23 Напрягаемый цемент

(НЦ-20) — 100, вода — 29

0,323

0,43.

0,23

3,758

0,97

0,65

Результаты' эксперимента свидетельствуют, что у композитов на портландцементе биодегрэдация протекает с образованием на поверхности образцов малорастворимых продуктов коррозии, обладающих низкой прочностью. У образцов после испытаний незначительно уменьшается массосо-держание и резко выражено снижение физико-механических свойств материала на поверхности по сравнению с контрольными образцами. Композиты на напрягаемом цементе при разрушительном воздействии микроскопических организмов имеют гетерогенный характер деградации. Продвижение координаты фронта агрессивной среды у этих образцов ^происходит в пределах незначительной Диффузионной области за "счет химических реакций, что подтверждается существенным уменьшением массосодержания и близкими с контрольными показателями твердости и модуля упругости на поверхности.

Полученные результаты могут быть использованы для моделирования биологической дегрддации и прогнгозиро-

вания работоспособности бетонов, эксплуатирующихся в биологически активных средах.

Биологическое сопротивление бетонов определяется их структурой, видом цемента и заполнителей, а также интенсивностью их контактного взаимодействия. С целью установления биологического сопротивления цементных композитов были проведены исследования в стандартных средах мицели-альных грибов/ Испытывались образцы размером 1x1x3 см. В качестве характеристик для оценки микробиологической стойкости материалов рассматривали обрастаемость грибами, а также изменение массосодержания и прочности при изгибе. Исследования показали, что при увеличении пористости цементного камня происходит резкое падение прочности композитор после боздействия мицелйальных, грибов (табл, 2).

Таблица 2

Биологическое сопротивление цементных композитов

С с ста в

#

композитов, ■мае. ч.

Относительное

изменение предела прочности образцов при изгибе

Длительность выдерживания в среде, сут

.Цемент — 100,

вода — 30 0,93 зо-

Цемент — 100,'

вода — 40 1,00 30

Цемент — 100,

вода — 50 0,97 30

Цемент — 100, г

вода — 60 0,50 30

Цемент — 100,

вода — 60,

ятхо^ы произ-

водства фер-

росили- 0,98

ция — 10 90

Цемент — 100,

вода — 60,

эпоксидная

смола — 5,

аминослан-

дефенольный 0,95

отвердитель — 5 90

Факт снижения прочности композитов с повышением или понижением содержания воды от оптимального уровня объясняется увеличением пло-

щади поражаемой поверхности продуктами метаболизма грибов у более пористых материалов. Эти результаты подтверждаются и другими исследователями. Например, в работе [5] показано, что инфицирование бактериальной суспензией крупнопористого цементного раствора по сравнению с плотными возрастает в 12. — 1.7 раз. Орыты авторы производили с композитами при водоцементном отношении 0,4, 0,6, 0,8. При этом с увеличением данного показателя капиллярная пористость цементного камня возросла с 18 до 51,9 %. К резкому повышению стойкости привело введение в состав цементных .композитов тонкодисперсного наполнителя — отходов производства ферросилиция ц полимерной-, добавки, состоящей из эпоксидного связующего и аминосланцефенольного от-вердйтеля (см, табл. 2). Эти добавки оказывают благоприятное влияние на процесс структурообразования и характер пористости цементного камня. Отходы производства , ферросилиция в основном состоят из аморфного кремнезема, который, взаимодействуя с гидроксидом кальция, способствует образованию дополнительного количества низкооеновных гидросиликатрв' кальция, что вызывает уплотнение цементного камня. Полимерная добавка наряду со бнижением пористости цементного камня улучшает его структуру-за счет образования взаимопроникающих фаз полимера и цемента, что повышает его устойчивость в агрессивных средах метаболитов,

[ля получения бетонов используют цементы, наполнители и. заполнители разного химического состава. ' Устойчивость к обрастанию композитов на основе различных цементов из рав-ноподвижных составов при выдерживании в стандартных средах микроскопических грибов показана в табл. 3.

Результаты, приведенные в табл. 3, показывают, что без дополнительных источников питания цементные композиты являются грибостойкими. Все композиты, за исключением образцов на напрягаемом цементе, при испытании по .методу А показали результат

Таблица

Устойчивость цементных композитов к действию микромицетов

Состав цементных композитов, мае. ч.

Портланд- . цемент — 100,

вода — 30 Шлакопорт-ландце-мент—100,

вода — 28,6

Напрягаемый

цемент

(НЦ-20) — 100,

вода — 28,6 Пластифицированный цемент — 100, йода — 26,8 Цемент Низкой водопотреб-ности — 100, водр — 23

Степень рос та грибов, баллы, по методу

А

Б

Характерно

>

тика по

■ '

ГОСТу

о

3

Гр>ибостойкийг

0

3

'2

4

«

0

3

, 1

о

4

«

вует, видимо компонентов

0 баллов. Большей поражаемости грибами композитов этого вида способст-

$

один из его составных. — глиноземистый цемент, который содержит элементы, ус-ваиваем'ые микромицетами. Результаты исследований также свидетельствуют, что при наличии внешних загрязнений цементные композиты поражаются грибами.

Важная роль в совершенствовании-технологии приготовления растворов и бетонов, экономии цемента принадлежит пластифицирующим и другим химическим добавкам. Испытания показали, что введение в состав цементных композитов технического лигносульфо-ната, суперпластификатора на основе1 нафталинсульфокислоты (О-З), смолы нейтрализованной воздухововлекаю-щей в количествах до 1 % от массы цемента >не привело к изменению устойчивости материалов к обрастанию микроскопическими грибами. ' , ' Исследованные заполнители для цементны'х бетонов »проявили, различную устойчивость к воздействию мик* ромицетов (табл.4).

Ъ2

Таблица 4

Устойчивость минералоги горных пород

к действию микрвшцетов

ч Вид минерала, горной породы Стеиень роста грибов, балды, ио методу А | Б Характеристика по ГОСТу

»Пирит 1 5 Грибоетойкнй

Кнарц 1 5 - -С-

Лимонит 2 5 —•«с--

Боксит! I 5 —«—

Кальцит I 4 —« — 9

Лол ОМ ИТ 3 5 Нсгрибостонкий

Гицс 3 5 —« —

Апатит 2 4 Грибостойкий и

Биотит 2 5

Тальк 1 Я —«—

Альбит 4 5 Негрибостонкин

Дун ит I 5 Грибоетойкнй

Габбро 3 5 Негр ибостой кий

Базальт 0 4 Грибоетойкнй.

Диорит 2 5 —с—

Сиенит 3 5 Негрнбостойкий

В отсутствие внешних загрязнении не поражались плесневыми грибами лишь образцы базальта — 0 баллов. На образцах дунита, боксита, кварца, талька, пирита, кальцита под микроскопом наблюдалось развитие отдельных ветвящихся гиф — 1 балл (материалы грибостойки). Ветвящиеся гифы и спороношения при изучении под микроскопом отмечены на биотите, Лимоните, диорите, апатите — 2 балла (материалы грибостойки). Едва видимые невооруженным глазом мицелиальные гифы и спороношения обнаружены на образцах сиенита, доломита, габбро и гипса — 3 балла (материалы негрибо-стойки). Отчетливо видимый мицелий и спороношения, занимающие менее 25 % поверхности образцов, зафиксированы на альбите. Этот материал также является негрибостойким (4 балла). Испытания показали, что все рассмотренные заполнители не обладают фунгицидными свойствами. Обрастаемость материалов при испытании^ по методу^ Б составила 4 — 5 баллов, причем очень сильное развитие мицелия, полностью заполняющего образец, наблюдалось на биотите, лимоните, гипсе.

Биосопротивление композитов в «йачительной степени определяется ин-

тенсивностью контактного взаимодействии между связующим и заполнителем. Это следует из результатов испы-танин биостонкости каркасных поли* мербетонов 121. При одинаковой обращаемости самое малое падение прочности произошло у материалов на керамзите, а наибольшее — на гранитном щебне. Промежуточное положение по показателю биостойкости соответствует материалам на полимерном заполнителе. Здесь, видимо, сказывается роль структурных напряжений. В контактах с высокими их значениями (случай с жестким заполнителем) облегчается проникновение продуктов метаболизма микроорганизмов.

Поселяясь на поверхности строительных конструкции, микроорганизмы наряду с разрушающим воздействием приводят к ухудшению экологической ситуации в зданиях и сооружениях,; так как выделяют токсические продукты, аллергены. Например, в работе 14] отмечается, что в животновод* ческих зданиях, строительные конструкции и изделия в которых инфицированы патогенными мйкроорганизма-мц, снижаются приросты, отмечается гибель животных, а медицинские учреждения, зараженные стафилококковой инфекцией, пригодны к эксплуатации только после проведения, ремонтных работ, заключающихся в за« мене зараженного слоя штукатурки

новым.

Одним из основных способов подавления обраётания бетонов микроскопическими грибами является введение в их состав фунгицндных добавок, в основе токсического действия которых лежит способность ингибировать определенные реакции метаболцзмд гри-> бов, угнетать дыхание, нарушать их клеточные структуры. С целью получения таких бетонов было исследован*) большое количество добавок органи- ■ ческой и неорганической природы. С точки зрения фунгицидной активности, а также положительного влияния на некоторые физико-механические свойства бетонов эффективны добавки пи* росульфата натрия и оловоорганиче-ского препарата АБП-40, синтезирован-

V V - ^

Тиб л и ц а Г>

Устойчивость цементных композитов с добавками к действию микромицетов

Г.ид Со-держание лобан- 1 1 ' Стеиси». рост« грибов, баллы. \арак 1С-

«| \ 1?1 И- ПО меючу ^ л ОН СТИВА \ *

но ГОСТу ♦

!М>Я» ки, 1час ч. А ,1 1.

Г1н|м <>. Н, |»ня

ЛЫ1 40

I

V 0 л

1 0

2 0 0

(ф. :*.

Г» м V)

а 0 0 .

(ф. л —

1 .у мм)

о,г. 0 0

(ф. л

12 мм)

1,0 - 0 0

1 5 м м)

3,0 0 0

•к (ф. * -

20 мм)

I риГи»стойкий

-«

Ф\ш тшдиый

«

- -

— «

• г

Г в

Прим V ч а н и с: ф. з. •• фунгицид на я зона.

ного н ЛИИ химии при Нижегородском университете. Фунгицидная актив-жкть ниросульфата натрия проявляет-о* ли счет окислительной способности данного соединения. Механизм фун-

гицидного действия оловооргапических полимеров включает реакцию гидролитического отщепления оловооргани-ческого биоцида от полимерного каркаса и диффузию на поверхность низко молекулярного оловоорганичсского соединения, обусловливающего ее биологическую активность 131. Результа-ты испытании композитов с данными добавками приведены в' табл. 5.

Применение бетонов с фунгицидны-ми свойствами повышает долговечность строительных конструкций и исключает размножение на их поверхности и в воздушной среде патологически вредных микроорганизмов, что с п особст и у ет улучшению э ко л о г и ч е-ской ситуации в зданиях, и сооружениях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гончаров В: В. Биоцидные строительные рлсшоры и бсюны // Бетон и железобетон. Л »84 .V« ,1 С, 26 -- 27.

__9

1?. Ерофеев В. Т. Каркасные строительные Кпмпониы: Двтореф/ дне, ... д рп тс\и.,на\*к. А\, 1«м.»3. 52 с

Заботин К. П. Полимерные бноинды // Обрастание и бнокоррооы и водной среде. М.. И>81. С. 188 --- ИМ,

4. Ильичев В. Д., Бочаров Б. В., ГорЛен* ко М. В; Экологические основы защиты от

вр

И»

Я а те р на л< >в м икроорга н изм а V и

1оно пористых

А. М. Рожай-

склч, В. В. Гончаров, Т. В. Теплицкая, К. И Андреюк //. Докл. АН УССР. 1988. № 12. С. 60 - Гу2.

6. Каравайко Г. И.т Жеребятьева Т, В. Бактериальная .коррозии бетона // Докл. АН СССР. 1989 Т. 306, М» 2. С. 477 — 481.

7. Методика определения физико-механических свойств полимерных композитов путем внедрения конусообразного ннлектора. / НИИ Госстроя '.-Итонской ССР. Таллин, 1983. 28 с.

8 Шпынова Л. Г., Иваськевич И. А. Бактерицидный бетон // Беи железобетон, 1985 № 8. / С. 29 — 30.

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ СОЦИАЛЬНОГО ЗАКАЗА НА ФОРМИРОВАНИЕ В МОРДОВИИ АРХИТЕКТУРЫ НОВОЙ МАССОВОЙ ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКИ

В. Ф. ВАВИЛИН, доктор исторических наук

В условиях радикальной перестройки нашего общества определенный интерес представляет изучение проблем формирования в Мордовии новой мас-

совой жилой застройки на стыке архитектуры с социологией, этнологией и политологией, хотя в большинстве выполняемых архитектурно-градострои-