CC BY
6D0l:_10.12737/art¡de_5b115a615b7740.81075577
Ерофеева И.В., м. н. с. НИИ строительной физики РААСН
БИОСТОИКОСТЬ КАРБОНАТНО-КВАРЦЕВЫХ КОМПОЗИТОВ
anna19811981@mail.ru
Одним из эффективных способов улучшения свойств цементных композитов является применение при их изготовлении комплексных добавок, состоящих из мелкого и тонкозернистого наполнителя. При оптимальном соотношении наполнителей различной дисперсности достигается, наряду с улучшением упругопрочностных свойств, снижение пористости и повышение долговечности. Статья посвящена исследованию долговечности карбонатно-кварцевых композитов в условиях воздействия микробиологической среды, состоящей из мицелиальных грибов. Рассмотрены цементные композиты, наполненные добавками различной дисперсности - кварцем, известняком и доломитом. Задача решалась с помощью симплекс-решетчатого плана Шеффе. Исследована обрастаемость материалов мицелиальными грибами по ГОСТ 9049-91 методами 1 и 3. Рассмотрение обрастаемости материалов, содержащих мононаполнители, показывает, что в меньшей степени обрастают мицелиальными грибами композиции, наполненные органогенным известняком. Этот же наполнитель, а также доломитовый приводят к большему повышению биостойкости композиций с бипарным наполнителем.
Ключевые слова: биостойкость, наполненные композиты, известняки, доломит, кварц; симплекс-решетчатый план, грибостойкость, фунгицидность, карбонатно-кварцевые композиты.
Введение. Для экономии вяжущих и регулирования физико-технических свойств композиционных строительных материалов используются порошкообразные и волокнистые наполнители.
Наполнители в цементных системах делятся на активные и инертные. При этом первые способны вступать в химическое взаимодействие с продуктами гидратации цемента.
Из многочисленных исследований отечественных и зарубежных авторов следует, что одним из эффективных способов улучшения свойств цементных композитов является применение при их изготовлении комплексных добавок, состоящих из мелкого и тонкозернистого наполнителя [1, 2, 3]. При их оптимальном соотношении достигается, наряду с улучшением упругопрочностных свойств, снижение пористости и повышение долговечности.
В последнее время актуальными являются исследования биостойкости цементных композитов [4, 5, 6, 7].
Основная часть. Исследования биостойкости цементных композитов проведены по ГОСТ 9049-91 с применением симплекс-решетчатого плана Шеффе.
Прочность наполненной цементной системы - результат синтеза процессов химического, физико-химического, физико-механического взаимодействия, в которых наполнитель принимает самое активное участие. Химически активные наполнители реагируют с продуктами гидратации цемента, связывая их в нерастворимые соединения. Кремнеземистые наполнители, вступая во взаимодействие с гидроксидом каль-
ция (Са(ОЦЬ), образуют низкоосновные гидросиликаты, а карбонаты кальция и магния взаимодействуя с алюмосо-держащими клинкерными минералами, образуют комплексные соединения типа 3Са0-АЬ0з-Са^)ТОз-1Ш20. Выявлена также возможность обменных реакций между карбонатными наполнителями и гидросиликатами кальция [1, 12].
В ряде работ [1, 12] отмечалось, что применение карбонатных добавок способствует уменьшению водопотребности, расслаиваемости и водоотделения бетонных смесей; повышению их водоудерживающей способности, пластичности, плотности и однородности; снижению усадки, водопоглощения и тепловыделения бетонов, а также улучшает их атмосфероустойчи-вость, водо-, морозо- и кислотостойкость, стойкость к агрессивному воздействию морской воды и придает цементному камню и бетону более светлый цвет.
В условиях повышенной влажности и температуры материалы способны подвергаться микробиологическим повреждениям. Биодеструкция осуществляется преимущественно микроскопическими грибами. Их рост происходит вследствие того, что последние используют отдельные компоненты материала в качестве источника питания, а также за счет находящихся на поверхности внешних загрязнений. Разрушение материалов происходит как в результате механического воздействия мицелия микромице-тов, так и под влиянием метаболитов, выделяемых микромицетами в процессе жизнедеятельности [4, 5, 6, 7].
В ходе работы было проведено исследование возможности использования микроскопическими грибами композитов в качестве источника питания. Нами были проведены исследования грибокостойкости и фунгицидности.
Грибостойкость композитов - это способность данного материала не служить источником питания для грибов-деструкторов, т.е. не подвергаться биоповреждению. Фунгицидность - это способность материала вызывать гибель грибов-деструкторов. Композиты, обладающие
Результаты испытаний
фунгицидными свойствами, не подвергаются процессу биоповреждения микромицетами даже при наличии внешних загрязнений.
Ниже приведены результаты испытаний грибостойкости и фунгицидности цементных композитов, наполненных порошками, полученными измельчением кварцевого песка и карбонатных пород - известняка речного, доломита горного, известняка органогенного, химический состав которых приведен в таблице 1.
Таблица 1
ставов с наполнителем
№ опыта Индекс Состав смеси, мас. ч. Относительные показатели составов
с речным известняком с доломитом горным с органогенным известняком
Х1 Х2 Х3 Кг Кф Кг Кф Кг Кф
1 П1 1 0 0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
2 П2 0 1 0 1,00 1,00 1,00 0,80 0,83 0,92
3 П3 0 0 1 1,00 1,00 1,00 0,73 0,75 0,83
4 П122 1/3 2/3 0 1,12 0,92 1,00 0,73 0,83 0,83
5 П133 1/3 0 2/3 0,75 0,92 0,33 0,73 0,92 0,92
6 П233 0 1/3 2/3 0,87 1,00 1,00 0,80 0,67 1,00
7 П112 2/3 1/3 0 0,62 1,00 1,33 0,80 0,50 1,08
8 П113 2/3 0 1/3 0,75 1,00 1,33 0,73 0,50 0,83
9 П223 0 2/3 1/3 1,00 1,00 1,00 0,73 0,67 1,17
10 П123 1/3 1/3 1/3 0,75 0,92 0,33 0,87 0,75 0,92
Изучались композиции, полученные на основе как порошков различной дисперсности, так и смесей кварцевого и карбонатного наполнителя. Исследования проведены с применением методов математического планирования эксперимента (использован симплекс-решетчатый план, предложенный Шеффе). Для выполнения эксперимента была реализована матрица в виде плана, состоящая из 10 опытов. Факторами варьирования являлись: Х1 - количество кварцевого порошка дисперсностью 3100-3300 см2/г; Х2 -количество карбонатного порошка дисперсностью 6 000-6 200 см2/г; Хз - количество карбонатного порошка дисперсностью 9000-9200 см2/г.
Были изготовлены и испытаны образцы цементных композитов со 100 % содержанием смеси наполнителей по отношению к цементу. Испытания проводились на образцах-призмах размером 1^1x3 см. Вначале определялись абсолютные значения грибостойкости и фунги-цидности каждого состава, затем производился
пересчет на относительные показатели по отношению к обрастаемости образцов (методами 1 и 3) составов, наполненных только порошком кварцевого песка:
Кг = Гсн/ Г кн ,Кф = Ф сн / Ф кн
где Кг и Кф - относительные показатели грибо-стойкости и фунгицидности составов, наполненных кварцевокарбонатными порошками, по сравнению с кварценаполненными; Гсн и Гкн -абсолютные показатели грибостойкости составов, наполненных соответственно кварцево-карбонатным и кварцевым наполнителями; Фсн и Фкн - абсолютные показатели фунгицидности составов, наполненных соответственно кварце-во-карбонатным и кварцевым наполнителями. Результаты выполненных испытаний приведены в таблице.
1. На основании найденных уравнений регрессии были построены графики в виде линий равных значений Кг и Кф, представленные на рисунках 1-3.
аб Рис. 1. Линии равных значений Кг (а) и Кф (б) наполненных кварцевым песком и известняком речным
1,00 0,58
0,33 0,33 1,33
1.00
0,73
аб Рис. 2. Линии равных значений Кг (а) и Кф (б) цементных композитов, наполненных кварцевым песком
и доломитом горным
Х2
X,
0,67 /
0,75 0.87
0,92
КО,75
X
С,5С 0.62 1,00
0,83 0,91 1,00
Рис. 3. Линии равных значений Кг (а) и Кф (б) цементных композитов, наполненных кварцевым
песком и известняком органогенным
Графические зависимости демонстрируют изменение показателей биостойкости составов отдельно с кварцевым, известняковым и доломитовым наполнителями, а также смесями кварцевого наполнителя с порошками речного известняка, доломита, органогенного известняка.
Выводы. Изучение обрастаемости материалов, содержащих мононаполнители, показывает, что в меньшей степени обрастают мицели-альными грибами композиции, наполненные органогенным известняком.
1. Этот же наполнитель, а также доломитовый приводят к большему повышению биостойкости композиций с бинарным наполнителем.
2. Наблюдается снижение обрастаемости образцов с органогенным наполнителем при испытании по методу 1 на 50 %, а по методу 3 - на 27 %, при наполнении доломитом - соответственно на 67 и 27 %, известняком горным - на 38 и 8 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ список
1. Дворкин Л.И., Соломатов В.И.,Выровой В.Н., Чудновский С.М. Цементные бетоны с минеральными наполнителями. Киев: Издательство Будiвельник, 1991. 135 с.
2. Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. Киев: Издательство Будiвельник, 1989. 128 с.
3. Рамачандран В.С., Фельдман Р.Ф., Кол-ленарди М. Добавки в бетон: Справочное пособие: М.: Стройиздат, 1988. 575 с.
4. Соломатов В.И., Ерофеев В.Т., Смирнов
B.Ф. Биологическое сопротивление материалов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. 196 с.
5. Андреюк Е.И., Козлова И.А., Рожанская А.М. Микробиологическая коррозия строительных сталей и бетонов // Биоповреждения в строительстве. Москва. 1984. С. 209-218.
6. Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Светлов Д.А. Защита зданий и сооружений биоцидными препаратами на основе гуанидина от микробиологических повреждений Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. 164 с.
7. Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Морозов Е.А. Микробиологическое разрушение материалов. М: АСВ, 2008. 128 с.
8. Белов В.В., Субботин СЛ., Куляев П.В. Прочностные и деформативные свойства бетонов с карбонатными микронаполнителями // Строительные материалы. 2015. № 3. С. 25-29.
9. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцемент. М.: Стройиздат, 1967. 303 с.
10. Ерофеева И.В., Калашников В.И. Удельный расход цемента на единицу прочности бетонов нового поколения // Modems cien-tific potential. 2016. Vol. 17. Р. 11-13.
11. Пакерс И., Хаймс Б., Барреген Б., Гон-зела Р. Самоуплотняющийся бетон с измельченным карбонатом кальция // CPI. Международное бетонное производство. 2012. № 1.
C.34-40.
12. Тимашев В.В., Колбасов В.М. Свойства цементов с карбонатными добавками // Цемент. 1981. № 10. С. 10-12.
Информация об авторах
Ерофеева Ирина Владимировна, младший научный сотрудник.
Е-mail: mila55510@yandex.ru
НИИ строительной физики РААСН
Россия, 127238, Москва, Локомотивный проезд, 21.
Поступила в марте 2018 г. © Ерофеева И.В.
I.V. Erofeeva
BIOLOGICAL STABILITY OF CARBONATE-SILICA COMPOSITES
One of the effective ways to improve the properties of cement composites is the use of complex additives in their manufacture, consisting of fine and fine-grained filler. With an optimal ratio of fillers of different dispersivity is achieved, along with the improvement of elastic-strength properties, reduced porosity and increased durability. The article is devoted to the study of the durability of carbonate-quartz composites under the influence of microbiological medium consisting of mycelial fungi. Cement composites filled with additives of different dispersion - quartz, limestone and dolomite are considered. The problem was solved with the help of simplex lattice plan Sheffa. Investigated appealability offilamentous fungi materials according to GOST 9049-91 methods 1 and 3. Consideration of reversibility materials containing monopalmitate shows that to a lesser extent, are overgrown with filamentous fungi a composition filled with organogenic limestone. The same filler, as well as dolomite lead to a greater increase in the biostability of compositions with a BiPar filler.
Keywords: biostability, filled composites, limestone, dolomite, quartz; the simplex-lattice plan, mould, fungicides, carbonate-silica composites.
REFERENCES
1. Dvorkin L.I., Solomatov V.I., Vyrovoy V.N., Chudnovsky S.M. Cement concrete with mineral fillers. Kyiv: Budivelnik Publishing House, 1991.135 p.
2. Afanasiev N.F., Tseluiko M.K. Additives in concretes and mortars. Kyiv: Budivelnik Publishing House, 1989. 128 p.
3. Ramachandran V.S., Feldman R.F., M. Kallenrode Additive to concrete: reference book: M.: Stroyizdat, 1988. 575 p.
4. Solomatov V.I., Erofeev V.T., Smirnov V.F. Biological resistance of materials. Saransk: Publishing house of Muzzles. UN-TA, 2001. 196 p.
5. Andreyuk E.I., Kozlova I.A., Rozanska A.M. Microbiological corrosion of structural steel and concrete. Biodegradation in construction. Moscow, 1984,pp.209-218.
6. Erofeev V.T., Smirnov V.F., Svetlov D.A. Protection of buildings and structures with biocide preparations based on guanidine from microbiologi-
Information about the author Irina V. Erofeeva, Junior researcher. E-mail: mila55510@yandex.ru Research Institute of building physics RAASN. Russia, 127238, Moscow, Locomotive travel, 21.
Received in March 2018
cal damages of Saransk: publishing House of Mords. UN-TA, 2010. 164 p.
7. Erofeev V.T., Smirnov V.F., Morozov E.A. Microbiological decomposition of materials. M: DIA, 2008.128 p.
8. Belov V.V., Subbotin S.L., Kulyaev P.V. Strength and deformation properties of concrete with carbonate micro-fillers. Stroitel'nye materialy,
2015, no. 3, pp. 25-29.
9. Butt Y.M., Timashev V.V., Portland Cement, Moscow: Stroyizdat, 1967. 303 p.
10. Erofeeva I.V., Kalashnikov V.I. Specific consumption of cement per unit of strength of new generation concrete. Modems cientific potential,
2016, vol. 17, pp. 11-13.
11. Packer I., Hyams B., Barragan B., Gonzalo R. Self-compacting concrete with crushed calcium carbonate. CPI. International concrete production, 2012, no. 1,pp. 34-40.
12. Timashev V.V., Kolbasov V.M. Properties of cements with carbonate additives. Cement. 1981, no. 10, pp.10-12.
