CC BY
25
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 26, 2012.
■А-
УДК 69.034.092
Ерофеев В.Т., Казначеев С.В., Богатов А.Д., Спирин В.А., СветловД.А., Богатова С.Н.
ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СТОЙКОСТЬ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОДЕЛЬНОЙ БАКТЕРИАЛЬНОЙ СРЕДЫ
Yerofeev V. T., Kaznacheev S. V., Bogatov A.D., Spirin V.A., Svetlov D.A., Bogatova S.N.
INFLUENCE OF MODIFYING ADDITIVES ON STABILITY CEMENT COMPOSITE IN CONDITIONS OF THE INFLUENCE OF THE MODEL BACTERIAL AMBIENCE
Проведено изучение стойкости цементных композитов, модифицированных препаратами, содержащими гуанидина в модельной смеси веществ, являющихся продуктами метаболизма бактерий. Установлено влияние вида добавки и состава модельной среды на стойкость. Выделены самые неблагоприятные сочетания компонентов агрессивной среды.
Ключевые слова: метаболизм бактерий, модельная среда, стойкость, планирование эксперимента.
Study of stability cement composite, modified preparation containing guanidine, in model mixture material, being product of the metabolism bacteria is organized. It is installed the influence of the type of the additive and composition of the model ambience on stability of composite. The combinations component aggressive ambience are chosen for each composition.
Key words: the metabolism of bacteria, model ambience, stability, planning the experiment.
Проблема получения строительных композиционных материалов с высокой коррозионной стойкостью в последние годы стала крайне актуальной. Наряду с коррозией, вызываемой химическими агрессивными средами, все более активно прогрессируют процессы биоповреждений, которым подвержены практически все строительные материалы. На увлажненных или погруженных в жидкость материалах и изделиях (коллекторы, трубопроводы, конструкции подземных сооружений и т. д.) развиваются бактерии.
Вероятность биологических повреждений неорганических материалов - естественного камня, бетонов различного вида на цементных и других вяжущих, керамики и т.д., как правило, обусловлена воздействием продуктов метаболизма микроорганизмов. Наиболее активными коррозионными агентами являются тионовые, сульфатредуцирующие и нитрифицирующие бактерии, создающие кислые агрессивные среды. Как правило, биоповреждения бетона за счет продуктов метаболизма микроорганизмов начинаются с поверхности и идут вглубь, так же как и при погружении бетона в жидкую агрессивную среду. Из сведений, приведенных в обзорной главе, следует, что цементные бетоны имеют ограниченное сопротивление к воздействию продуктов метаболизма различных бактерий. В результате жизнедеятельности тионовых и нитрифицирующих микроорганизмов создаются агрессивные коррозионные среды за счет накопления серной и азотной кислот - конечных продуктов их метаболизма. Трансформация серы и ее соединений, содержащихся в природных каменных материалах, осуществляется некоторыми видами тионовых бактерий. Продуктом этих реакций является серная кислота, подкисляющая среду и создающая необходимый рН для оптимального развития тионовых бактерий. В результате деятельности нитрифицирующих бактерий образуется азотная кислота за счет окисления аммиака, происходящего в две фазы. В первой - аммиак окисляется до азотистой кислоты, вторая сопровождается ее окислением до азотной. Агрессивность неорганических кислот, таких как серная, азотная и др., объясняется тем, что содержащаяся в бетоне гидроокись кальция как сильное основание легко реагирует с ни-
■А-
ми, образуя соль; вступает в реакцию со всеми кислотами и карбонат кальция. Силикаты и алюмосиликаты кальция также способны вступать в реакцию при действии на бетон сильных кислот. С учетом вышесказанного изучение стойкости композиционных строительных материалов в смеси веществ, являющихся продуктами метаболизма бактерий, представляет значительный интерес.
В ходе проведения экспериментальных исследований нами были использованы сочетания неорганических веществ низкой концентрации, воздействие которых на композиционные материалы позволяло бы достаточно точно моделировать процессы биологической коррозии, происходящей при воздействии продуктов метаболизма микроорганизмов. В качестве предполагаемых агентов химической коррозии, вызванной воздействием продуктов жизнедеятельности бактерий, в эксперименте нами были использованы комбинации серной и азотной кислот и аммиака с концентрацией до 2 %. Образцы в средах были выдержаны в течение 90 суток. Коэффициент химической стойкости определяли по формуле Кхс. = RtlR0, где R0 и Rt - соответственно прочность образцов до выдерживания и после выдерживания в среде. Исследования проведены с применением методов математического планирования эксперимента. В качестве матрицы планирования использовали план Коно, состоящий из 13 опытов. Варьируемыми факторами служили: Х1 - концентрация серной кислоты; Х2 - концентрация азотной кислоты; Х3 - концентрация аммиака. Матрица планирования и рабочая матрица приведены в табл. 1.
В качестве материала для исследования использовались цементные композиты на основе бездобавочного портландцемента М500 ОАО «Мордовцемент», удовлетворяющего требованиям ГОСТ 10178-88. Готовились равноподвижные смеси с модифицирующими добавками, в качестве которых использовались препараты на основе гуанидина, выпускаемые в промышленном масштабе под марками «Тефлекс Антиплесень», «Тефлекс Антисоль смывка», «Те-флекс Реставратор». Данные добавки содержат полигексаметиленгуанидин в концентрации 15 % и способствуют повышению биостойкости строительных композитов и позитивно влияют на их физико-механические свойства [1, 2]. Результаты эксперимента приведены в табл. 2.
Таблица 1
Матрица планирования и рабочая матрица модельной бактериальной среды
№ опыта Матрица планирования Рабочая матрица
Х1 Х2 Хз И2804, % НЫОз, % ВД, %
1 0 +1 +1 1 2 2
2 +1 0 +1 2 1 2
3 - 1 0 +1 0 1 2
4 0 -1 +1 1 0 0
5 +1 +1 0 2 2 1
6 -1 +1 0 0 0 1
7 0 0 0 1 1 1
8 +1 -1 0 2 2 1
9 -1 -1 0 0 0 1
10 0 +1 -1 1 2 2
11 +1 0 -1 2 1 0
12 -1 0 -1 0 1 0
13 0 -1 -1 1 0 0
Таблица 2
Коэффициент стойкости цементного камня в агрессивных средах _от вида биоцидного препарата_
№ опыта Коэффициент стойкости (усл. ед),
тефлекс «Антиплесень» тефлекс «Антисоль смывка» тефлекс «Реставратор»
1 0,945 0,963 0,706
2 0,961 0,758 0,647
3 0,693 0,864 0,895
4 0,868 0,904 0,851
5 0,918 0,753 0,805
6 0,646 0,893 0,947
7 0,919 0,883 0,739
8 0,961 0,733 0,889
9 0,783 0,711 0,867
10 0,759 0,860 0,712
11 0,643 0,915 0,669
12 0,925 0,741 0,681
13 0,894 0,935 0,688
После проведения статистической обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии, связывающие зависимости изменения коэффициента стойкости цементных композитов от состава модельной среды на основе минеральных кислот и аммиака
- для композитов, содержащих препарат «Тефлекс Антиплесень»
К = 0,919 + 0,054-Х1 - 0,03-Х2 + 0,031-Х3 - 0,077-Х12 + 0,024-Х1Х2 +
+ 0,138-Х1Хз - 0,016-Х22 + 0,053-Х2Хз - 0,037-Хз2; (1)
- для композитов, содержащих препарат «Тефлекс Антисоль смывка»
К2 = 0,883 - 0,006Х + 0,023-Х2 + 0,005-Х3 - 0,103^Х12 - 0,0415Х^Х2 -
- 0,070-Х1Хэ - 0,007^2 + 0,034^Х3 + 0,040^Х32; (2)
- для композитов, содержащих препарат «Тефлекс Реставратор»
К3 = 0,739 - 0,047X4 - 0,016-Х2 + 0,044-Х3 + 0,061^Х12 - 0,041^Х1Х2 -
- 0,059-Х1Х3 + 0,077^2 - 0,042^Х3 - 0,077^Х32 (3)
Графические зависимости изменения коэффициента стойкости цементных композитов от состава модельной среды и вида вводимой модифицирующей добавки приведены на рис. 1.
Анализ графиков позволяет выделить самые неблагоприятные сочетания компонентов агрессивной среды, при которых происходит наибольшее понижение прочностных показателей композитов. Такими сочетаниями для композитов с модификаторами являются: Х1 =2 %, Х2 =1%, Х3 = 0 % при применении препарата «Тефлекс Антиплесень»; Х1 = 1 %, Х2 = 2 %, Х3 = 0 % при применении препарата «Тефлекс Антисоль смывка»; Х1 =2 %, Х2 =1%, Х3 =2 % при применении препарата «Тефлекс Реставратор».
Из графиков также следует, что для увеличения стойкости (по самому низкому показателю в пределах варьирования факторов) в качестве модифицирующих добавок предпочтительнее использовать «Тефлекс Антиплесень» и «Тефлекс Антисоль смывка», так как коэф-
фициент стойкости композитов в большинстве модельных бактериальных сред при их введении выше, чем при использовании препарата «Тефлекс Реставратор» или бездобавочных (до
32 %).
-1,0 ч и
0,9
ъ 3
0,7 53 О V
0,6 -3- {Г) 6
45
1.0 ч
о
р
0,9
Ь
0,8 § га
о
ь
0,7 1г
6
М
0,6
в
Уровни варьирования содержания аммиака: Х3 = + 1 (2% концентрация) Х3 = 0 (1% концентрация)
Хз = - 1 (0%)
Рисунок 1. Изменение коэффициента стойкости цементных композитов, модифицированных препаратом «Тефлекс Антиплесень» (а), «Тефлекс Антисоль смывка» (б), «Тефлекс Реставратор» (в) от состава модельной среды на основе аммиака, серной и азотной кислот:Х1 - концентрация серной кислоты (0-2 %); Х2 - концентрация
азотной кислоты (0-2 %)
Таким образом, методами математического планирования эксперимента изучено влияние вида добавки и состава модельной агрессивной среды на основе минеральных кислот и аммиака на стойкость цементных композитов, модифицированных биоцидными добавками на основе гуанидина.
Установлено, что использование биоцидных добавок на основе гуанидина приводит к повышению стойкости цементных композитов к воздействию агрессивных сред, моделиру-
■А-
ющих продукты жизнедеятельности микроорганизмов.
Библиографический список:
1. Исследование физико-технических свойств цементных композитов с биоцидной добавкой «Тефлекс» / СветловД. А., СпиринВ. А., КазначеевС. В. // Транспортное строительство. 2008. -№ 2. - С. 21-23.
2. Защита зданий и сооружений от биоповреждений биоцидными препаратами на основе гуанидина / Под ред. Комохова П. Г., ЕрофееваВ. Т., Г. Е. Афиногенова. - СПб. : Наука, 2009. - 192 с.
