1984

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

кации (частная задача идентификации) с учетом экспериментальных данных (значения констант не должны противоречить физическому смыслу и теоретическим соображениям). Неудачный выбор структуры модели сводит на нет и все результаты параметрической идентификации. Создание адекватной модели невозможно без изучения взаимосвязей в моделируемом объекте (налицо парадокс: если объект изучен, зачем его моделировать; а если объект не изучен, то как можно построить адекватную модель; фактически модель не обосновывается, а постулируется на основе эмпирических сведений, которыми располагает исследователь). Модель может быть принята либо отвергнута лишь с учетом наблюдений: адекватность системной модели объекту изучения нельзя доказать. Модельные исследования (итеративные: любая системная проблема решается на основе последовательного приближения и не имеет окончательного решения) часто приводят к открытию новых свойств и закономерностей функционирования изучаемой системы. Ведущая роль моделирования состоит в том, что создание модели должно предшествовать натурным экспериментам и указывать направления сбора информации в процессе наблюдений. В то же время результаты модельных исследований нуждаются в фактических исходных данных и требуют экспериментального подтверждения.

Приведенный подход был реализован при разработке наномодифицированных серных композитов [1…3]. Их качество оценивалось по предельному напряжению сдвига; средней плотности; пористости; прочности при сжатии и изгибе; модулю упругости; сопротивлению истиранию и удару; водопоглощению; термической прочности; коэффициентам интенсивности напряжений, теплопроводности, диффузии, стойкости в воде, кислотах, солях, нефтепродуктах, атмосферо- и морозостойкости (методика формализованной оценки свойств приводится в табл.1). Учитывалась зависимость каждого из свойств от рецептурно-технологических факторов (удельная поверхность наполнителя, концентрацияаппрета, продолжительностьизотермическойвыдержки).

Т а б л и ц а 1 Формализованная оценка качества наномодифицированных серных композитов

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

С учётом области применения разрабатываемого материала использовался один из критериев (функционалов качества):

F1 1 4 Kфм 2 16 Kэк – для производства штучных изделий;

конструкций на предприятиях химической, стекольной, металлургической и других отраслей промышленности, капсулирования радиоактивных и высокотоксичных отходов, а также серных композитов, предназначенных для изготовления серных бетонов, эксплуатирующихся в особо агрессивных условиях.

Приняты обозначения:

Kт k – характеризует технологические свойства (подвижность смеси);

(средняя плотность, пористость, прочность при сжатии и изгибе, коэффициент трещиностойкости, модуль упругости, коэффициент интенсивности напряжений);

эксплуатационные свойства (теплопроводность, водопоглощение, диффузия, стойкость в воде, кислотах, солях, нефтепродуктах, атмосферо- и морозостойкость, термическая прочность, сопротивление истиранию и удару);

1 , 2 , 3 – весовые константы, значения которых определялись, исходя из

корреляционных зависимостей между глобальными критериями F1 или F2 и входящими в них частными критериями.

Для иллюстрации в табл. 2 приводятся расчетные значения F1 и F2 для случаев одинаковых значений весовых констант ( 1 2 0,5 для F1; 1 2 3 13 для

F2) при различных значениях f , концентрации модификатора, продолжительности изотермической выдержки.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

При выборе рецептурно-технологических параметров учитывались и значения F1

Исходя из экспериментальных данных и соответствующих значений F1 , рекомен-

дуется использовать состав №12 материала при изотермической выдержке в течение 3 часов: сера – 53,38 %; кварцевый наполнитель – 45,55 % с удельной поверхностью 180 м2/кг; прекурсор – 1,07 % (модификатор – 0,32 %). Предлагаемый наномодифицированный серный композит обладает практически универсальной стойкостью и может быть рекомендован для изготовления специальных серных бетонов, а также штучных изделий; для заливки швов и стыков ограждающих конструкций предприятий химической, стекольной, металлургической и других отраслей промышленности, капсулирования радиоактивных и высокотоксичных отходов.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Список литературы

1.Наномодифицированные коррозионно-стойкие серные строительные материалы

/Ю.М. Баженов, Е.В. Королев, И.Ю. Евстифеева, О.Г. Васильева. – М.: Изд-во РГАУМСХА им. К.А.Тимирязева, 2008. – 167 с.

2.Альбакасов, А.И. Дисперсные фазы для серных композитов специального назначения / А.И. Альбакасов, И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Е.В. Королев // Региональная архитектура и строительство. – 2011. – №2(11). – С.18–23.

3.Альбакасов, А.И. Управление структурой и свойствами наномодифицированных строительных материалов / А.И. Альбакасов, И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Е.В. Королев // Региональная архитектура и строительство. – 2011. – №2(11). – С.9–17.

4.Королев, Е.В. Радиационно-защитные и химически стойкие серные строительные материалы / Е.В. Королев, Ю.М. Баженов, А.И. Альбакасов. – Пенза, Оренбург:

ИПК ОГУ, 2010. − 364 с.

5.Волгушев, А.Н. Серное вяжущее и композиции на его основе / А.Н. Волгушев // Бетон и железобетон. – 1997. – №5. – С. 46–48.

6.Филиппов, Г.А. Серные композиционные материалы, стойкие в растворах плавиковой кислоты: дис. … канд. техн. наук / Г.А. Филиппов. – Пенза: ПГАСА, 2003. – 176 с.

References

1.Nanomodified corrosion-resistant sulphur building materials / Y.M. Bazhenov, Y.V.Koroliev, I.Y. Evsifeyeva, O.G.Vasilieva. – M.: РГАУ-МСХА, 2008. – P. 167.

2.Albakasov, A.I. Disperse fillers for sulfur composites of special-purpose / A.I. Albakasov, I.A. Garkina, A.M. Danilov, Y.V. Koroliov // Regional Architecture and Construction. – 2011. – № 2 (11). – P. 18–23.

3.Albakasov, A.I. Management of nanomodified building materials structure and properties / A.I. Albakasov, I.A. Garkina, A.M. Danilov, Y.V. Koroliov // Regional Architecture and Construction. – 2011. – № 2 (11). – P. 9–17.

4.Koroliov, Y.V. Radiation-protective and corrosion-resistant sulfur construction materials / Y.V. Koroliov, Yu.M. Bazhenov, A.I. Albakasov. – Penza, Orenburg: OSU, 2010. – 364 p.

5.Volgushev, A.N. Sulfur and binder compositions based on it // Concrete and reinforced concrete. – 1997. – № 5. – P. 46–48.

6.Filippov, G.A. Sulfur composite materials resistant to hydrofluoric acid solutions: dis. … kand. tech. Science / G.A. Filippov – Penza: PGASA, 2003. – 176 p.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНЫХ КОМПОЗИТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИОЦИДНОЙ ДОБАВКОЙ

Е.Н. Сураева, А.Д. Богатов, С.В. Казначеев, В.Ф. Смирнов, В.Т. Ерофеев

В статье рассматриваются вопросы получения составов цементно-песчаных композитов, обладающих биоцидными свойствами. Показано, что путём введения в составы добавки (натрий сернокислый) достигается получение материалов с грибостойкими и фунгицидными свойствами. Методом математического планирования эксперимента проведена оптимизация содержания добавки в композитах различной плотности и композиций различной подвижности. Разработанные составы рекомендуется применять в зданиях и сооружениях с биологически активными средами.

Ключевые слова: биокоррозия, цементные композиты, натрий сернокислый, биосопротивление, долговечность.

THE PROPERTIES OF CEMENT-SAND COMPOSITES

MODIFIED BY BIOCIDAL ADDITIVE

E.N. Suraeva, A.D. Bogatov, S.V. Kaznacheev, V.F. Smirnov, V.T. Yerofeev

This article examines the questions of getting cement-sand composites with biocidal properties. It is proved that additive of Na2SO4 allows to obtain materials with fungus-proof and fungicidal properties. The optimization of the additive’s content in the composites of different densities and mobility is carried out by dint of the mathematical planning’s method. It is recommended to use the obtained compositions in building of structures with biologically active media.

Keywords: biocorrosion, cement composites, bioresistance, durability, glouber salt.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

В настоящее время проблема исследования биокоррозии и биосопротивления материалов и конструкций является исключительно актуальной, т.к. процессы биоразрушения прогрессируют с каждым годом. Биоповреждения материалов вызывают различные живые организмы – от бактерий и грибов до растений и животных. Однако основной вред, по мнению многочисленных авторов, наносят именно микроорганизмы [1, 2]. Степень разрушительного воздействия микроорганизмов определяется физическими, химическими, биологическими и другими факторами [1]. Поражение наиболее интенсивно идет при повышенной влажности, относительно высоких температурах, обилии пыли и загрязнений органической природы. При благоприятных для развития микроорганизмов условиях разрушительные процессы начинаются с переноса их на поверхность изделий, адсорбции, образования и роста микроколоний за счет разрастания гифов и спор, сопровождающегося выделением продуктов метаболизма, их накоплением и коррозионным воздействием. Вследствие этого строительные материалы в зданиях и сооружениях, пораженные микроорганизмами, быстро разрушаются. В биозараженных зданиях и сооружениях, наряду со снижением срока службы строительных конструкций, нарушается экологическая ситуация. Микроорганизмы, содержащиеся в помещениях зданий и сооружений, посредством движения воздушных потоков попадают в легкие человека, оседая на коже, вызывая различные болезни [2]. Таким образом, налицо важнейшая проблема изыскания путей повышения биологического сопротивления и биологической долговечности конкретных материалов и конструкций, образующих здания и сооружения.

Негативное воздействие микроорганизмов предотвращается различными способами: обеззараживанием поверхностей материалов и конструкций, введением биоцидных добавок в состав композиционных материалов и т.д. [1].

Нами в ранее проведенных исследованиях установлено, что биоцидные свойства цементных композитов повышаются при введении в составы добавки сернокислого натрия [3]. Является важным, чтобы при введении в составы строительных материалов биоцидных добавок, наряду с повышением их биологического сопротивления, сохранялись и другие свойства, например, не происходило снижения необходимых для эксплуатации прочностных характеристик цементных композитов и т.д. В этой связи задача настоящих исследований состояла в выявлении зависимостей изменения свойств цементно-песчаного раствора при введении биоцидной добавки (натрий сернокислый) в комплексе с добавками, воздействующими на различные физикомеханические свойства материалов. В качестве таких модификаторов рассматривались поверхностно-активная добавка Esapon 1850 и редисперсный порошок Neolith 8800. Поверхностно-активная добавка Esapon 1850 воздействует как пластификатор, образуя воздушные поры, смачивает и диспергирует. Особенно в случаях штукатурных и шпаклевочных составов ведет к облегчению переработки и улучшению потребительских свойств. Esapon 1850 повышает эластичность раствора, предотвращает усадку и образование трещин. При этом повышается морозостойкость и снижается риск образования высолов. Редисперсные порошки Neolith для сухих строительных смесей хорошо диспергируются в воде. Благодаря им улучшаются свойства сухих строительных смесей. Сухие растворы, клеевые и шпаклевочные массы с добавкой Neolith отличаются хорошей эластичностью во время нанесения,имеют повышенную адгезию к различным поверхностям, улучшенную стойкость к истиранию, высокие показатели пластичности и прочности на изгиб.

При проведении эксперимента изготавливались строительные растворы, содержащие в своем составе портландцемент М500 Д0, кварцевый песок фракции 0,14–0,63 мм, добавку и воду затворения. За контрольный вариант был принят цементно-песчаный раствор состава Ц:П=1:3 при В/Ц=0,7. Составы с добавками изготавливались с соблюдением условия равной подвижности с контрольным составом. Составы, принятые для исследований, приведены в табл. 1.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Исследование биостойкости составов проводилось в соответствии с ГОСТ 9.049–91 двумя методами (1 и 3) [4]. Их сущность заключается в выдерживании образцов, зараженных спорами плесневых грибов, в оптимальных для их развития условиях с последующей оценкой грибостойкости и фунгицидности образцов. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Т а б л и ц а 2 Результаты исследования биологической стойкости цементных композитов

Из результатов исследований составов, содержащих одновременно биоцидную добавку и добавки Neolith 8800 и Esapon 1850, видно, что содержащиеся: в составе Neolith 8800 – поливиниловый спирт и тройной сополимер ПВА, а в Esapon 1850 – насыщенные жирные спирты с оксидом этилена – несколько снижают биостойкость.

Для изучения влияния вводимых добавок на прочностные свойства цементных композиций был применен 2-факторный план второго порядка. В качестве варьируемых факторов выбраны: содержание натрия сернокислого (Х1) и содержание Neolith 8800 или Esapon 1850 (Х2). По истечении 28 суток твердения в каждой точке поверхности отклика испытывались 5 штук образцов размером 2 2 7 см. За исследуемые параметры были приняты предел прочности при сжатии (Rсж) и при изгибе (Rи). План

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

эксперимента и результаты исследований прочности в относительных величинах приведены в табл. 3, 4.

После проведения статистической обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии:

– для составов с Na2SO4 и Neolith 8800

Rсж = 1,082 – 0,235·X1 + 0,235·X2 – 0,158·X12 + 0,105·X1X2 –

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

По уравнениям регрессии были построены зависимости, которые приведены на рис.1 и 2.

Рис. 1. Зависимости изменения относительных показателей предела прочности при сжатии (а) и при изгибе (б) композитов от количества вводимых добавок Na2SO4 и Neolith 8800

Рис. 2. Зависимостиизмененияотносительныхпоказателейпределапрочности присжатии(а) и при изгибе (б) композитов от количества вводимых добавок Na2SO4

и Esapon 1850

Как видно из графиков, наибольшее значение прочности при сжатии (см. рис. 1) имеет состав, содержащий только биоцидную добавку (натрий сернокислый), в количестве 3 мас.ч. от массы цемента. В этом случае предел прочности композита выше на 27 % по сравнению с показателями контрольного состава (состав 0-0). При введении одновременно двух добавок в составы в некоторых опытах прочностные характеристики образцов также повышаются. Это характерно для составов 1-2, 1-3.

Исследования прочности при изгибе (см. рис. 1б, 2б) показали, что при введении добавок Neolith 8800 и Esapon 1850 совместно с биоцидной добавкой (натрия сернокислого) повышается прочность при изгибе на 13–20 %. На графике (см. рис. 1б) видно, что при содержании добавок Na2SO4 и Neolith 8800 соответственно 3 и 6 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента составы 1-2, 1-3 имеют прочность при изгибе на 11 % больше по сравнению с контрольным составом, а из графика (см. рис.2б) следует, что при