Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время проблеме повышения долговечности строительных материалов, изделий и конструкций уделяется самое пристальное внимание. Это обусловлено тем, что на строительные материалы и изделия в зданиях и сооружениях воздействует все большее количество различных агрессивных сред. Одной из таких агрессивных сред является биологическая (микро- и макроорганизмы). 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. Следы плесени часто можно встретить на внутренних стенах как различных памятников архитектуры, так и новостроек. Бактерии, мицелиальные грибы и актиномицеты постоянно и повсеместно обитают в среде пребывания человека, используя органические и неорганические соединения в качестве питательного субстрата. Кроме этого, микроскопические организмы в процессе жизнедеятельности выделяют различные вещества (продукты метаболизма), также агрессивно воздействующие на материалы различной природы. В последние годы отмечается рост разнообразия и численности микроорганизмов, вызывающих биопоражения материалов и сооружений. Возросла агрессивность известных видов. 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.
Для повышения долговечности строительных конструкций и улучшения экологической ситуации в зданиях и сооружениях необходимо принимать меры, повышающие их биологическое сопротивление. Одним из эффективных способов повышения биологического сопротивления материалов и конструкций является применение при их изготовлении биоцидных добавок.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью разработки строительных материалов на основе таких биоцидных препаратов, которые не загрязняют окружающую среду, имеют достаточно широкий спектр действия против микроорганизмов из различных систематических групп (бактерии, плесневые грибы и т.д.), имеют длительный срок защитного действия. Особый интерес в связи с широким спектром действия, отсутствием токсичности, доступностью и дешевизной представляют препараты различных видов, содержащие гуанидин. Разработка технологии получения и оптимизация составов строительных композитов с применением добавок на основе соединений гуанидина, обладающих повышенной стойкостью в биологических и химических агрессивных средах, а также улучшенными физико-механическими свойствами, – одна из актуальных задач, решаемых в данной работе.
Цель и задачи исследования
Цель исследований заключается в разработке и оптимизации составов композитов на цементных и гипсовых связующих, обладающих повышенной стойкостью в биологических агрессивных средах, с добавкой биоцидных препаратов на основе соединений гуанидина.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи.
1. Обосновать возможность получения биостойких строительных композитов с применением добавок на основе гуанидина.
2. Установить оптимальное количество препаратов на основе соединений гуанидина, вводимых в гипсовые, гипсоцементно-пуццолановые и цементные композиты для получения материалов повышенной биостойкости.
3. Исследовать процессы структурообразования биостойких композиционных строительных материалов на уровне микро- и макроструктуры и установить зависимости изменения свойств композиций и затвердевших материалов от основных структурообразующих факторов.
4. Получить количественные зависимости изменения физико-механических свойств композитов при воздействии микробиологических и химических агрессивных сред.
5. Оптимизировать зерновой состав трехфракционного наполнителя и его количественное содержание в мало- и высоконаполненных цементных композитах методом математического планирования эксперимента.
6. Разработать и оптимизировать составы строительных композитов различного назначения, обладающих повышенной стойкостью в биологических и других агрессивных средах.
7. Исследовать процессы твердения биостойких строительных композитов на основе цементных и гипсовых связующих с добавкой биоцидных препаратов на основе соединений гуанидина.
Научная новизна
Получен комплекс данных о влиянии препаратов на основе гуанидина на стойкость в биологических агрессивных средах композитов на основе цементных, гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых связующих. Созданы композиты, обладающие грибостойкими и фунгицидными свойствами, а также повышенной стойкостью в воде и водных растворах щелочей и кислот.
Получены количественные зависимости изменения физико-механических свойств композитов на цементных и гипсовых вяжущих с добавками на основе соединений гуанидина при воздействии микробиологических агрессивных сред.
Установлены закономерности структурообразования и изменения свойств композиционных строительных материалов на цементных и гипсовых связующих с применением соединений гуанидина на уровне микро- и макроструктуры под воздействием различных технологических факторов.
Разработаны регрессионные модели, позволяющие оптимизировать зерновой состав наполнителей и их количественное содержание, необходимые для получения мало- и высоконаполненных цементных композитов повышенной биостойкости.
Практическая значимость работы. Оптимизированы составы цементных, гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых композитов по показателю биологического сопротивления, а также прочности, химической стойкости в воде и водных растворах щелочей и кислот.
Экспериментально подтверждена возможность использования биоцидных добавок на основе гуанидина для производства материалов и изделий с улучшенными физико-техническими свойствами: растворных и бетонных смесей, каркасных бетонов, легкобетонных панелей.
Полученные результаты позволяют решать экономические и экологические проблемы, связанные с производством строительных материалов на цементном и гипсовом вяжущем.
Новизна практических разработок подтверждена 5 патентами на изобретения.
На защиту выносятся:
– результаты исследования влияния различных препаратов на основе гуанидина и их количественного содержания на биостойкость и другие физико-технические свойства цементных и гипсовых композитов.
– составы растворных и бетонных смесей на основе гипсовых и цементных связующих, пригодные для изготовления защитных покрытий, изделий и конструкций повышенной биостойкости.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при оштукатуривании стен на объекте ОАО «Ремстрой» (г. Саранск); при формировании защитного слоя в ограждающих конструкциях из легкого бетона и производстве трехслойных стеновых конструкций на ОАО «Завод ЖБК-1» (г. Саранск).
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на X научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева (Саранск, 2005 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития строительного комплекса Поволжья» (Тольятти, 2005 г.); Второй Международной научно-технической конференции «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 2005 г.); Шестой Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2007 г.); научной конференции «XXXVI Огаревские чтения» (Саранск, 2008 г.); Седьмой Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2008 г.); Восьмой Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2009 г.); Третьей Международной научно-технической конференции «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 2010 г.); Международной научной конференции «Биотехнология начала III тысячелетия» (Саранск, 2010 г.); Девятой Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2010 г.); IV Московском Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 46 работ (в том числе две статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 5 патентов).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений; содержит 239 листов машинописного текста, 113 рисунков, 36 таблиц.
Диссертационная работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева в соответствии с паспортом специальности 05.23.05 – «Строительные материалы и изделия», п. 5. «Разработка методов повышения стойкости строительных изделий и конструкций в суровых условиях эксплуатации».
Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. доцентам С. В. Казначееву, Д. А. Светлову и А. Д. Богатову за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы.
