Содержание к диссертации
Введение 4
1 Анализ исследований стойкости бетонов к микробиологической
коррозии и способы его защиты
Биоповреждение бетона строительных объектов и особенности механизма происходящих при этом процессов 10
Защита бетона от воздействия микроорганизмов 21
Выводы 31
Цель и задачи работы 32
2 Объекты, материалы, методы исследований и обработка результатов
испытаний
Объекты обследования 35
Материалы для проведения исследований 36
Методы экспериментальных исследований 44
Методика статистической обработки экспериментальных данных 55
3 Исследование закономерностей разрушения бетонов строительных
конструкций под воздействием микроорганизмов
Влияние эксплуатационных и экологических факторов на развитие микробиологической коррозии бетона 59
Исследование биостойкости бетона сооружений систем оборотного водоснабжения на примере ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» г. Липецка 65
Исследование физико-химических свойств бетонов в зависимости от интенсивности коррозионных нагрузок 86
Влияние условий эксплуатации на биостойкость бетонов 97
Выводы 100
4 Разработка методики определения биостойкости бетонов на модельных
образцах в натурных и лабораторных условиях
Исследование биостойкости бетона на модельных бетонных образцах в натурных условиях эксплуатации сооружений 104
Исследование биостойкости бетона на растворных
образцах в натурных условиях эксплуатации сооружений 116
4.3 Исследование биостойкости бетона на модельных
образцах в лабораторных условиях 121
4.4 Выводы 125
5 Экспериментальные исследования биостойких составов бетонов
Исследование влияния биоцидных добавок на свойства бетонной смеси и бетона 127
Исследование влияния биоцидных добавок «Инкор» на свойства бетонов 144
Исследование составов биостойких бетонов с комплексными добавками 149
Выводы 153
6 Практическая реализация результатов исследований
В нормативно-технической документации 156
Применение в промышленном строительстве 157
Выводы 159
Основные выводы 160
Список литературы 163
Приложение 174
Введение к работе
Актуальность работы. Бетон, как правило, используется в конструкциях сооружений, предназначенных для достаточно длительных сроков эксплуатации. Однако эксплуатация строительных конструкций отдельных промышленных объектов показала, что даже при «неагрессивной» степени воздействия среды, срок службы бетона не достигает 25 лет при среднем нормативном сроке его эксплуатационной пригодности до 100 лет.
Недостаточная долговечность промышленных сооружений часто связана с тем, что при проектировании и строительстве не учитывается роль воздействия микроорганизмов на бетон в связи с малой изученностью данного процесса и отсутствием соответствующих нормативных документов.
В работах, выполненных в разные периоды времени, микробиологическая коррозия бетона рассматривалась как кислотная коррозия II вида, для которой характерно образование легкорастворимых солей кальция под действием кислот микробного синтеза, при этом практически не исследовалась взаимосвязь между увеличением численности отдельных групп бактерий и изменением химического состава бетона вследствие накопления продуктов микробного синтеза, а также уменьшением прочности бетона. Видовой состав микроорганизмов почти не изучался.
Таким образом, теоретические и практические исследования в области коррозии бетонов в условиях воздействия микроорганизмов и создание биостойких бетонов являются актуальными и своевременными.
С развитием этого направления связаны цель, задачи и содержание диссертационной работы.
Целью работы является разработка составов биостойких бетонов с использованием биоцидных и комплексных добавок.
В соответствии с поставленной целью в работе определены следующие задачи исследований:
изучить закономерности изменения физико-механических свойств бетонов строительных конструкций под воздействием микроорганизмов;
определить основные характеристики коррозионно-опасных бактерий, преобладающих в составе биоценоза разрушенного бетона;
исследовать физико-химические свойства бетонов в зависимости от интенсивности биокоррозионных нагрузок;
изучить влияние условий эксплуатации на биостойкость бетонов;
разработать методики определения биостойкости бетонов на модельных образцах в натурных и лабораторных условиях;
разработать технологию получения биостойких составов бетонов;
изучить влияние биоцидных добавок на свойства бетонной смеси и бетона;
разработать составы биостойких бетонов на основе оптимальных значений содержания биоцидных и комплексных добавок;
разработать рекомендации по использованию биостойких бетонов в промышленном строительстве.
Научная новизна работы.
Получены экспериментальные данные по влиянию численности кислотообразующих бактерий на закономерности разрушения бетонов строительных конструкций.
На основании проведенных исследований впервые идентифицированы кислотообразующие коррозионно-опасные бактерии циклов углерода, серы и азота, преобладающие в составе биоценоза разрушенного бетона.
Впервые установлена прямая зависимость между увеличением численности кислотообразующих бактерий циклов углерода, серы и азота в бетоне и накоплением основных продуктов их метаболизма (соответственно С02, HNO2, HNO3, H2SO4), а также деструкцией гидросиликатов цементного камня, образованием и последующим растворением аморфного кремнезема.
Установлено, что при эксплуатации, строительных конструкций в различных условиях состав микробных ассоциаций и химизм процесса разрушения бетона почти не меняются.
Разработана методика определения биостойкости бетонов на модельных образцах в натурных и лабораторных условиях.
Предложен новый способ первичной защиты бетонов от комплексного воздействия кислотообразующих бактерий и попеременного замораживания и оттаивания, заключающийся в введении в состав бетона с водой затворения добавки ингибитора коррозии металла Инкор-3, который защищен авторским свидетельством №1705260.
Дополнено представление о низкой биостойкости бетонов с биоцидны-ми добавками катапина-бактерицида, катамина АБ, латекса АБП-40 в условиях воздействия кислотообразующих бактерий.
Разработаны составы биостойких бетонов с оптимальными значениями содержания биоцидных добавок «Инкор», в том числе совместно с пластифицирующими добавками.
Достоверность полученных результатов исследований обеспечивается сравнением экспериментальных данных в натурных и лабораторных условиях, а также одновременным проведением испытаний модельных образцов с разными добавками (и без них) на биостойкость и морозостойкость; методически обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных средств измерений и методов исследований; сходимостью результатов испытаний, полученных разными методами, а также сравнением их с аналогичными результатами, полученными другими авторами; сходимостью полученных результатов с результатами исследований биостойкости бетонов с биоцидными добавками Инкор-3 и АБП-40, проведёнными научно-исследовательским институтом бетона и железобетона (НИИЖБ) в газовой среде камеры канализационного коллектора в рамках договора 1992 г. №455 с ОАО « Центральная научно-исследовательская лаборатория по строитель-
ству и стройматериалам» (ЦНИЛ), которые показали, что за 3 месяца испытания наилучшие результаты были получены при добавлении Инкор-3 в бетоны (образцы не повреждались и после 6 месяцев испытания).
Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» в Липецком государственном техническом университете, ОАО «ЦНИЛ» и Институте микробиологии РАН.
Практическое значение работы. По результатам проведенных исследований разработаны «Методические указания по оценке биокоррозии бетона при обследовании зданий и сооружений» (в рамках выполнения государственной научно-исследовательской работы с Госстроем СССР по договору №57Т-6 от 27 августа 1990г.). Выделенные чистые культуры тионовых, гетеротрофных и нитрифицирующих бактерий рекомендованы для оценки активности реагентов, применяемых для подавления бактериальной коррозии бетона. Разработан проект технических условий «Бетоны биостойкие» и «Технологический регламент на изготовление бетонной смеси и конструкций из биостойких бетонов» (в рамках выполнения государственной научно-исследовательской работы с Минстроем России по договору №16 -11-173/92 от 27 марта 1992г.). Исследования в диссертационной работе проводились в рамках Общесоюзной программы фундаментальных исследований «Биологические ресурсы; рациональное использование, воспроизводство и охрана (1989-2000 гг.). Раздел 4 «Повреждение животными и растительными организмами материалов, изделий и сооружений» и Всероссийской программы фундаментальных исследований «Проблемы общей биологии и экологии; рациональное использование биологических ресурсов (1998-2005 гг.). Направление 12. Экологические проблемы биоповреждений».
Внедрение результатов. Результаты экспериментальных исследований (биостойкий бетон с добавкой Инкор-3) внедрены при строительстве вентиляторной градирни №1 газоочистки №2 доменного производства ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (НЛМК) в г. Липецке. Обследова-
ния железобетонных конструкций градирни показали, что биостойкость бетона сохраняется на протяжении 18 лет.
ЦНИЛ в рамках выполнения государственных научно-исследовательских работ с Госстроем СССР по договору №57Т-6 в 1991 г. разработано «Пособие по приготовлению и применению биостойких строительных растворов и бетонов» (к СНиП 2.03.11-85) и с Минстроем России по договору №16 -08-202/93 в 1994 г. разработан Свод правил «Диагностика состояния бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений в условиях воздействия микроорганизмов, проведение обследований и проектирование защиты конструкций от биокоррозии» (СП к СНиП 2.03.11-85), что способствовало внесению изменения №1 к СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии», утверждённого постановлением Минстроя России от 5 августа 1996 г. №18-59, в части дополнения к п. 2.31 «При проектировании конструкций следует предусматривать:...» абзаца следующего содержания «биоцидные материалы - при воздействии бактерий, выделяющих кислоты...».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на 9-м Международном симпозиуме по биогеохимии окружающей среды в г. Москве, 1989 г.; на научно-техническом семинаре «Использование химических добавок в производстве сборного и монолитного бетона и железобетона» в г. Екатеринбурге, 1991 г.; на IV Всесоюзной конференции по биоповреждениям в г. Н. Новгороде, 1991 г.; на конференциях «Биоповреждения в промышленности» в г. Пензе 1993, 1994 гг.; на Всероссийских научно-практических конференциях «Экологические проблемы биодеградации промышленных строительных материалов и отходов производств» в г. Пензе, 1998, 2000 гг., на международной конференции «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» в г. Липецке, 2009 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 печатных трудов, среди них 9 статей (в том числе две работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), 6 тезисов докладов и одно авторское свидетельство.
Автор защищает:
метод оценки биостойкости бетонов в различных условиях эксплуатации строительных конструкций;
методику определения биостойкости бетонов на модельных образцах в натурных и лабораторных условиях;
результаты исследований выявленных особенностей и закономерностей разрушения бетонов строительных конструкций и лабораторных образцов под воздействием микробиологического фактора;
— экспериментальные результаты идентификации коррозионно-опас-
ных бактерий;
технологию по первичной защите бетонов от комплексного воздействия микроорганизмов и попеременного замораживания и оттаивания, предусматривающую введение в их состав добавки Инкор-3 и её модификаций;
составы биостойких бетонов с биоцидными добавками типа Инкор, в том числе в комплексе с пластификаторами;
экспериментальное и опытно-промышленное подтверждение целесообразности применения биостойких бетонов в промышленном строительстве.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и содержит 175 страниц машинописного текста, включая 42 таблицы, 70 рисунков, список использованных источников из 103 наименований и 1 приложение.
