Известно, что взаимодействие строительных материалов, изделий и конструкций с биологическими средами природного и техногенного происхождения сопровождается различными негативными физико-химическими процессами [1, 4. 8]. Долгое время факт биокоррозии в недостаточной степени учитывался при проектировании зданий и сооружений, а ведь при недостаточной стойкости к микробиологической коррозии материалов снижается эксплуатационная надежность изделий и конструкций, ухудшается их внешний вид, а также экологическая ситуация.
Установлено, что в настоящее время более 50 % общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Ежегодный экономический ущерб от биоповреждений в мире достигает десятков миллиардов долларов, что составляет более 2 % от стоимости всей промышленной продукции, производимой человеком на планете. Расширяется перечень заболеваний людей, вызываемых микроскопическими организмами [4, 8].
Придание строительным материалам, изделиям и конструкциям биоцидных свойств является важным научным направлением в современном строительном материаловедении [2, 3, 6, 10]. Поиск и оценка эффективности новых биоцидных препаратов для использования их в качестве добавок в составы строительных композиционных материалов в последнее время интенсивно продолжается [5, 7, 9].
Цель исследования. Исследование препарата «Ультрадез-Био» в качестве биоцидной добавки для цементных композитов.
Материалы и методы исследования
Для определения грибостойких и фунгицидных свойств цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», изготавливались образцы с размерами 1×1×3 см. Для проведения испытаний использовали следующие материалы: Портландцемент ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003 (ОАО «Мордовцемент»), препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2 и 3, вода водопроводная.
«Ультрадез-Био», согласно ТУ 9392-001-99637464-2007, представляет собой прозрачную жидкость от светло-голубого до синего цвета со слабым специфическим запахом. В состав средства в качестве действующих веществ (ДВ) входят: дидецилдиметиламмоний хлорид, N,N-бис-(3-аминопропил) додециламин, полигексаметиленгуанидин гидрохлорид, а также поверхностно-активные вещества, кондиционирующие добавки, краситель и вода. Средство хорошо смешивается с водой. Концентрация водородных тонов (рН) 1 % водного раствора находится в пределах 8,5–10,5. Рабочие растворы негорючи, пожаро- и взрывобезопасны, экологически безвредны. По параметрам острой токсичности (DL50 при введении в желудок) средство «Ультрадез_Био» по ГОСТ 12.1.007-76 относится к 3 классу умеренно опасных веществ, а по величине DL50 при нанесении на кожу к 4 классу малоопасных веществ. При ингаляционном воздействии в виде паров по степени летучести (С20) средство малоопасно. Концентрат средства оказывает умеренное раздражающее действие при контакте с кожей и выраженное раздражающее действие на слизистые оболочки глаза. ПДК дидецилдиметиламмоний хлорида в воздухе рабочей зоны 1 мг/м3 – аэрозоль, ПДК полигексаметиленгуанидина гидрохлорида в воздухе рабочей зоны 2 мг/м3 – аэрозоль, ПДК триаминов для воздуха рабочей зоны 1 мг/м3 – аэрозоль.
Приготовление составов осуществлялось вручную. Дозировка препарата варьировалась от 0 до 5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента (0,5; 1; 2,5; 5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента). Взвешивание компонентов связующего производилось на электронных весах с точностью до 0,01 г. Образцы изготавливались в металлических формах из цементного теста нормальной густоты, которые перед укладкой смесей покрывались тонким слоем парафина. После укладки образцы в течение 1 суток твердели в ванной с гидравлическим затвором в формах, а затем распалубливались и продолжали твердеть там же в течение 27 суток. Затем образцы испытывались в биологической лаборатории.
Для определения грибостойких и фунгицидных свойств цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», изготовленные образцы испытывались в соответствии с ГОСТ 9049−91. В качестве тест-организмов использовались следующие виды микромицетов: Aspergillus oryzae (Ahiburg) Cohn, Aspergillus niger vgn Tieghem, Aspergillus terreus Thom, Chaetomium globosum Kunze, Paecilomyces varioti Bainier, Penicillium funiculosum Thom, Penicillium chrysogenum Thom, Penicillium cyclopium Westling, Trichoderma viride Pcis, ex Fr. [4, 8] Испытания проводились двумя методами. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
В качестве технологических свойств композиций, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», рассматривались нормальная густота, сроки схватывания цементного теста и водоотделение цемента. Нормальная густота и сроки схватывания цементного теста, модифицированного препаратами «Ультрадез-Био» № 1, 2 и 3 определялись в соответствии с ГОСТ 310.3-76.Водоотделение цемента, модифицированного препаратами «Ультрадез-Био» № 1, 2 и 3, определялось в соответствии с ГОСТ 310.6-85.
Прочность при сжатии цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», определялась на образцах с размерами 2×2×2 см. Образцы изготавливались по технологии описанной выше. Определение прочности при сжатии образцов производилось на машине СИ-100 при помощи приспособления, обеспечивающего приложение нагрузки через нажимные пластинки, изготовленные из нержавеющей стали шириной 2 см и длиной 2 см. Средняя скорость нарастания нагрузки 50 (±1) Н/с. Погрешность прибора при измерении нагрузки не более 1 %. За окончательный результат принималось среднеарифметическое значение такого количества образцов (не менее 10), при котором обеспечивалась надежность равная 0,95.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты исследования биологической стойкости цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био» приведены в табл. 1.
В результате определения грибостойких и фунгицидных свойств цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», установлено, что при дозировке препарата № 2 и 3 в количестве 2,5–5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента композиты приобретают ярко выраженные фунгицидные свойства. Препарат № 1 при дозировке до 5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента не придает композитам фунгицидных свойств.
Результаты проведенных исследований нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста, модифицированного препаратами «Ультрадез-Био», представлены в табл. 2.
Таблица 1
Грибостойкость и фунгицидность цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био»
|
Номер состава |
Состав, мас. ч. |
Оценка роста грибов, в баллах |
Характеристика по ГОСТ 9.049-91 |
|||||
|
цемент |
вода |
содержание добавки № 1 |
содержание добавки № 2 |
содержание добавки № 3 |
Метод 1 |
Метод 3 |
||
|
1 |
100 |
28,5 |
0 |
0 |
0 |
1 |
4 |
Грибостоек |
|
2 |
100 |
27,5 |
0,5 |
0 |
0 |
0 |
4 |
Грибостоек |
|
3 |
100 |
27 |
1 |
0 |
0 |
0 |
3 |
Грибостоек |
|
4 |
100 |
26,5 |
2,5 |
0 |
0 |
0 |
3 |
Грибостоек |
|
5 |
100 |
25,75 |
5 |
0 |
0 |
0 |
3 |
Грибостоек |
|
6 |
100 |
27,5 |
0 |
0,5 |
0 |
0 |
4 |
Грибостоек |
|
7 |
100 |
27 |
0 |
1 |
0 |
0 |
3 |
Грибостоек |
|
8 |
100 |
26,75 |
0 |
2,5 |
0 |
0 |
0 (0 мм) |
Фунгициден |
|
9 |
100 |
26 |
0 |
5 |
0 |
0 |
0 (2‒5 мм) |
Фунгициден |
|
10 |
100 |
27,25 |
0 |
0 |
0,5 |
0 |
4 |
Грибостоек |
|
11 |
100 |
26,25 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
Грибостоек |
|
12 |
100 |
25,75 |
0 |
0 |
2,5 |
0 |
0 (0 мм) |
Фунгициден |
|
13 |
100 |
24,25 |
0 |
0 |
5 |
0 |
0 (2‒6 мм) |
Фунгициден |
Таблица 2
Нормальная густота и сроки схватывания цементного теста, модифицированного препаратами «Ультрадез-Био»
|
№ п/п |
Состав, мас. ч. |
НГ, % |
Сроки схватывания, мин |
|||||
|
цемент |
вода |
биоцидная добавка № 1 |
биоцидная добавка № 2 |
биоцидная добавка № 3 |
начало |
конец |
||
|
1 |
100 |
28,5 |
0 |
0 |
0 |
28,5 |
170 |
255 |
|
2 |
100 |
27,5 |
0,5 |
0 |
0 |
27,5 |
125 |
205 |
|
3 |
100 |
27 |
1 |
0 |
0 |
27 |
80 |
190 |
|
4 |
100 |
26,5 |
2,5 |
0 |
0 |
26,5 |
120 |
225 |
|
5 |
100 |
25,75 |
5 |
0 |
0 |
25,75 |
130 |
300 |
|
6 |
100 |
27,5 |
0 |
0,5 |
0 |
27,5 |
135 |
300 |
|
7 |
100 |
27 |
0 |
1 |
0 |
27 |
70 |
210 |
|
8 |
100 |
26,75 |
0 |
2,5 |
0 |
26,75 |
75 |
225 |
|
9 |
100 |
26 |
0 |
5 |
0 |
26 |
150 |
260 |
|
10 |
100 |
27,25 |
0 |
0 |
0,5 |
27,25 |
35 |
180 |
|
11 |
100 |
26,25 |
0 |
0 |
1 |
26,25 |
50 |
205 |
|
12 |
100 |
25,75 |
0 |
0 |
2,5 |
25,75 |
205 |
330 |
|
13 |
100 |
24,25 |
0 |
0 |
5 |
24,25 |
265 |
385 |
В результате проведенных исследований было установлено, что препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 приводят к уменьшению нормальной густоты цементного теста. Кроме того, все препараты являются ускорителями схватывания при дозировках до 2,5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента. Причем при дозировке, равной 1 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента, все три вида препарата приводят к ложному схватыванию. При дозировке всех трех видов препарата равной 5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента его схватывание практически идентично контрольному составу.
Результаты проведенных исследований водоотделения цемента, модифицированного препаратами «Ультрадез-Био», представлены в табл. 3.
В результате проведенных исследований выявлено, что препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 приводят к увеличению водоотделения цемента. При дозировках препарата, равных 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента его водоотделение увеличилось с 3,44 % (для контрольного состава) до 14–20 %, а при 1–5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента – до 23–25 %.
Таблица 3
Водоотделение цемента, модифицированного препаратами «Ультрадез-Био»
|
№ п/п |
Состав, мас. ч. |
Водоотделение, % |
||||||
|
цемент |
вода |
биоцидная добавка № 1 |
биоцидная добавка № 2 |
биоцидная добавка № 3 |
Образец № 1 |
Образец № 2 |
Среднее значение |
|
|
1 |
100 |
28,5 |
0 |
0 |
0 |
3,41 |
3,47 |
3,44 |
|
2 |
100 |
27,5 |
0,5 |
0 |
0 |
14,60 |
14,64 |
14,62 |
|
3 |
100 |
27 |
1 |
0 |
0 |
24,11 |
24,19 |
24,15 |
|
4 |
100 |
26,5 |
2,5 |
0 |
0 |
24,61 |
24,63 |
24,62 |
|
5 |
100 |
25,75 |
5 |
0 |
0 |
24,80 |
24,84 |
24,82 |
|
6 |
100 |
27,5 |
0 |
0,5 |
0 |
19,20 |
19,26 |
19,23 |
|
7 |
100 |
27 |
0 |
1 |
0 |
24,85 |
24,97 |
24,91 |
|
8 |
100 |
26,75 |
0 |
2,5 |
0 |
24,70 |
24,72 |
24,71 |
|
9 |
100 |
26 |
0 |
5 |
0 |
23,62 |
23,72 |
23,67 |
|
10 |
100 |
27,25 |
0 |
0 |
0,5 |
15,25 |
15,29 |
15,27 |
|
11 |
100 |
26,25 |
0 |
0 |
1 |
23,66 |
23,70 |
23,68 |
|
12 |
100 |
25,75 |
0 |
0 |
2,5 |
24,60 |
24,64 |
24,62 |
|
13 |
100 |
24,25 |
0 |
0 |
5 |
25,35 |
25,41 |
25,38 |
Результаты исследования кинетики набора прочности цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», представлены в табл. 4.
Таблица 4
Кинетика набора прочности цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био»
|
№ п/п |
Состав, мас. ч. |
Прочность при сжатии, МПа |
||||||||
|
цемент |
вода |
биоцидная добавка № 1 |
биоцидная добавка № 2 |
биоцидная добавка № 3 |
1 сут. |
3 сут. |
7 сут. |
14 сут. |
28 сут. |
|
|
1 |
100 |
28,5 |
0 |
0 |
0 |
21,7 |
33,5 |
44,0 |
51,8 |
55,5 |
|
2 |
100 |
27,5 |
0,5 |
0 |
0 |
30,0 |
38,3 |
42,0 |
47,0 |
53,0 |
|
3 |
100 |
27 |
1 |
0 |
0 |
26,7 |
34,7 |
37,2 |
40,6 |
45,6 |
|
4 |
100 |
26,5 |
2,5 |
0 |
0 |
24,4 |
32,3 |
38,6 |
41,1 |
46,8 |
|
5 |
100 |
25,75 |
5 |
0 |
0 |
19,2 |
26,3 |
29,2 |
30,6 |
32,5 |
|
6 |
100 |
27,5 |
0 |
0,5 |
0 |
23,2 |
31,0 |
38,8 |
45,6 |
49,5 |
|
7 |
100 |
27 |
0 |
1 |
0 |
23,3 |
30,0 |
35,5 |
37,5 |
40,2 |
|
8 |
100 |
26,75 |
0 |
2,5 |
0 |
20,2 |
25,5 |
33,5 |
42,2 |
45,8 |
|
9 |
100 |
26 |
0 |
5 |
0 |
18,5 |
22,2 |
28,5 |
33,5 |
39,2 |
|
10 |
100 |
27,25 |
0 |
0 |
0,5 |
20,7 |
31,3 |
36,7 |
42,8 |
50,6 |
|
11 |
100 |
26,25 |
0 |
0 |
1 |
22,3 |
29,7 |
39,0 |
46,1 |
51,2 |
|
12 |
100 |
25,75 |
0 |
0 |
2,5 |
16,8 |
23,6 |
32,3 |
38,8 |
42,5 |
|
13 |
100 |
24,25 |
0 |
0 |
5 |
18,8 |
24,2 |
31,7 |
33,8 |
37,5 |
В результате проведенных исследований установлено, что препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 несколько снижают прочность цементных композитов. Введение всех трех представленных препаратов «Ультрадез-Био» в концентрациях 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента привело к снижению прочности при сжатии цементных композитов на 5–11 %. При введении препаратов в количестве 1 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента привело к снижению на 8–28 %. При введении 2,5 мас.ч. снижение прочности при сжатии составило 15–23 %. При введении 5 мас.ч. снижение прочности при сжатии составило 30–41 %.
Выводы
1. В результате определения биостойкости цементных композитов, модифицированных препаратами «Ультрадез-Био», установлено, что при дозировке препарата № 2 и 3 в количестве 2,5–5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента композиты приобретают ярко выраженные фунгицидные свойства. Препарат № 1 при этих же дозировках не придает композитам фунгицидных свойств.
2. Выявлено влияние добавок на основные свойства цементных паст. Установлено, что препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 приводят к уменьшению нормальной густоты цементного теста. Кроме того, все препараты являются ускорителями схватывания при дозировках до 2,5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента. Причем при дозировке, равной 1 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента, все три вида препарата приводят к ложному схватыванию. При дозировке всех трех видов препарата равной 5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента его схватывание практически идентично контрольному составу. Препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 приводят к увеличению водоотделения цемента. При дозировках препарата, равных 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента, его водоотделение увеличилось с 3,44 % (для контрольного состава) до 14–20 %, а при 1–5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента – до 23–25 %.
3. Установлено влияние добавок на физико-механические свойства цементных композитов. Выявлено, что препараты «Ультрадез-Био» № 1, 2, 3 приводят к снижению прочностных характеристик цементных композитов. Введение всех трех представленных препаратов «Ультрадез-Био» в концентрациях 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента привело к снижению прочности при сжатии цементных композитов на 5–11 %. При введении препаратов в количестве 1 мас.ч. на 100 мас.ч. цемента привело к снижению прочности на 8–28 %. При введении 2,5 мас.ч. снижение прочности при сжатии составило 15–23 %. При введении 5 мас.ч. снижение прочности при сжатии составило 30–41 %.
Рецензенты:
Гагарин В.Г., д.т.н., профессор, заведующий лабораторией строительной теплофизики, НИИ строительной физики РААСН, г. Москва;
Лесовик В.С., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой строительного материаловедения, изделий и конструкций, БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород.
Работа поступила в редакцию 26.08.2014.