книги / Силикатные и полимерсиликатные композиты каркасной структуры роликового формирования

Как видно из результатов табл. 3.9, наилучшие показатели биостойко­ сти имеет состав с содержанием наполнителя в количестве 150 мае. ч. на 100 мае. ч. жидкого стекла. Видимо, это объясняется тем, что при увеличе­ нии содержания наполнителя в жидкостекольном композите до 200 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего последнего не хватает на полное обволакивание всех частиц дисперсного наполнителя. Вследствие образовавшихся пор ма­ териал становится негрибостойким, что способствует более интенсивному проникновению гиф грибов в его структуру. '

Изменение физико-механических параметров вышеуказанных составов приведено на рис. 3.30—3.31. Наибольшие потери массы наблюдаются у состава № 13 с содержанием наполнителя 175 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжуще­ го, наименьшие — у состава № 14 с содержанием наполнителя 200 мае. ч. Прочностные характеристики данных составов также уменьшаются, причем наибольшие потери прочности имеет состав с содержанием наполнителя 225 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего (№ 15), наименьшие — с содержанием наполнителя 150 мае. ч. (№ 12).

Рис. 3.30. Изменение массосодержания композитов на основе жидкого стекла составов № 11—16 после выдерживания

в средах микроскопических грибов 71

| | — прочность нарастяжение при трехточечнам изгибе

ЕЩ — прочность при одноосном сжатии

Рис. 3.31. Изменение относительной прочности на растяжение при трехточечном изгибе и при одноосном сжатии композитов на основе жидкого стекла после выдерживания

в средах микроскопических грибов

Оценка биологического сопротивления композитов на основе жидкого стекла показала, что некоторые составы являются грибостойкими, но не фун­ гицидными. Поэтому в зданиях с биологически активными средами строи­ тельные материалы и изделия должны быть защищены от биоповреждений. В настоящее время отечественными и зарубежными исследователями разрабо­ таны различные методы защиты [25, 37, 38, 91]. Они могут быть временно применяемыми .и постоянно действующими. К первым относятся некоторые профилактические мероприятия: проветривание помещений, физические ме­ тоды обеззараживания, например, различные облучения; биотехнологиче­ ские, например, использование неопасных микроорганизмов для подавления опасных. Временные методы борьбы с биоповреждениями могут применять­ ся периодически, при повышенной опасности возникновения биокоррозии (транспортировка или хранение при повышенной влажности в осенний или весенний сезон, при сезонных колебаниях в размножении, развитии и мигра­ ции живых организмов). К постоянно действующим методам защиты от биоповреждений относятся конструктивные и некоторые профилактические ме­ роприятия, например, поддержание безопасного температурно-влажностного режима; химические методы, например, внесение в состав материала мето­ дом пропитки или непосредственного смешивания фунгицидных добавок, а также обеззараживание фунгицидами технологических сред, восприимчивых

квозникновению и размножению микроорганизмов.

Сцелью экспериментального исследования влияния фунгицидных доба­ вок на биосопротивление композитов на основе жидкого стекла были рас­ смотрены различные добавки неорганической природы. Нами установлено, что введение сульфата меди, перманганата калия, алюминиевой пудры в со­

став жидкостекольных композитов делает последние фунгицидными. В каче­ стве наполнителя в составах применялся кварцевый песок в количестве

72

150 мае. ч. на 100 мае. ч жидкого стекла. Количество отвердителя было по­ стоянным во всех составах — 20 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего. Результаты исследований приведены в табл. 3.10.

Таблица 3.10

Влияние вида и количества модифицирующей добавки на биостойкостъ

ЖИДКОСТСКОЛЫ1ЫХ композитов

Анализ данных табл. 3.10 подтверждает тот факт, что добавление моди­ фицирующих добавок, содержащих соли тяжелых металлов, в композиты по­ зволяет получать фунгицидные составы. В то же время введение поливинилацетатной эмульсии и цинковых белил (5 мае. ч. на 100 мае. ч. жидкого стекла) в составы жидкостекольных композитов не влияет на биологическую стойкость.

Рассматривая изменение физико-механических свойств жидкостекольных композитов, модифицированных добавками, следует отметить, что все составы после выдерживания в средах микроскопических грибов теряют массу и проч­ ность (рис. 3.32—3.33). Наибольшие потери массы имеет состав с добавкой аммиачной селитры (№ 37), наименьшие — с добавкой поташа (№ 33). Проч­ ность на растяжение при изгибе больше всего понижается у составов № 36 и № 37 (соответственно с добавкой поливинилацетатной эмульсии и аммиачной селитры), прочность на сжатие изменяется в сторону уменьшения больше всего также у составов № 36 и 37.

Многолетние исследования в области биологической стойкости компози­ ционных строительных материалов свидетельствуют о том, что из большого многообразия микроскопических организмов наибольший вред промышлен­ ным и строительным материалам, изделиям и конструкциям наносят мицелиальные грибы видов Aspergillus niger и Penicillium chrysogenum [35,39,42,107, 135,237,253]. Исходя из этого нами была проведена оценка биостойкости жвдкостекольных композитов в условиях воздействия данных видов грибов. Подбор фунгицидных составов жидкостекольных композитов осуществлялся с применением метода математического планирования эксперимента. Варьируе­ мыми факторами в экспериментах были приняты содержание кремнефтористо­ го натрия (Xi) и отношения «медный купорос / поташ» и «перманганат калия / поташ» (Х2). Матрица планирования и результаты экспериментов приведены в

табл. 3.11 и нарис. 3.34.

73

Рис. 3.32. Изменение массосодсржания композитов на основе жидкого стекла составов № 30,32—37 после выдерживаиня

в средах микроскопических грибов

□— прочность нарастяжение при трехточечном изгибе

— прочность при одноосном сясатии

Рис. 3.33. Изменение относительной прочности на растяжение при трехточечном изгибе и при одноосном сжатии композитов

на основе жидкого стекла составов № 30,32—37 после выдерживания в средах микроскопических грибов

Как видно из результатов, композиты на основе жидкого стекла с добав­ кой медного купороса и поташа фунгицидны при действии гриба Penicillium chiysogenum, когда содержание данных добавок равно 2,5/2,5 мае. ч. на 20 мае. ч. кремнефтористого натрия и 100 мае. ч. жидкого стекла. Композиты на основе жидкого стекла с добавкой перманганата калия и поташа фунги­ цидны при действии триба Aspergillus niger, когда содержание данных доба­ вок находится в пределах от 5/0 мае. ч. на 15 мае. ч. отвердителя и 100 мае. ч. вяжущего до 0/5 мае. ч. на 20 мае. ч. отвердителя и 100 мае. ч. вяжущего.

74

Содерж ание кремнефтористого натрия, мае.

Содержание кремнефтористого натрия, мае. ч.

Рис. 3.34. Зависимости изменения обрастаемости при испытании по методу 3 (в баллах) жндкостекольных композитов, выдержанных в средах грибов Aspergillus niger (а,б)

и Pcnicillium chrysogenum (в,г) от содержания компонентов

77

ры возрастает подвижность элементов кремнекислородного скелета, умень­ шается жесткость связей, следовательно, требуется меньшая энергия для от­ рыва тетраэдра.

Сучетом описанных выше процессов, происходящих при взаимодей­ ствии водных растворов щелочей с кремнеземом, механизм твердения свя­ зующего на основе боя стекла представляется следующим образом. Перво­ начально под воздействием щелочи и повышенной температуры с поверх­ ности частиц стекла растворяется тонкодисперсный аморфный кремнезем, в результате чего повышается его концентрация в растворе, конденсируется пар, что приводит к понижению pH среды и вызывает реакцию поликон­ денсации с образованием геля поликремниевой кислоты, который склеивает не полностью растворившиеся частицы стекла и зерна заполнителя. Даль­ нейшее воздействие температуры в процессе термовлажностной обработки приводит к кристаллизации геля кислоты с образованием труднораствори­ мых гидроалюмосиликатных соединений.

Сцелью экспериментального подтверждения данного теоретического предположения нами были проведены исследования процессов структурообразования композитов на уровнях микро- и макроструктуры с использо­ ванием метода рентгеноструктурного анализа.

Результаты исследования сырьевых материалов показали, что на ди-

фрактограмме боя стекла в интервале углов 2 0 8— 40° наблюдается аморф­ ное гало, характерное для неупорядоченных структур, обладающих лишь ближним порядком в расположении частиц. Кроме стеклофазы в образце присутствует небольшое количество кристаллических фаз, о чем свидетель­ ствует неполный набор дифракционных рефлексов слабой интенсивности

= 0,424; 0,334; 0,228 нм), соответствующий кристаллической фазе Si02 в форме кварца и полевого шпата (</=0,322 нм).

На рентгенограмме, отражающей фазовый состав минеральной добавки, входящей в состав связующего, наблюдается ряд дифракционных отраже­ ний, относящихся к кристаллическим фазам кварца (</= 0,424; 0,228 нм), полевого шпата (</= 0,652; 0,424; 0,356; 0,346; 0,326; 0,322; 0,299 нм) и мон­ тмориллонита (</=0,242; 0,168; 0,150 нм). На дифрактограммах отвержден­ ных образцов связующего (рис. 4.1 а) фиксируются линии кристаллических новообразований с d, равным 0,707; 0,404; 0,318; 0,268 нм, соответствующие цеолиту — Na2Ca2Al6Si9O30*9H2O и щелочным алюмосиликатам типа альби­ та — NaAlSi30 8 (</= 0,374; 0,321; 0,292 нм), а также ряд дифракционных от­ ражений, относящихся к кристаллическим фазам Si02 в форме низкотемпе­ ратурных модификаций кварца (d = 0,424; 0,334; 0,228 нм).

Как известно, физико-механические свойства бетона во многом опре­ деляются структурой контакта между матричным материалом и заполните­ лем. Под влиянием процессов, протекающих на границе контакта связую­ щего с поверхностью заполняющей части, происходит формирование структуры окаймляющих и омоноличивающих слоев вокруг зернистого заполнителя. Характер и полнота этих процессов зависят от многих факто­ ров: природы минерального вяжущего и наполнителя, дисперсности по-

79

следнего, кристаллохимических свойств и структуры минералов, содержа­

ния жидкой среды в смеси, присутствия в системе поверхностно активных

идругих добавок, температуры отверждения, степени уплотнения и т. д.

б|

Рис. 4.1. Рентгенограммы отвержденного связующего:

а— зон контакта матричного материала с заполнителями;

б— гранитным щебнем; в — керамзитом; г — кирпичным боем;

д— боем стекла; е — известняковым щебнем

Фазовый состав новообразований в зоне контакта стеклощелочного связующего с заполнителями в настоящее время мало изучен. Отличитель­ ной особенностью подобных систем является повышенный уровень водо­