К вопросу использования фунгицидных добавок в борьбе с биокоррозией композиционных соединений

http://vestnik-nauki.ru/

2015, Т 1, №1

УДК 691.32

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФУНГИЦИДНЫХ ДОБАВОК В БОРЬБЕ С БИОКОРРОЗИЕЙ КОМПОЗИЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Ю.В. Денисова

TO THE USE OF FUNGICIDAL ADDITIVES IN THE FIGHT AGAINST BIOLOGICAL CORROSION COMPOSITE CONNECTIONS

Y. V. Denisova

Аннотация. В статье исследуются вопросы использования фунгицидных добавок в борьбе с биокоррозией композиционных соединений. Биоповреждения неорганических строительных материалов, к которым относят бетон, преимущественно связано с нарушением сцепления составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия минеральных и органических кислот. Показано, что применение фунгицидных добавок позволяет устранить воздействие плесневых грибов на бетоны. Предложенные фунгицидные добавки обладают фунгицидным действием, позволяют получать бетоны с повышенными плотностью и прочностью для эксплуатации в условиях биологически активных сред.

Ключевые слова: биокоррозия; фунгицидные добавки; композиционные соединения; суперпластификаторы; грибной мицелий; грибы Aspergillus niger и Penicillium; грибостойкость.

Abstract. This article examines the use of fungicidal additives in the fight against biological corrosion of composite connections. Biodeterioration of inorganic building materials, which include concrete, mainly due to the debonding of the constituents of these materials as a result of exposure to mineral and organic acids. It is shown that the application of fungicidal additives can eliminate the effects of fungi on concrete. The proposed fungicidal additives have a fungicide action, allow to obtain concrete with high density and strength for use in biologically active environments.

Keywords: biological corrosion; fungicidal admixtures; composition of compounds; superplasticizers; the mushroom mycelium; the fungi Aspergillus niger and Penicillium; fungal resistance.

Проблема борьбы с биокоррозией современных строительных материалов на сегодняшний день важна и актуальна. Строительные материалы, обладая многими ценными свойствами, вместе с тем имеют и существенные недостатки. Будучи сложными композиционными соединениями, они способны подвергаться биологическому разрушению, и прежде всего, микроорганизмами и плесневыми грибами. Потребность в надежных коррозионно-стойких материалах - постоянный стимул дальнейшего совершенствования технологии.

Вопросы защиты и предотвращения биокоррозии строительных конструкций, зданий и сооружений должны учитываться при проектировании, строительстве и реконструкции зданий и сооружений.

До настоящего времени для повышения долговечности бетона в биологически-агрессивных средах использовались фунгицидные добавки, имеющие высокую стоимость и, как правило, в большинстве случаев оказывающие побочное влияние на свойства бетона, что приводило к снижению долговечности конструктивных элементов зданий с агрессивным воздействием.

http://vestnik-nauki.ru/

2015, Т 1, №1

Биоповреждения неорганических строительных материалов, к которым относят бетон, преимущественно связано с нарушением сцепления составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия минеральных и органических кислот.

Бетонные сооружения разрушаются вследствие химической реакции между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности грибов и других микроорганизмов. Грибы разрушают камень не только химически, но и непосредственно механически. Рост биомассы микроорганизмов, внедрившихся в поры и микротрещины, способствуют разрушению бетонов. Периодическое увлажнение и высыхание сопровождается значительным колебанием объема клеток, что приводит к циклическому давлению на стенки трещин и, как следствие, к разрушению цементного камня. Способность грибного мицелия концентрировать на своей поверхности большое количество влаги, усиливает разрушительный эффект циклического замораживания и оттаивания воды в порах и трещинах камня.

Применение фунгицидных добавок позволяет устранить воздействие плесневых грибов на бетоны. Биоциды, предназначенные для защиты строительных материалов, должны быть высокоактивными, безвредными для человека и легко совместимыми со строительными материалами.

Синтезированные в нашем университете суперпластификаторы серии СБ на основе отходов производства резорцина, фенола, легкой и тяжелой пиролизных смол, а именно суперпластификаторы СБ-3, СБ-5 удовлетворяют токсикологическим, синитарно -гигиеническим требованиям и по эффективности не уступают известным, а некоторые более эффективны. Суперпластификатор СБ-3 по ГОСТ 12.1.007-76 относится к веществам 4 класса опасности (малоопасные вещества).

В составе суперпластификаторов серии СБ находится бензольное кольцо (то есть соединения бензольного типа). Фенол же сам обладает бактерицидными и дезинфицирующими свойствами. Впервые он был использован в медицине как антисептик Листером в 1867году. Наличие фенольных групп в составе СБ-3 позволяет предполагать, что они будут иметь фунгицидные свойства. За счет двух свободных электронов у каждого углерода, получается высокая электронная плотность, приходящаяся на атомы углерода, то есть у суперпластификатора СБ-3 высокая электронная плотность приходится на меньшее количество атомов углерода. Этим объясняются фунгицидные свойства этого суперпластификатора. Объектами исследований при изучении вопроса предотвращения биокоррозии строительных материалов были образцы с добавками СБ-3, С-3, ЛМГ.

Проведенные испытания по определению грибостойкости и фунгицидности цементных образцов с добавками СБ-3, С-3, ЛМГ показали, что стойкость к воздействию плесневых грибов у исследованных образцов с добавкой СБ-3 достаточно высока. Все испытанные цементные образцы с СБ-3 обладают грибостойкостью и являются фунгицидными, в отличие от добавки ЛМГ (наличие благоприятной среды для развития плесневых грибов).

Являясь типичными гетеротрофами, Aspergillus niger и Pénicillium не использует бетоны с СБ-3 в качестве источника питания для своего развития и жизнедеятельности. При наличии во внешней среде необходимых питательных веществ, плесневые грибы могут активно заселять исследованные образцы, которые не обладают способностью подавлять или сдерживать рост сообщества микроорганизмов. При этом показано, что оценка по 6-ти балльной шкале (образец/среда) в баллах для ЛМГ составляет 4 / 4-5 балла, а для СБ-3 (0,35%) - 0 / 0 баллов, таким образом доказано экспериментальным путем, что СБ-3 снижает рост плесневых грибов.

Важным показателем биостойкости бетонов является зависимость pH водной вытяжки из бетонов с течением времени, так как большая часть грибов размножаясь, приводит к уменьшению значения pH. В процессе жизнедеятельности выделяются также продукты

Вестник науки и образования Северо-Запада России

http://vestnik-nauki.ru/ -------

~~^ --2015, Т. 1, №1

биокоррозии, приводящие к снижению значения pH. Для сравнения использовали известный суперпластификатор С-3 и ЛМГ.

Зависимость изменения pH водной вытяжки из бетонов, зараженных грибами, показала, что введение суперпластификатора С-3 приводит к незначительному возрастанию рН по сравнению с контрольным образцом. Введение ЛМГ приводит к снижению биоцидных свойств бетона, значительно снижая значение рН. Это обусловлено тем, что основой строения добавки ЛМГ являются лигносульфонаты, которые служат питательной средой для роста плесневых грибов. В то же время введение суперпластификатора СБ-3 резко снижает падение рН во времени, что обусловлено наличием резольных групп в составе данной добавки. Такое изменение рН позволяет сделать вывод о проявлении фунгицидных свойств добавки СБ-3. Изменение прочности цементных образцов во времени с различными добавками (образцы заражали спорами плесневых грибов) показало, что введение добавки СБ-3 показывают устойчивый рост прочности бетона во времени, что обусловлено меньшим воздействием биокоррозии на бетоны с СБ-3 и согласуется с представленными данными по грибостойкости.

Таблица 1 - Определение грибостойкости и фунгицидности цементных образцов с добавками СБ-3, С-3, ЛМГ_

№ п/п Добавка (вид) § 1 о4 К В/Ц Прочность образцов без грибов Ясж, МПа Прочность образцов с грибами Ясж, МПа Оценка по 6-ти балльной шкале (образец/среда) в баллах

1 Контроль 0 0,3 59,25 59,00 2 / 3

2 ЛМГ 0,3 0,3 43,7 23,1 4 / 4-5

3 С-3 0,4 0,3 66,50 63,50 0 / 2-3, бок. поверх. 1-2 балла

4 С-3 0,6 0,3 66,25 56,25 0 / 1-3, боковая грань 1 балл

5 С-3 0,4 0,255 60,25 59,00 1(отдельные гифы) / 1-2

6 С-3 0,6 0,255 73,00 68,00 0-1 / 1-2

7 СБ-3 0,1 0,3 28,75 41,25 0 / 0-1

8 СБ-3 0,2 0,255 54,00 51,75 0 / 1

9 СБ-3 0,35 0,255 59,8 66,9 0 / 0

Во многих отраслях в настоящее время используются материалы: полимерные, гипсовые, газосиликатные, цементные бетоны, железоокисный стеклокомпозит. Ценные физико-химические свойства, которыми они обладают, позволяют использовать их в жестких экологических условиях. Широкое использование техногенных материалов приводит к завоеванию новых экономических площадок, либо к существенным изменениям в структуре микробных ценозов. В свою очередь активное функционирование микроорганизмов способствует преждевременному разрушению материалов и изделий. Потребность в надежных коррозионностойких материалах - постоянный стимул дальнейшего совершенствования технологии, а также строительных изделий и материалов. Проблема борьбы с биокоррозией современных строительных материалов на сегодняшний

http://vestnik-nauki.ru/

2015, Т 1, №1

день важна и актуальна. Ущерб, причиняемый биокоррозией, достигает миллиардов долларов в год и продолжает возрастать по мере накопления запасов материалов и изделий.

Эксплуатация архитектурных и строительных объектов происходит при активном действии температуры, влажности, химических веществ и микроорганизмов окружающей среды. Сочетание благоприятной кислотности и высокой влажности приводит к заселению микроорганизмами поверхности строительных материалов и последующему микрозональному проникновению их вглубь материала. При этом возможно изменение состава и прочности материала, а продукты деструкции материала и жизнедеятельности микроорганизмов могут быть токсичными.

Обладая уникальным ферментативным аппаратом, грибы способны разрушать практически все материалы, на которые попадают их споры, превращая их в простые минеральные соединения. Только наличие в веществе ферментных ядов может приостановить разрушающее действие грибов. На поверхности образцов всегда существуют микроорганизмы в неактивном состоянии. Одним из наиболее распространенных способов защиты материалов от биоповреждений является использование химических соединений, обладающих биоцидным действием. Таким образом, результаты данной работы показывают, что суперпластификатор СБ-3 на основе резорцин-формальдегидных олигомеров является добавкой, сочетающей эффективные пластифицирующие и фунгицидные свойства, которую можно использовать при изготовлении всех конструктивных элементов зданий и сооружений.

Наиболее распространенным методом защиты от воздействия плесневых грибов является использование фунгицидных добавок. Добавки фунгицидов наносят на поверхность материала или вводят в его состав на стадии изготовления материала или изделия. Использование фунгицидов также имеет существенные ограничения. Многие из применяемых в настоящее время фунгицидных добавок, вводимых в состав материала, ухудшают его физико-механические свойства. Проблема поиска и разработки новых эффективных фунгицидов, не ухудшающих прочностные показатели строительных материалов, на сегодняшний день остается актуальной задачей.

Для придания фунгицидных свойств тяжелым и легким бетонам предлагается использование полифункциональных модификаторов на основе разработанного в БГТУ им. В.Г. Шухова резорцинформальдегидного суперпластификатора СБ-3 [2] и неорганических ускорителей твердения, обладающих выраженным фунгицидным действием. Наличие в модификаторе суперпластификатора СБ-3 способствует увеличению подвижности бетонной смеси с 2-4 до 20 и более см без снижения прочности бетонов при постоянном В/Ц отношении, снижению водопотребности бетонной смеси до 20% для равноподвижных бетонных смесей, сокращению расхода цемента до 20%. Пептезирующее действие суперпластификатора СБ-3 приводит к образованию более мелкокристаллической структуры, способствующей уплотнению цементного камня и уменьшению микротрещин внутри тела бетона и на его поверхности.

Ускорители твердения, в свою очередь, ускоряют гидратационные процессы и структурообразование бетона. При введении в состав бетона добавки ускорителя твердения бетона заряд клинкерных частиц уменьшается, что приводит в наыальный период к уменьшению слоя адсорбируемой ими воды, создавая предпосылки для получения более плотного и прочного бетона. Наряду с этим, вводимая добавка увеличивает скорость взаимодействия клинкерных фаз цемента с водой (гидратация) и соответственно скорость твердения бетона.

Как показали лабораторные исследования, введение полифункциональных модификаторов в состав бетона в количестве 0,1-0,25% от массы цемента, полностью подавляет рост плесневых грибов, выделенных с поверхности аналогичных и незащищенных образцов бетонов. Прочностные характеристики цементного камня с исследуемыми добавками при заражении спорами плесневых грибов не снижается, а наоборот несколько

Вестник науки и образования Северо-Запада России

http://vestnik-nauki.ru/ -------

--2015, Т. 1, №1

увеличиваются за счет увеличения подвижности цементного теста, снижения В/Ц отношения, уменьшения микротрещин в теле бетона и уплотнения его структуры.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что исследуемые добавки обладают фунгицидным действием, позволяют получать бетоны с повышенной плотностью и прочностью для эксплуатации в условиях биологически активных сред.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Шаповалов И.В., Огрель Л.Ю., Косухин М.М., Павленко В.И., Попова Ю.В., Шаповалов Н.А., Слюсарь А.А. Фунгицидный модификатор минеральных строительных композиций. Патент 2235695 РФ // Опубл. 07.10.02 С. 6.

2. Косухин М.М., Шаповалов Н.А., Денисова Ю.В. Вибропрессованные бетоны с различными типами пластифицирующих добавок // Известия вузов. Строительство, 2007. № 6. С. 26-29.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Денисова Юлия Владимировна ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», г. Белгород, Россия, канд. технич. наук, доцент кафедры архитектурных конструкций.

E-mail: jdenisowa@mail.ru

Denisova Yuliya Vladimirovna FSEI HPE «Belgorod state technological University named after. V.G. Shukhov», Belgorod, Russia, PhD. Techn. Sciences, associate Professor of architectural designs. E-mail: jdenisowa@mail.ru.

Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с автором статьи: 308024, Белгород, улица Щорса, дом 3, кв. 60, 89103659590