Введение к работе
Актуальность работы. Воздействие биологических агрессивных сред на строительные материалы зависит от свойств материалов и условий эксплуатации строительных конструкций в зданиях и сооружениях. Опасность биоповреждений материалов в зданиях и сооружениях увеличивается в условиях повышенной влажности и температуры, а также наличия различных загрязнений. Из-за повышенной влажности на стенах, покрытиях полов, оборудовании и на полу конденсируется вода. В щелях, трещинах, углублениях и неровностях и других дефектах стен и полов скапливаются споры грибов и бактерий и создаются благоприятные условия для их роста. На предприятиях пищевой промышленности имеются загрязнения органическими веществами. Повышенная опасность биоповреждений создается также в банях, бассейнах, в больницах, школах, на вокзалах и других общественных зданиях и сооружениях. Применяемые в этих зданиях и сооружениях материалы, так же как материалы интерьера и мебели, требуют оценки биологической стойкости и разработке мероприятий по защите от биоповреждений.
Поиск эффективных мер противодействия биоповреждениям различных материалов - одна из самых важных научных и практических проблем, которую человеческая цивилизация решает на протяжении всего своего существования. Интенсивная хозяйственно-технологическая деятельность в городах инициирует процессы биологической и химической коррозии строительных материалов, которые контактируют с агрессивными веществами из газовых выбросов, жидких отходов различных производств, коммунальных хозяйств, а также отходов жизнедеятельности населения. При эксплуатации жилых домов участились случаи обильного роста плесени в теплые и влажные сезоны, особенно внутри санитарно-технических кабин. Становится все более очевидной необходимость разработки и внедрения мер по предупреждению и ликвидации последствий биоповреждения различных материалов и конструкций. В промышленно развитых странах уже давно ведется учет потерь от всех видов коррозии, в том числе и от биокоррозии, а также разрабатываются и внедряются эффективные меры по противодействию процессам биоразрушения. В нашей стране такой учет, к сожалению, ведется не достаточно полно и, соответственно, отсутствует оценка реального экономического ущерба от разрушительного воздействия биодеструкторов и затрат по внедрению мероприятий по повышению биостойкости. В связи с этим разработка таких мероприятий остается актуальной.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование биологической деструкции и разработка методов повышения биологического сопротивления строительных композитов в условиях воздействия микроскопических организмов и продуктов их метаболизма и разработка методики технико-экономической оценки биоповреждений материалов и изделий и расчета затрат на мероприятия по повышению их биостойкости.
В целом задачи исследований состоят в следующем:
Исследовать закономерности изменения физико-механических свойств композитов на основе неорганических и органических связующих при воздействии биологически активных сред.
Выполнить сравнение показателей стойкости композитов в биологических и химических агрессивных средах.
Разработать эффективные способы, позволяющие повысить долговечность материалов и изделий в условиях воздействия биологических агрессивных сред и улучшить их физико-механические свойства.
Установить основные физико-технические свойства строительных материалов, обладающих биоцидными свойствами.
Разработать методику оценки экономического ущерба от биоповреждений материалов и изделий зданий и сооружений.
Разработать методику для технико-экономического обоснования мероприятий по повышению биостойкости материалов, изделий и конструкций.
Внедрить результаты исследований в части повышения биостойкости строительных материалов и изделий и разработки методик для технико-экономической оценки ущерба от биоповреждений и мероприятий по биозащите зданий и сооружений.
Научная новизна работы.
Выявлены закономерности изменения свойств гипсовых, цементных, жидкостекольных, полиэфирных, фурановых, эпоксидных композитов в биологически активных средах и установлены наиболее агрессивные из всей совокупности сред. Выполнено сравнение показателей с полученными при химической коррозии. Коэффициент стойкости в средах метаболизма мицелиальных грибов и бактерий может понижаться до 2-4 раз, вплоть до полной потери целостности.
В результате физико-химических и биологических исследований обоснованы способы повышения биостойкости строительных материалов и изделий посредством пропитки готовых изделий фунгицидными составами, введения в смеси биоцидных добавок и обработки поверхности наполнителей биоцидными препаратами.
Разработаны регрессионные модели и выявлено совместное влияние фунгицидных соединений и уплотняющих, противоморозных добавок, позволяющих одновременно повысить биостойкость, плотность и морозостойкость цементных композитов.
Практическая значимость работы.
Определены составы строительных композитов на основе органических и неорганических связующих, обладающие повышенной стойкостью в биологически активных средах.
Определены составы комплексных добавок, способствующих повышению биостойкости и других физико-механических свойств композитов.
Разработаны методы определения и учета эксплуатационных расходов на защиту от биоповреждений зданий и сооружений, принципы определения абсолютной и относительной экономической эффективности повышения биостойкости строительных конструкций на стадиях их проектирования и изготовления.
Внедрение результатов работы. Разработанная технология прошла промышленную апробацию на ОАО «ЖБК-1» , ГУП РМ «Совхоз «Белотроицкий», ОАО «Проектный институт «Мордовгражданпроект» в г. Саранске.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих внутривузовских, всероссийских и международных конференциях и семинарах: Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010); V республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск, 2006); Второй Междунар. науч.-техн. конф. «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 2006); XI Международной научно-технической конференции при XI специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство – 2007» «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, 2007); научной конференции «XXXV Огаревские чтения» (Саранск, 2007); Пятой Международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие городов и новации жилищно-коммунального комплекса» (Москва, 2007); Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство - актуальные проблемы» - (Ереван, 2008); Международной научно-технической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2008); V Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 31 работа (в том числе три статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ). В Федеральный институт интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам поданы 2 заявки на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, выводов, списка использованной литературы из 245 наименований. Она изложена на 216 страницах машинописного текста, включает 30 рисунков, 32 таблицы, 10 приложений.
Диссертационная работа выполнена 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»
Работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева. Автор выражает глубокую благодарность доцентам А.Д.Богатову и С.В. Казначееву за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы.