Введение к работе
Актуальность работы. На предприятиях пищевой, химической, медицинской, микробиологической промышленности, в зданиях и сооружениях сельскохозяйственного и транспортного назначений, а также в жилых и общественных зданиях строительные материалы и изделия подвержены поражению микроорганизмами. Значительную роль в разрушениях играют микроскопические организмы: бактерии, грибы, актиномицеты, для развития и размножения которых здесь создаются благоприятные условия, так как мельчайшие частицы органического вещества почвы, растений, животных, служащие бактериям и грибам питательным субстратом и практически всегда присутствующие в воздухе, оседают на поверхность конструкций.
Натурные обследования зданий и сооружений и эксперименты по изучению поведения материалов в условиях воздействия микроорганизмов свидетельствуют о снижении их физико-механических свойств и разрушениях. Подсчитано, что ущерб, причиняемый зданиям и сооружениям в результате биологических разрушений, составляет многие десятки миллиардов долларов ежегодно.
Степень разрушительного воздействия микроорганизмов определяется физическими, химическими, биологическими и другими факторами. Поражение наиболее интенсивно идет при повышенной влажности, относительно высоких температурах, обилии пыли и загрязнений органической природы. При благоприятных для развития микроорганизмов условиях разрушительные процессы начинаются с переноса их на поверхность изделий, адсорбции, образования и роста микроколоний за счет разрастания гифов и спор, сопровождающегося выделением продуктов метаболизма, их накоплением и коррозионным воздействием.
Актуальность темы диссертации обусловлена тем, что дорожные и кровельные материалы на основе битумных связующих также подвержены негативному воздействию микроорганизмов и продуктов их метаболизма. Установленные в работе количественные зависимости изменения стойкости композитов в биологически агрессивных средах и разработанные биоцидные составы могут быть использованы для внедрения материалов с заданными свойствами. Кроме того, предлагаемые методы моделирования микробиологической коррозии и полученные в результате исследований регрессионные модели позволяют производить оценку долговечности конструкций и изделий на основе битумных связующих, подверженных воздействию биологически агрессивных сред.
Цель и задачи исследований. Целью работы является экспериментально-теоретическое исследование биокоррозии и биологического сопротивления дорожных и кровельных материалов на основе битумных связующих.
Для выполнения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:
-
определить видовой состав биодеструкторов, заселяющихся на дорожных и кровельных материалах на основе битумных связующих;
-
исследовать влияние загрязнений окружающей среды на видовой состав микроорганизмов в дорожных и кровельных битумных композиционных материалах; .
-
осуществить комплексные исследования биологического сопротивления битумных композитов;
-
провести оценку интенсивности размножения микроорганизмов на строительных материалах и изделиях на основе нефтяных битумов и агрессивного воздействия продуктов их метаболизма;
-
обосновать модель и выявить зависимости биологического разрушения битумных композитов под воздействием продуктов метаболизма микроскопических грибов;
-
при помощи многоуровневых планов эксперимента получить экспериментально-математические зависимости, пригодные для прогнозирования долговечности битумных композиционных материалов от структурных параметров и концентрации биологически агрессивной среды;
-
исследовать изменение физико-механических характеристик битумных композиционных материалов в зависимости от концентраций компонентов химически агрессивных сред, моделирующих продукты метаболизма микроорганизмов, и сроков экспозиции образцов в этих средах;
-
получить составы повышенной биостойкости и внедрить результаты, полученные в ходе выполнения работы, при возведении зданий и сооружений.
Научная новизна работы. Выявлены основные зависимости протекания процессов биокоррозии композиционных строительных материалов на основе битумных связующих.
Исследовано влияние загрязнений окружающей среды на видовой состав микроорганизмов в битумных композиционных материалах.
Установлены зависимости влияния структурообразующих факторов композиционных строительных материалов на основе битумных связующих на процессы биокоррозии и биосопротивления.
Получены количественные зависимости изменения во времени модуля деформации (т.е. модуля упругости) битумных композитов от их структурных параметров и степени агрессивности среды.
Установлены количественные зависимости изменения физико-механических свойств материалов в процессе биокоррозии.
На защиту выносятся:
-
теоретическое и экспериментальное обоснование процессов разрушения материалов на основе битумных связующих, протекающих вследствие воздействия биологически агрессивной среды;
-
результаты исследований, направленные на изучение видового состава микроорганизмов, заселяющихся на дорожных материалах на основе битумных связующих;
-
исследования, проведенные для выявления механизма биокоррозии материалов на основе нефтяного битума;
-
экспериментальное подтверждение результатов теоретических исследований, показавшее правомерность выводов и заключений о биологическом факторе коррозии материалов на основе нефтяного битума;
-
составы биостойкого асфальтобетона для устройства покрытий, находящихся в неблагоприятных производственных условиях.
Практическая значимость работы. Подобраны и оптимизированы эффективные составы асфальтобетонных смесей, обладающих необходимыми
физико-механическими свойствами и повышенной стойкостью в биологически агрессивных средах.
Разработана технология получения модифицированного биоцидным соединением минерального порошка, которая не требует дополнительных энергозатрат и капитальных вложений, при сохранении высокого качества получаемой продукции.
Результаты исследований могут быть использованы для оценки долговечности битумных композиционных материалов в условиях биологически агрессивных сред.
Внедрение результатов работы. По результатам проведенных исследо
ваний была изготовлена опытно-промышленная партия асфальтобетонной сме
си для устройства опытно-экспериментального участка. Асфальтобетонная
смесь с применением биоцидной добавки - четвертичного аммониевого соеди
нения на основе смоляных кислот, была уложена в дорожном покрытии площа
док на автостоянке фузового транспорта на территории Саранского филиала
ОАО «Объединенные Пивоваренные заводы», п. Ялга, Республики Мордовия в
t октябре 2003 года, и при устройстве площадок на автостанции г. Саранска в
сентябре 2004г. На ОАО «Мордовспецстрой» в г. Саранске осуществлена при
вязка разработанной технологии изготовления модифицированного минераль
ного порошка к существующей технологии. Опыт эксплуатации показал более
і высокие физико-механические характеристики разработанного асфальтобетона
в сравнении со стандартными составами.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на сле
дующих международных, всероссийских и межвузовских конференциях и се
минарах' Всероссийской научно-технической конференции «Современные тех
нологии материалов и конструкций», посвященной 150-летию со дня рождения
акад. В.Г. Шухова (Саранск. 2003 г); Международной научно-практической
конференции «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов»
(Йошкар-Ола. 2004 г), Международной, научно-технической конференции
«Актуальные вопросы строительства» (Саранск. 2004 г.); IV республиканской
научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордо-
i вия» (Саранск. 2005 г); Международной научно-практической Интернет-
конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (Белгород. 2005 г); X научной конференции Молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск. 2005 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованных источников, включающего 190 наименований; изложена на 186 страницах машинописного текста, включает 60 рисунков, 14 таблиц, 9 приложений. Работа выполнена на кафедре строительного производства Мордовского государственного университета.
Автор благодарит сотрудников кафедры строительного производства Мордовского государственного университета Е.А. Морозова, А.Д. Богатова, Д.А. Губанова за консультации, советы и помощь в работе над диссертацией.
