Применение биоцидных добавок в бетоне

Применение биоцидных добавок в бетоне

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова»

Факультет бизнеса

Управление проектами и программами

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Технологические основы управления проектами»

на тему «Применение биоцидных добавок в бетоне»

Выполнил:

студент группы 33-07 очной формы обучения Факультета бизнеса

Пиксайкин Никита

Научный руководитель: д.т.н., проф. Дмитриев Александр Николаевич

Москва - 2014

Содержание

Введение

. Биоповреждения цементных композитов, механизмы биокоррозии и методы защиты

.1 Биоповреждения цементных композитов. Влияние микроорганизмов на экологию

.2 Методы защиты от биоповреждений

. Анализ себестоимости производства бетонов на примере ОАО «Завод ЖБК-1»

.1 Анализ себестоимости производства бетонов

.1.1 Анализ себестоимости производства бетона класса В7,5

.1.2 Анализ себестоимости производства бетона класса В15

.1.3 Анализ себестоимости производства бетона класса В25

.1.4 Анализ себестоимости производства бетона класса В30

.2 Анализ потерь от биоповреждений цементных композитов

.2.1 Анализ потерь от биоповреждений цементных композитов под действием бактерий

.2.2 Анализ потерь от биоповреждений цементных композитов под действием плесневых грибов

. Описание получения технологии биоцидных бетонов

.1 Материалы для исследований. Методы исследований

.2 Бетоны с биоцидной добавкой «Тефлекс Антиплесень»

.3 Бетоны с биоцидной добавкой «Тефлекс - индустриальный»

.4 Бетоны с биоцидной добавкой «Тефлекс дезинфицирующий»

. Экономическая эффективность разработки технологии получения биоцидных бетонов

Заключение

Список использованных источников

Введение

Биозаражения зданий и сооружений ведут к нарушению экологической ситуации. Совокупность экстремальных изменений окружающей среды, проявляющаяся в виде различных процессов инфицирования и биодеградации строительных материалов и конструкций, представляет серьезную угрозу внутригосударственным мерам по безопасности жизнедеятельности людей, защите их здоровья. Для повышения долговечности строительных конструкций и улучшения экологической ситуации необходимо принимать меры, снижающие или исключающие агрессивное биологическое воздействие.

В настоящее время проблеме повышения долговечности изделий и конструкций зданий и сооружений уделяется все большее внимание. Это обусловлено тем, что в связи с постоянной химизацией народного хозяйства и расширением внедрения биотехнологических процессов в производство на строительные материалы и изделия воздействует все большее число агрессивных сред, одними из которых являются микроорганизмы и продукты их метаболизма.

Установлено, что более 50% общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Биоповреждениям подвержены практически все материалы, в то числе цементные растворы и бетоны, композиционные материалы на других связующих, древесина и т. д. Эти материалы эксплуатируются в условиях, благоприятных для размножения микроорганизмов: на мясомолочных комбинатах, в овощехранилищах, животноводческих зданиях и т. д. Плесневые повреждения часто можно встретить на внутренних стенах больниц, церквей и монастырей, винных погребов, различных помещений предприятий пищевой промышленности, на произведениях искусства, памятниках архитектуры, в жилых помещениях.

Актуальность данной работы обусловлена необходимостью описания таких биоцидных препаратов, которые:

− не загрязняют окружающую среду;

− способны противостоять микроорганизмам различных систематических групп (бактерии, плесневые грибы и т. д.);

− имеют длительный срок защитного действия;

− доступны и дешевы.

История создания бетона

Бетон, как искусственный строительный материал, состоящий из воды, вяжущего вещества и заполнителей, известен с самой глубокой древности. Жители Междуречья использовали его при возведении своих жилищ и хозяйственных построек более 7000 лет назад. В сербском поселке Лапински Вир, что на берегу Дуная, в одной из хижин поселения каменного века, был обнаружен бетонный пол толщиной 25 см. Археологи датируют находку шестым тысячелетием до н.э. Бетон использовали и строители Великих пирамид. Есть основания полагать, что знаменитый Египетский лабиринт, который, по выражению Геродота, «превосходит размерами пирамиды», был построен именно из этого материала.

Древние римляне вывели строительство из бетона на новый уровень - они оставили после себя не просто какие-то черепки и фундаменты зданий, а целые кварталы бетонных построек. Даже сегодня не потеряли своей значимости конструктивные особенности римских бетонных дорог, полов, сводов и куполов. К сожалению, технология изготовления римского бетона была безвозвратно утрачена в средние века.

Древний бетон, разумеется, отличался от современного. Главное отличие - в его составе не было цемента. Роль вяжущего вещества выполняли глина, гипс или известь. Впервые вещество, приближенное по своим свойствам к нынешнему цементу, было получено англичанином Джеймсом Паркером в 1796 году. Однако свойства нового материала, полученного в результате обжига глины с известью, были далеки от идеала, и строители остались верны старой доброй каменной кладке. Тридцать лет спустя англичанин Джозеф Аспдин и наш соотечественник Егор Челиев независимо друг от друга объявили о создании цемента. В 1825 году Челиев даже выпустил книгу, обобщающую свои опыты - «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель, или цемент, весьма прочный для подводных строений, как то: каналов, мостов, бассейнов и плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений». Известно, что цемент, созданный Челиевым, был использован во время восстановления Кремля после пожара 1812 года. Тем не менее весь западный мир убежден, что пальма первенства в создании цемента единолично принадлежит Аспдину.

Интересно, что современный цемент в мешках, который мы покупаем в строительных супермаркетах, очень близок по свойствам тому самому портландцементу, полученному Аспдином и Челиевым почти 200 лет назад.

Изобретение цемента и дальнейшее его смешивание со щебнем (гравием), песком и водой, позволило получить инновационный строительный материал -бетон. Следующим этапом этой строительной революции, благодаря которой мы живем и работаем в прочных, относительно недорогих в изготовлении, многоэтажных домах, было появление железобетона и железобетонных изделий (ЖБИ).

Вероятно, мы никогда не узнаем имя человека, впервые решившего совместить металлический остов и бетонный массив. В середине 19 века строители в Европе стихийно начали применять эту технологию, еще не подозревая об истинных свойствах полученного материала. В 1854 году прозорливый английский штукатур Уильям Уилкинсон получил патент на тандемное использование железа и бетона, однако первым, кто досконально изучил и описал свойства ЖБИ, был французский подрядчик Франсуа Куанье. Он построил из железобетона сразу несколько зданий, а 1861 году выпустил книгу, в которой обобщил свои опыты. Четыре года спустя в Нью Кастле был построен дом, полностью состоящий из железобетонных конструкций, а к концу 19 века эта технология распространилась по всей Европе и Америке.

По какой-то невероятной прихоти судьбы, ни Уилкинсон, ни Куанье не считаются изобретателями ЖБИ. Это почетное звание досталось простому садовнику Жозефу Монье. Летом 1861 года он обнаружил, что бочка, в которой было посажено апельсиновое дерево, треснула. Монье обтянул было бочку металлическими обручами, но от частых поливов они довольно скоро проржавели. Тогда изобретательный садовник обмазал всю конструкцию раствором - получилось и прочно, и красиво. Не долго думая, новатор побежал в патентное бюро и запатентовал «садовые кадки из железа и цементного раствора». Он бросил былое ремесло и с головой окунулся в железобетонное дело - поставил на поток производство кадок, построил первый железобетонный бассейн, взял патенты на резервуары и ЖБИ трубы. В 1869 году Жозеф Монье начал производить железобетонные плиты перекрытия и перегородки и также запатентовал это изобретение. Так постепенно он снискал себе славу «короля ЖБИ» и изобретателя нового революционного строительного материала.

Непосредственно биоцидные добавки, добавляемые в бетон, появились около 5 лет назад и только находят свое практическое применение в строительстве.

1. Биоповреждения цементных композитов, механизмы биокоррозии и методы защиты

.1 Биоповреждения цементных композитов. Влияние микроорганизмов на экологию

В настоящее время актуальны исследования по биодеградации и биосопротивлению строительных материалов, которые в процессе эксплуатации в гидротехнических сооружениях, животноводческих и птицеводческих помещениях, зданиях предприятий мясомолочной промышленности, кожевенных фабрик, овощехранилищах, плавательных бассейнах и т. д. подвергаются разрушающему действию биологически активных сред. Микроорганизмы постоянно и повсеместно обитают в среде пребывания человека, используя органические и неорганические соединения, входящие в состав всего созданного человеком как питательный субстрат. Установлено, что в настоящее время более 50% общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Отечественными и зарубежными исследователями установлено, что биоповреждениям подвержены практически все материалы, в том числе полимерные, цементные растворы и бетоны, древесина. Под биоповреждениями понимают разрушение материалов и нарушение работоспособности изделий в результате воздействия биологических агентов и продуктов их жизнедеятельности.

Грибы разрушают каменные материалы не только химически, но и механически. Рост биомассы микромицетов, внедрившихся в поры и микротрещины, способствует расширению последних и усталостному разрушению камня. Грибы, растущие на камнях, задерживают пыль и грязь, заносимые ветром и птицами. Ученые изучали биоповреждение бетонов в конструкциях подвальных помещений цехов хлебозавода, продолжительность эксплуатации которых составит 50 лет. Осмотр конструкций показал, что их поверхность во многих местах покрыта многочисленными колониями плесневых грибов родов Aspergillus, Penicillium, Cladosporium. Установлено, что поверхностная прочность бетонов здесь снижалась в 2 раза.

Биологическое повреждение зданий с наружной стороны связано, как правило, с нарушением водоотводящих элементов, гидроизоляции, запыленностью фасадов и повышенным содержанием в атмосфере аммиачных, сернистых, углеродистых и других соединений. И не случайно фактические сроки службы бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемые примерно в одинаковых условиях, различаются в 3-7 раз.

В последние годы отмечается рост разнообразия и численности микроорганизмов, вызывающих биоповреждения материалов и сооружений. Возросла агрессивность известных видов. Внедрение новых материалов в строительство лишь на первых порах способствуют ограничению этого вида разрушения. Подсчитано, что ущерб, причиняемый объектам в результате биоповреждений, составляет многие десятки миллионов долларов. Процессы биоразрушений прогрессируют с каждым годом. Выборочное обследование зданий и сооружений в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Владивостоке, Якутске, Саранск и в других городах показало, что большое их число поражено микроорганизмами многих видов.

Совокупность экстремальных изменений окружающей природной среды, проявляющая себя в виде различных процессов инфицирования населения и биодеградации материалов и строительных конструкций, представляет серьезную угрозу безопасности жизнедеятельности людей и препятствует внутригосударственным мерам по защите их здоровья. Риск возникновения и развития биоповреждений следует исключить на самой ранней стадии, т. е. уже при проектировании строительных изделий и конструкций, так как внешне безобидные пятна плесени, разрушающие материалы, могут представлять серьезную опасность для людей и животных. Не исключено, что микроорганизмы, для которых питательной средой являются вещества, вредные для человека, становятся значительно более вредными для человека и животных, чем сами эти вещества. Специальный журнал Европейского медицинского общества сообщает, что попавшие в человеческий организм небольшие дозы микотоксинов могут вызвать через несколько лет появление раковых опухолей.

1.2 Методы защиты от биоповреждений

Изучение работ отечественных и зарубежных авторов в области биотехнологии позволило обобщить основные методы борьбы с биоповреждениями композиционных строительных материалов . Они могут быть временными и длительными (рисунок 1.1). Чтобы правильно и эффективно применять те или иные методы зашиты материалов и конструкций, необходимо знать видовой состав специфических возбудителей биоповреждений в различных условиях. Существуют различные методы обнаружения выделения микроорганизмов.

Химические методы

Один из наиболее эффективных и длительно действующих способов защиты строительных материалов и конструкций от поражений микроорганизмами - применение биоцидных соединений. Последние вводят в состав материала при его изготовлении или методом пропитки. Кроме того, на поверхность материалов и изделий, подверженных микробному поражению, наносят биоцидные лакокрасочные и клеющие покрытия.

Биоциды, использующиеся для уничтожения микроорганизмов, можно разделить на две группы:

-               фунгициды - для защиты материалов и изделий от повреждения грибами (главным образом плесневыми);

-               бактерициды - для защиты от гнилостных, слизеобразующих, кислотообразующих и других бактерий.

Как уже отмечалось, основной ущерб строительным материалам и конструкциям в зданиях с биологически активными средами причиняют микроорганизмы, прежде всего плесневые грибы. Применяемые для облицовки пористые силикатные материалы с целью защиты их от поражения микромицетами обрабатывают гидрофобизирующими жидкостями с добавками фунгицидов. Хорошие результаты получены при обработке облицовочных материалов из белого цемента, туфа и ракушечника 2 % раствором метилсиликоната натрия (гидрофобизатора) с добавкой хлористого цинка и медного купороса. Такая обработка, повышает не только грибостойкость, но и механическую прочность строительного материала.

2 Анализ себестоимости производства бетонов на примере ОАО «Завод ЖБК-1»

.1 Анализ себестоимости производства бетонов

В рыночных условиях хозяйствования актуальным остается исчисление (расчет) фактической себестоимости единицы каждого вида продукции (изделия, работ, услуг) и ее анализ с целью реальной оценки их рентабельности и изыскания дополнительных резервов снижения затрат.

Себестоимость продукции является важнейшим показателем экономической эффективности ее производства. В ней отражаются все стороны хозяйственной деятельности, аккумулируются результаты использования всех производственных ресурсов. От ее уровня зависят финансовые результаты деятельности предприятий, темпы расширенного воспроизводства, финансовое состояние субъектов хозяйствования, конкурентоспособность продукции.

Планирование и учет себестоимости на предприятиях ведут по калькуляционным статьям расходов. Группировка затрат по назначению, т. е. по статьям калькуляции, указывает, куда, на какие цели и в каких размерах израсходованы ресурсы. Она необходима для исчисления себестоимости отдельных видов изделий в многономенклатурном производстве, установления центров сосредоточения затрат и поиска резервов их сокращения.

Калькуляции рассчитаны по технико-обоснованным нормативам, среднеплановым нормам, договорным и другим условиям. Правильный выбор базы распределения постоянных расходов по видам продукции и ее обязательное использование при фактическом калькулировании оказывает существенное влияние на определение степени рентабельности отдельных видов изделий, работ и услуг, учитывая, что в современных условиях продажная цена устанавливается рынком. Проведем анализ себестоимости производства бетонов классов В7,5, В15, В25, В30, производимых ОАО «Завод ЖБК-1».

.1.1 Анализ себестоимости производства бетона класса В7,5

Калькуляция себестоимости бетона класса В7,5

2.1.2 Анализ себестоимости производства бетона класса В15

Калькуляция себестоимости бетона класса В15

Аналогично анализу себестоимости бетона класса В7,5 составим сводную таблицу и более детально изучим себестоимость 1 м3 бетона класса В15 по каждой статье.

2.1.3 Анализ себестоимости производства бетона класса В25

Калькуляция себестоимости бетона класса В25

2.1.4 Анализ себестоимости производства бетона класса В30

Калькуляция себестоимости бетона класса В30

2.2 Анализ потерь от биоповреждений цементных композитов

По данным целого ряда авторов наибольший вред строительным конструкциям приносят, именно микроогранимы. Разные литературные источники указывают около 200 видов микроорганизмов, которые являются агентами биоповреждений бетонных и железобетонных конструкций и других каменных материалов на основе минеральных вяжущих. Классификация их различна: по типу питания (литотрофы, органотрофы), по способу извлечения СО2 (автотрофы, гетеротрофы), по источнику энергии (фототрофы, хемотрофы), по отношению к кислороду (аэробы, анаэробы), по классу (бактерии, плесневые грибы, дрожжи) и т. д.

2.2.1 Анализ потерь от биоповреждений цементных композитов под действием бактерий

Одна из главных ролей в микробиологическом разрушении камня и бетона в природных условиях отводится автотрофным бактериям, которые не нуждаются для своего развития в органических источниках питания. Так, нитрифицирующие бактерии были обнаружены на поверхности разрушенных стен домов, бань, оранжерей и других строений Петербурга.

Как отмечено в работе Исаченко Б.Л. в 1915 г. произошло разрушение кирпичной кладки нитрифицирующими бактериями. Исследования микрофлоры образцов показали активные культуры агентов нитрификации.

В 1925 г. было выявлено крупное повреждение Шоллар-Бакинского бетонного водопровода. Исследованием установлено, что бетон размягчился из-за его сульфатного перерождения, причем кроме гипса он содержал до 22% сульфоалюмината кальция.

Коррозия бетона в морской воде детально изучалась Л. И. Рубенчиком в 50-е годы. Из образцов поврежденного бетона портов Черного моря им был выделен широкий спектр микроорганизмов: сульфатредуцирующие, тионовые, нитрифицирующие, денитрифицирующие, маслянистые, урологические и другие бактерии.

Анализируя выше представленные повреждения зданий и сооружений, следует отметить, что наибольшую опасность для цементных строительных композитов представляют бактерии следующих родов: Nitrosomonas, Ciostridium, Micrococcus, Tiobacillus, Desulfovibrio, Acetobakter.

2.2.2 Анализ потерь от биоповреждений цементных композитов под действием плесневых грибов

Кроме хорошо освещенной биокоррозии цементных композитов под действием бактерий, по имеющимся в настоящее время данным, повреждение бетона, в определенных условиях, может быть связано с развитием плесневых грибов. Процесс плесневения протекает с разной скоростью в зависимости от химического состава камня, влажности субстрата и температуры окружающей среды.

По данным целого ряда авторов, на поверхности каменных строительных материалов преобладают представители родов Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Cephalosporium, Paecilomyces, Ciadosporium. Природные и искусственные камни обычно обильно заселяются грибами в условиях повышенной влажности: чаще всего это строения без соответствующей вентиляции и памятники с северной стороны.

Э.З. Коваль и другие ученые в работе из разрушающихся участков бетонных и железобетонных конструкций хлебозавода и мясокомбината выделили 23 вида микромицетов, среди которых доминировали представители Aspergillus flavus Aspergillus niger, Paecilomyces varioti, Penicillium expansum, Cladosporium. Доказано их участие в деструкции бетона, которое проявлялось в снижении его поверхностной прочности на 35-43 %.

Согласно данным, из-за деструктивного действия плесени полы и штукатурку стен молокоперерабатывающих заводов приходится менять с периодичностью 1-2 раза в год.

На внутренней поверхности стен санитарно-технических кабин (ванны, туалеты) был обнаружен рост плесневых грибов, покрывающих в отдельных случаях до 80% поверхности.

Кроме плесневых грибов коррозию бетонных конструкций вызывают и дереворазрушающие грибы - Serpula lacrimans, Poria vaporaria. Они обычно растут на деревянной основе, но, натолкнувшись на преграду из бетона или кирпича, покрывают ее своими тяжами, а иногда проникают вглубь. Подобное серьезное повреждение бетонных стен, по данным В.И. Злочевской, было обнаружено в экспериментальном туннеле Варшавского метро.

В итоге, нужно отметить, что наибольшую опасность для цементных строительных композитов представляют грибы следующих родов: Aspergillius, Penicillium, Trichoderma, Mucor, Cladosporium, Сepfalosporium, Torula - относящихся к группе Плесневых, Saccharomyces, Pichia - относящихся к группе Дрожжевых, Coniophora, Poria, Serpula - относящихся к группе Деревообразующих.

Получаемые в результате исследований биоцидные бетоны, несмотря на увеличение их себестоимости, увеличивают срок эксплуатации зданий и сооружений в 2 раза.

Ежегодный экономический ущерб от биоповреждений в мире достигает 40 млрд. долларов, что составляет более 2% от стоимости всей промышленной продукции, производимой человеком на планете.

биоповреждение цементный композит бетон

3. Описание технологии получения биоцидных бетонов

3.1 Материалы для исследований. Методы исследований

В данной главе следует определить влияние биоцидных препаратов на физико-технические свойства бетонов. Цементные связующие на сегодняшний день наиболее доступны и широко используются в строительстве. Их применяют для изготовления растворов и бетонов различных видов. При эксплуатации изделия из бетонов непрерывно взаимодействуют с окружающей средой, которая может оказывать на них сильное негативное влияние. На практике строительные конструкции, подвергающиеся воздействию внешней среды и нагрузок, часто недостаточно долговечны, что является серьёзной проблемой, от решения которой зависит эффективность применения строительных материалов и изделий. Проблема повышения долговечности цементных композиционных строительных материалов - одна из наиболее актуальных в современном строительстве. Для повышения долговечности строительных конструкций и улучшения экологической ситуации в зданиях и сооружениях необходимо принимать меры, снижающие или исключающие агрессивное биологическое воздействие. Одним из наиболее эффективных способов достижения этого является введение в состав композиционных материалов биоцидных добавок. Особый интерес в связи с этим представляют препараты на основе полимерных производных, включающих гуанидин. Таким примером является биоцид «Тефлекс», который представляет собой полимерную водную композицию, содержащую полигексаметиленгуанидин (ПГМГ) и полифункциональные добавки.

Для изготовления бетонов использовались различные вяжущие вещества, модификаторы и заполнители.

Биоцидные препараты «Тефлекс»

Использовались препараты промышленного применения:

«Тефлекс Антиплесень»

«Тефлекс дезинфицирующий»

«Тефлекс - индустриальный»

«Тефлекс Антиплесень» - водный антисептический концентрат на основе комплекса сополимеров гуанидина, строительный дезинфектант для уничтожения и профилактики плесени, грибка, водорослей, синевы и других микроорганизмов. Препарат рН нейтрален, плотность около 1,1 г/см3. «Тефлекс Антиплесень» рекомендуется применять на всех стадиях строительства и ремонта помещений, добавлять в меловые и цементные растворы, в водорастворимые краски.

«Тефлекс - индустриальный» представляет собой полимерную водную композицию, содержащую полигексаметиленгуанидина и полифункциональные добавки. Данная добавка обладает широким спектром.

«Тефлекс дезинфицирующий» является комплексным универсальным дезинфицирующим препаратом с моющим эффектом. Действующим веществом

в нем является полигексаметиленгуанидина гидрохорид 10%. рН дезинфектанта: 7,0±1,0. Содержит неиогенные ПАВ (поверхностно-активные вещества) и другие добавки.

Препарат относится к 4 классу малоопасных веществ при введении в желудок и нанесении на кожу т. е. в лечебных учреждениях его разрешается использовать без средств защиты, в присутствии больных и пациентов. Дезинфицирующее средство Тефлекс имея широкий спектр антимикробной активности не токсичен, не вызывает аллергии, не оказывает местно-раздражающего действия на кожные покровы и слизистые оболочки человека.

Данный биоцидный препарат на основе гуанидина обладает широким спектром действия: бактерицидным, вирулентным и фунгицидным. Предназначен для дезинфекции, мытья, уничтожения и защиты от плесени, очистки поверхности помещений, предметов обстановки, оборудования и т. д.

Из технологических свойств испытанных материалов рассматривали подвижность и плотность бетонных смесей.

Биологические методы исследований

Из модифицированных бетонных материалов на основе цементных связующих изготавливали образцы для испытания на грибостойкость и наличие фунгицидных свойств. В качестве тест-организмов использованы следующие виды микромицетов: Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus terreus, Chaetomium globosum, Paecilomyces varioti, Penicillium funiculosum, Penicillium chrysogenum, Penicillium cyclopium, Trichoderma viride.

3.2 Бетоны с биоцидной добавкой «Тефлекс Антиплесень»

Исследование биологического сопротивления составов, модифицированных биоцидной добавкой «Тефлекс Антиплесень», приведены в таблице 3.3:

Влияние добавки «Тефлекс - Антиплесень» на биостойкость бетона на основе портландцемента М500 Д0

Анализ исследования биостойкости бетона на основе портландцемента М500 Д0 показывает, что введение в его состав данного препарата в концентрации ≥ 1 мас. ч. придает ему грибостойкость. Причем при выдерживании материалов, зараженных спорами плесневых грибов, в оптимальных для их развития условиях без дополнительных источников углеродного и минерального питания (метод 1), в результате осмотра под микроскопом образцов содержащих ≥ 3 мас. ч. добавки рост плесневых грибов не был обнаружен.

В качестве контролируемых показателей при исследовании физико-механических свойств композитов нами рассматривались прочностные свойства, плотность, водопотребность и водостойкость.

Установлено, что препарат «Тефлекс - Антиплесень» оказывает пластифицирующее действие, и уменьшает соотношение жидкости и сухих компонентов необходимое для создания равноподвижной смеси.

Также выявлено, что использование «Тефлекс - Антиплесень» приводит к повышению плотности цементных материалов, при этом наибольшее повышение этого показателя достигает 9% по сравнению с контрольными бездобавочными образцами. Наиболее интенсивное увеличение плотности характерно при введении в состав бетона 1-3 мас. ч. препарата.

Одними из важнейших характеристик бетона являются его водопоглощение и проницаемость. При введение добавки «Тефлекс - Антиплесень» в состав материала на основе портландцемента М500 Д0 наблюдается снижение водопоглощения на 20%, при этом минимальное значение получено при введении 3 мас. ч. добавки.

Применение добавки «Тефлекс - Антиплесень» позволило повысить прочность исследованного композита, причем максимальные показатели также достигнуты при введении 3 мас. ч. добавки. Это увеличение составило 37, 29 и 24% в возрасте 7, 14 и 28 суток соответственно.

Большой интерес представляет выявление оптимальных режимов обработки цементных композитов, модифицированных биоцидными препаратами на основе гуанидина.

Зависимость изменения прочности бетона исследовалась на составе, отвержденном при нормальных условиях в течение 28 суток и в условиях термовлажностной обработки (образцы после укладки в течение 1 суток твердели при нормальных условиях, а затем в условиях термовлажностной обработки по режиму 1,5+6+2 ч с температурой изотермического цикла 90 ºС).

Установлено, что применение термовлажностной обработки позитивно сказывается на прочности цементных композитов, содержащих добавку «Тефлекс - Антиплесень». Так, при оптимальном содержании прочность пропаренных образцов на 55% выше, чем у аналогичных составов, отвержденных в нормальных условиях, и на 56% − чем у контрольных бездобавочных. Кроме того, отмечено, что средняя плотность состава содержащего препарат «Тефлекс - Антиплесень» в случае его отверждения в условиях термовлажностной обработки в среднем на 5% выше, чем при твердении в нормальных условиях.

Таким образом, доказана эффективность применения в качестве добавки в бетон препарата «Тефлекс - Антиплесень». Были подтверждены биоцидные свойства исследуемой модифицирующей добавки, проявившиеся в придании бетону грибостойкости. Помимо повышения устойчивости к воздействию мицелиальных грибов установлено существенное влияние препарата на основные физико-механические свойства цементных композитов.

3.3 Бетоны с биоцидной добавкой «Тефлекс - индустриальный»

Для установления влияния рассматриваемой добавки на биологическую стойкость и физико-механические свойства бетона были проведены исследования (метод 1 и метод 3). Результаты испытаний бетона приведены в таблице.

Влияние добавки «Тефлекс - индустриальный» на биостойкость бетона на основе портландцемента М500 Д0

Из результатов, приведенных в таблице видно, что введение в состав бетона на основе портландцемент М500 Д0 препарата «Тефлекс - индустриальный» в количестве ≥ 1 мас. ч. придает получаемому бетону фунгицидные свойства. При этом если при введении добавки в количестве 1 мас. ч. возникает зона ингибирования роста грибов радиусом 4 мм, то с ростом концентрации препарата она увеличивается и при 7,5 мас. ч. составляет 15 мм.

Это позволяет сделать вывод об эффективности применения препарата «Тефлекс - индустриальный» в качестве средства для борьбы с биоповреждениями строительных материалов.

После установления биоцидных свойств используемого препарата и биологической стойкости бетона на его основе, были проведены исследования прочностных свойств, плотности, водопотребности и водостойкости полученного материала. Также были проведены исследования по установлению зависимости изменения прочности бетона, отвержденного в различных условиях. Испытывались составы, отвержденные при нормальных условиях в течение 28 суток и в условиях термовлажностной обработки.

«Тефлекс - индустриальный» оказывает пластифицирующее действие, при его введении в количестве 1-3 мас. ч. происходит уменьшение водопотребности, необходимой для создания равноподвижных смесей. Так же отмечается увеличение средней плотности отвержденного бетона. Оно составляет 15% для цементных материалов при введении 3 и 5 мас. ч. добавки. Кроме того, установлено снижение водопоглощения бетона (до 6% при введении 1-3 мас. ч. добавки).

Благодаря применению добавки «Тефлекс - индустриальный» удалось повысить прочность бетона, причем наиболее интенсивный рост показателя отмечен при увеличении содержания добавки до 1 мас. ч., а максимальные показатели достигнуты при введении 5 мас. ч. добавки. Это увеличение составило 28 и 35, 17 и 30, 13 и 24% композитов в возрасте 7, 14 и 28 суток соответственно.

Установлено, что при применении термовлажностной обработки наблюдается рост прочности цементных композитов по отношению к контрольным бездобавочным составам на величину от 2 до 8,5%. Несмотря на то, что прирост прочности менее интенсивный, чем при твердении в естественных условиях, по абсолютным показателям пропаренные материалы превосходят аналогичные составы, отвержденные при нормальных условиях в течение 28 суток, на 6-29%. Кроме того, отмечено, что средняя плотность составов содержащих препарат «Тефлекс - индустриальный» в случае их отверждения в условиях термовлажностной обработки выше, чем при твердении в нормальных условиях.

Таким образом, в ходе проведенных исследований подтверждены высокие биоцидные свойства и широкий спектр препарата «Тефлекс - индустриальный». Это говорит о возможности и целесообразности применения добавки «Тефлекс - индустриальный» для биозащиты строительных композитов.

3.4 Бетоны с биоцидной добавкой «Тефлекс дезинфицирующий»

Исследование биологического сопротивления состава, содержащего дезинфицирующее средство Тефлекс, проводилось аналогично исследованиям с добавками «Тефлекс Антиплесень» и «Тефлекс - индустриальный». Результаты испытаний бетона приведены в таблице:

Влияние добавки «Тефлекс дезинфицирующий» на биостойкость бетона на основе портландцемента М500 Д0

Из результатов, приведенных в таблице 3.5, видно, что введение в состав бетона на основе портландцемента препарата «Тефлекс дезинфицирующий» в количестве ≥ 1 мас. ч. придает получаемому бетону фунгицидные свойства. При этом при введении данной добавки в количестве ≥ 3 мас. ч. возникает зона ингибирования роста грибов радиусом 4 мм.

Полученные результаты позволяют сделать вывод об эффективности применения препарата «Тефлекс дезинфицирующий» и в качестве средства для обработки поверхностей и в качестве добавки, предназначенной для введения в состав строительных композитов.

После установления биологической стойкости бетона, содержащего рассматриваемую добавку, были проведены исследования прочностных свойств, плотности, водопотребности и водостойкости полученного материала. «Тефлекс дезинфицирующий» оказывает пластифицирующее действие и уменьшает водопотребность для цементных материалов, при этом его введение практически не влияет на водопоглощение получаемого бетона.

У бетона, содержащего биоцидный препарат, отмечено снижение средней плотности. Так по сравнению с контрольным, бездобавочным составом при введении 7,5 мас. ч. добавки средняя плотность бетона снизилась на 10%.

При введении добавки «Тефлекс дезинфицирующий» в состав бетона происходит снижение его прочностных характеристик.

Для материалов на основе цемента это зафиксировано при твердении, как в нормальных условиях, так и в условиях термовлажностной обработки. Однако следует отметить, что введение в состав композитов биоцидного препарата в концентрации 1 мас. ч. придавая биостойкость (для материалов на основе портландцемента М500 Д0 при этой концентрации происходит обеспечение им фунгицидности) практически не сказывается на их прочностных характеристиках, а для цементных составов в возрасте 7 суток отмечен рост прочности.

При исследовании влияния режимов твердения также установлено, что в случае модификации бетона препаратом «Тефлекс дезинфицирующий» применять режим термовлажностной обработки не рационально. Так, при введении 1 мас. ч. биоцида прочность по сравнению с контрольными показателями снизилась на 25%, при введении 7,5 мас. ч. на 56%, а для тех же составов твердевших 28 суток в нормальных условиях зафиксировано снижение на 3 и 37% соответственно.

Таким образом, в ходе проведенных исследований подтверждены высокие биоцидные свойства и широкий спектр еще одного биоцидного препарата - «Тефлекс дезинфицирующий». Это говорит о возможности и целесообразности применения добавки «Тефлекс - дезинфицирующий» для биозащиты бетона, эксплуатирующегося в условиях воздействия биологических агрессивных сред.

И в результате проведенных экспериментальных исследований нами были разработаны биоцидные бетоны следующих составов :

Биоцидные бетоны с добавкой «Тефлекс Антиплесень»

Биоцидные бетоны с добавкой «Тефлекс - индустриальный»

Биоцидные бетоны с добавкой «Тефлекс - дезинфицирующий»

4. Экономическая эффективность разработки технологии получения биоцидных бетонов

Далее проведем сравнительный анализ себестоимости бездобавочных и биоцидных бетонов.

Сводная таблица калькуляций себестоимости бездобавочных и биоцидных бетонов на 2014 гг.

Экономическая эффективность разработки технологии получения биоцидных бетонов обусловлена увеличением долговечности строительных конструкций и изделий. Определим экономический эффект от внедрения биоцидного бетона в конструкции, эксплуатируемых в условиях воздействия биологических агрессивных сред.

В результате анализа литературных данных установлено, что срок службы бетонных конструкций в зданиях с биологическими средами составляет 4-5 лет. Предлагаемая расчетная долговечность бетонных конструкций на основе биоцидных материалов в аналогичных условиях не менее 8 лет. Коэффициент изменения срока службы нового и базового варианта устанавливается и составляет:

φ = 0,3655/0,2374 = 1,540.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения биоцидного бетона класса В7,5:

− на основе препарата «Тефлекс Антиплесень» составляет:

ЭВ7,5 = 3 217,92 х 1,540 - 3 694,28 = 1 263,32 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс индустриальный» составляет:

ЭВ7,5 = 3 217,92 х 1,540 - 3 755,88 = 1 199,72 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс дезинфицирующий» составляет:

ЭВ7,5 = 3 217,92 х 1,540 - 3 595,16 = 1 360,44 руб. на 1 м3.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения биоцидного бетона класса В15:

− на основе препарата «Тефлекс Антиплесень» составляет:

ЭВ15 = 3 768,12 х 1,540 - 4 528,94 = 1 273,96 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс индустриальный» составляет:

ЭВ15 = 3 768,12 х 1,540 - 4 630,41 = 1 172,49 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс дезинфицирующий» составляет:

ЭВ15 = 3 768,12 х 1,540 - 4 382,12 = 1 420,78 руб. на 1 м3.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения биоцидного бетона класса В25:

− на основе препарата «Тефлекс Антиплесень» составляет:

ЭВ25 = 4 191,52 х 1,540 - 4 666,69 = 1 788,25 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс индустриальный» составляет:

ЭВ25 = 4 191,52 х 1,540 - 4 8017,11 = 1 647,83 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс дезинфицирующий» составляет:

ЭВ25 = 4 191,52 х 1,540 - 4 508,79 = 1 946,15 руб. на 1 м3.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения биоцидного бетона класса В30:

− на основе препарата «Тефлекс Антиплесень» составляет:

ЭВ30 = 4 556,20 х 1,540 - 5 375,13 = 1 641,42 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс индустриальный» составляет:

ЭВ30 = 4 556,20 х 1,540 - 5 424,04 = 1 592,51 руб. на 1 м3.

− на основе препарата «Тефлекс дезинфицирующий» составляет:

ЭВ30 = 4 556,20 х 1,540 - 5 063,23 = 1 953,32 руб. на 1 м3.

Таким образом, как видно из полученных вычислений, экономический эффект от внедрения разработки биоцидных бетонов во всех анализируемых классах бетона превышает 1 000 руб. на 1 м3.

Заключение

На основе изучения научно-технической литературы, проведенных исследований показана негативная роль микроскопических организмов, выражающаяся в биоразрушении строительных материалов и конструкций и нарушении экологической ситуации в зданиях и сооружениях. Для повышения долговечности строительных конструкций и улучшения экологической ситуации необходимо принимать меры, снижающие или исключающие агрессивное биологическое воздействие. Проблема повышения долговечности изделий и конструкций зданий и сооружений является актуальной в настоящее время.

В процессе написания курсовой работы мною был проведен анализ себестоимости производства бетонов классов В7,5, В15, В25, В30, производимых ОАО «Завод ЖБК-1»

Особый интерес в связи с повышением долговечности строительных конструкций представляют препараты на основе полимерных производных, включающих гуанидин. Таким примером является биоцид «Тефлекс». В результате проведенных исследований было установлено значительное повышение биологической стойкости бетона при введении добавки «Тефлекс» в его состав. Показано проявление фунгицидных свойств бетона при введении биоцидного препарата.

Выявлено, что введение фунгицидных добавок «Тефлекс Антиплесень», «Тефлекс - индустриальный», «Тефлекс дезинфицирующий» в состав цементных композитов позитивно сказывается на целом ряде из основных физико-механических свойств. Получается материал более плотной структуры, обладающий повышенными прочностными свойствами и водостойкостью. Изменяются сроки схватывания бетона, препарат оказывает пластифицирующее действие и уменьшает соотношение жидкости и сухих компонентов, необходимое для создания равноподвижной смеси.

Экономическая эффективность разработки технологии получения биоцидных бетонов обусловлена увеличением долговечности строительных конструкций и изделий. Определен экономический эффект от внедрения биоцидного бетона в конструкции, эксплуатируемых в условиях воздействия биологических агрессивных сред. В результате проведенных вычислений экономический эффект от внедрения разработки биоцидных бетонов во всех анализируемых классах бетона превышает 1 000 руб. на 1 м3.

Применение разработанных биоцидных соединений «Тефлекс» увеличивает срок службы зданий и позволяет экономить средства на все виды ремонта.

Список использованных источников

1 Андреюк Е.И., Козлова И.А., Рожанская А.М. Микробиологическая коррозия строительных сталей и бетонов // Биоповреждения в строительстве. М., 1984. С. 209−218.

Анисимов А.А., Александрова И.Ф. О биохимических механизмах действия фунгицидов // Биоповреждения в промышленности. Горький. 1983. С. 7−17.

Анисимов А.А., Смирнов В. Ф. Биоповреждения в промышленности и защита от них Горький: Изд-во Горьк. Ун-та. 1980. 81 с.

Антонов В.Б. Влияние биоповреждений зданий и сооружений на здоровье человека // Биоповреждения и биокоррозия в строительстве. Саранск, 2006. С. 238−242.

Биологическое разрушение некоторых материалов грибами / В.Ф. Идессис, С.С. Рамазанова, Д.А. Шток и др. // Альгофлора и микофлора Средней Азии. Ташкент, 1976. С. 259−297.

Биоповреждения в строительстве / Ф.М. Иванов, СН. Горшин, Дж. Уайт и др.; под. ред. Ф.М. Иванова, СН. Горшина. М.: Стройиздат, 1984. 320 с.

Биоповреждения и биокоррозия в строительстве: материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Саранск, 2009. 292 с.

Биохимические аспекты проблемы защиты промышленных материалов от биоповреждений микроорганизмами (обзор) / А.А. Анисимов, А.С. Семичева, И.Ф. Александрова и др. // актуальные проблемы биоповреждений. М., 1983. С. 77−101.

Биоцидные растворы и бетоны / Ф.М. Иванов, Е.Л. Рогинская, В.А. Серебряник, В.В. Гончаров // Бетон и железобетон. 1989. № 4. С. 8−10.

Бочаров Б.В. Химическая защита строительных материалов от биологических повреждений (обзор) // Биоповреждения в строительстве. М., 1984. С. 24−26.

Васильева Н.И., Подчуфаров В.С., Наумова С.Д. Исследование влияния некоторых органических добавок на прочность цементного камня // Микробиол. журн. 1990. № 231. С. 66−69.

Власюк М.В., Хоменко В.П. Микробиологическая коррозия бетона и борьба с ней // Вестн. АН УССР. 1975. № 11. С. 56−75.

Дрозд Г.Я. Микроскопические грибы как фактор биоповреждений жилых, гражданских и промышленных зданий. Макеевка, 1995. 18 с.

Калькуляции себестоимости продукции ОАО «Завод ЖБК-1» 2014

. Производственные отчеты ОАО «Завод ЖБК-1» 2014