Биодеградация строительных материалов, долговечность цементного камня

Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»

Биодеградация строительных материалов, долговечность цементного камня. По мере быстрого развития цивилизации создается техносфера, своими масштабами и мощностью оказывающая все большее влияние на биосферу. Это приводит к нарушению экосистем, сложившихся в результате эволюции органического и неорганического мира в течение десятков и сотен миллионов лет, что, естественно, не может не отразиться на нормальном развитии представителей флоры и фауны, в том числе на виде Homo Sapiens.

В последние годы, особенно после аварии на Чернобыльской атомной электростанции, появилось много публикаций о воздействии токсинов на различные виды растений и животных, разрабатываются методы исследования регионов и отдельных поселков и городов на наличие тяжелых металлов и т.д. Установлено, что различные виды почв и растений значительно отличаются по емкости поглощения загрязнителей. В качестве индикаторов для изучения степени вредного воздействия отдельных объектов предлагается использовать цветы одуванчиков, волосы человека и т.д.

Важное практическое значение для количественной оценки биодеградации композитов имеет установление границы продвижения агрессивной среды и характера изменения физико-механических свойств на поверхности материала. С этой целью в последние годы были выполнены экспериментальные ис-

следования. Результаты показали, что гипсовые и гипсоцементно-пуццолановые композиты, а также цементные материалы на напрягаемом цементе при воздействии микроскопических грибов имеют гетерогенный характер деградации. У композитов на портландцементе биодеградация протекает с образованием на поверхности образцов малорастворимых продуктов коррозии, обладающих низкой прочностью. Деградационные процессы в полимерных композитах в условиях воздействия микроскопических грибов можно отнести к процессам, протекающим по диффузионному механизму.

Человек большую часть своей жизни проводит в среде строительных материалов. Представляется, что одной из важнейших характеристик строительных материалов является влияние на систему человек-материал-среда обитания. Это особенно актуально для технохимических аномалий, каковыми являются крупные города. Выбор материалов для строительства в регионе крупных объектов-загрязнителей должен производиться с учетом возможности создания нештатных ситуаций и аккумуляции элементами зданий и сооружений токсичных веществ. Со временем строительные материалы с высокой емкостью поглощения могут создать сильный антропогенный прессинг, при котором темпы эволюционной адаптации человека существенно отстанут от все ускоряющихся изменений экологической среды со всеми вытекающими из этого последствиями.

Характер влияния материалов на человека зависит не только от их состава и строения (чем определяется емкость поглощения), но и от изменений элек-ромагнитных излучений Солнца и других объектов Вселенной; от функционирования геологической среды (платформы, геосинклинали, подвижных участков земной коры, глубинных разломов и т.д.).

Наиболее распространенными материалами являются цементные. Важной характеристикой цементных материалов является пористость.

Гидростатическое давление на уже сформировавшийся цементный камень ведет к существенному уменьшению его пористости и к заметному (в несколько раз) повышению прочности модуля упругости.

Долговечность цементных материалов при совместном воздействии на них давлений и температуры при умеренных (> 373 К) и повышенных (> 573 К) температурах имеет вид:

(6.2)

где т - долговечность; к - постоянная Больцмана; TO, U0 - постоянные; Т -температура.

Энергия активации UQ характеризует механизм разрушения. Она является структурно нечувствительной константой каждого материала, численно совпадающей с энергией его межатомного взаимодействия. В силу этого изменения UQ указывает на изменение механизма разрушения.

Для цементных материалов при Т > 573 К величина U0 = 420 кДж/моль, что хорошо совпадает с энергией разрыва Si - О - Si связей в SiC>2. При более низких значениях Т величина UQ скачкообразно падает до значения 105 кДж/моль.

Резкое уменьшение величины UQ объясняется участием воды в гидролитическом механизме разрыва Si - О связей. В области температур от 373 до 573 К приведенная выше зависимость не выполняется. Температурно-временная зависимость носит оптимальный характер: с ростом Т или уменьшением скорости нагружения прочность увеличивается.

Оценку коррозийной стойкости и долговечности цементных конструкций с достаточной точностью можно определять по математическим моделям коррозийных процессов, разработанным проф. А.Ф.Полаком и его школой. Водородный показатель, определяющий коррозионные процессы по математическим моделям А.Ф.Полака, неоднозначно показывает степень коррозионной активности кислых сред. В связи с этим под руководством П.Г.Комохова разработан метод, основанный на использовании универсального параметра -«агрессивность». Данный параметр имеет размерность скорости (мм/год), как это принято в практике противокоррозионной защиты металлов ( глубинный показатель коррозии).