При производстве ССС в основном применяют модифицирующие добавки зарубежных производителей, позволяющие значительно повысить эксплуатационные характеристики и регулировать структурообразование материала. Однако, это влияет на себестоимость сухих строительных смесей. В связи с этим актуальным является решение задачи по разработке отечественных модифицирующих добавок, что позволит снизить стоимость ССС [1,2].

Ранее проведенные исследования подтверждают целесообразность применения в ССС нанодисперсных добавок – синтезированных гидросиликатов кальция (ГСК), золя кремниевой кислоты, органоминеральных добавок в рецептуре сухих строительных смесей для обеспечения повышения стойкости покрытия [3 - 5].

В данной работе предложено использовать для регулирования структурообразования цементных ССС в качестве модифицирующей добавки синтезированные алюмосиликаты. Технология получения синтезируемой добавки заключалась в осаждении алюмосиликатов из натриевого жидкого стекла сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃ [6].

Микроструктура и химический состав добавки на основе синтезируемых алюмосиликатов изучены при помощи электронного микроскопа при увеличении в 400 000 раз (рисунок 1, Таблица 1).

Рисунок 1- Микроструктура синтезированных алюмосиликатов

Выявлено, что микроструктура добавки представлена частицами округлой формы размера 5,208-5,704µm.. Удельная поверхность частиц, измеренная методом БЭТ, составляет S_уд=86,5±3,5 м₂/г [7].

Таблица 1 –Химическийсостав синтезируемой добавки

Анализируя полученные данные таблицы 1, выявлено высокое содержание химических элементов О, Si и Na – соответственно 54,57%, 18,68% и 16,56%.

Для разработки рецептуры ССС в работе применялся Вольский портландцемент марки 400. Образцы изготавливались с водоцементным отношением В/Ц, равным В/Ц=0,43.Содержание синтезированной добавки составляло 10%, 20% и 30% от массы вяжущего.Образцы твердели в воздушно-сухих условиях.

Оценивалось влияние добавок на изменение содержания свободной и химически связанной воды в цементе. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Таблица 2 –Содержание свободной и химически связанной воды в цементном камне

Как видно из приведенных в таблице 2 данных, в цементном камне, содержащем в рецептуре добавку на основе синтезированных алюмосиликатов, наблюдается уменьшение количества свободной воды  и увеличение химически связанной воды  по сравнению с контрольным образцом, что способствует созданию благоприятных условий для твердения цементного камня.

Проведены испытания на прочность при сжатии цементных образцов плиточного клея «ЮНИС – 2000» и плиточного клея с использованием в рецептуре синтезируемой добавки,набирающих прочность во влажных и воздушно-сухих условиях (рисунок 2).

Для изготовления плиточного клея на основе синтезированных алюмосиликатов был использован песок Чаадаевского месторождения с оптимальным соотношением фракций 0,63-0,315:0,315-0,14 соответственно 80:20 (%) с насыпной плотностью 1538,2 кг/м3, добавка на основе синтезируемых алюмосиликатов в составе 20% от массы цемента и подобрано оптимальное водоцементное отношение, В/Ц=0,28.

Образцы плиточного клея «ЮНИС – 2000» изготавливались согласно рецептуре, предложенной производителем.

Данные, полученные при испытании на сжатие образцов, твердевших в воздушно – сухих условиях (рисунок 2), показывают, что плиточный клей с содержанием в рецептуре синтезируемых алюмосиликатов по сравнению с плиточным клеем «ЮНИС – 2000» интенсивнее набирает прочность. Так, в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения плиточный клей с применением синтезируемой добавки превышает прочность плиточного клея «ЮНИС – 2000» на 35,66%.

Рисунок 2  – Кинетика набора прочности образцов, твердевших в воздушно-сухих условиях: 1 – плиточный клей (содержание добавки 20% от массы цемента), 2 –плиточный клей «ЮНИС-2000».

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования свидетельствуют, что введение в рецептуру синтезированной добавки приводит формированию более прочной структуры при твердении в воздушно-сухих условиях.  Очевидно, что твердение плиточного клея происходит в более благоприятных влажностных условиях, т.е. синтезируемая добавка обладает влагоудерживающей способностью. Установлено, что добавка на основе синтезированных алюмосиликатов может с применяться в качестве структурообразующей добавки в рецептуре плиточного клея, взамен импортных добавок (Bermokol и метилцеллюлозы).

Кудымкарский муниципальный район Пермского края (центральный район бывшего субъекта РФ – Коми-Пермяцкого национального округа) расположен на северо-западе края, занимает площадь 4733 км², с протяженностью с севера на юг – 105 км, с запада на восток – 110 км. Основные экологические проблемы района связаны с нарастающим развитием промышленного (в основном лесопромышленного) техногенеза и неблагоприятными эколого-геологическими условиями в отдельных частях района, обусловленными как техногенными факторами, так и природными – физико-географическими [1], почвенными, ландшафтными условиями [2, 3] и геологическими факторами (геодинамическая активность, неотектонические движения, геологические процессы и др.) [4], которые представляют собой медико-экологические опасности для жизнедеятельности населения [5, 6].

Изучение подземных вод и их условий на территории наиболее полно было выполнено при проведении государственной гидрогеологической съемки масштаба 1:200 000 (Е.А. Иконников, А.В. Ревин, И.С. Копылов и др.) [7], а также при проведении региональных геоэкологических и геохимических работ (И.С. Копылов, Л.В. Алексеева, Е.В. Баранов, А.В. Лычникова, Л.И. Даль и др) [8-12]. В последние годы изучение подземных вод происходило эпизодически.

Гидрогеологическая и гидрогеоэкологическая характеристика

В гидрогеологическом отношении район расположен на восточной окраине Восточно-Европейской системы бассейнов, в пределах Камско-Вятского (Восточно-Русского) бассейна; в пределах Верхнекамской системы бассейнов, включающих Косинский и Обвинско-Иньвинский бассейны (Гидрогеологическая карта…) [13]. Значительная часть рассматриваемого района располагается в пределах Иньвинской гидрогеохимической и геохимической аномальной зоны, выделенной по повышенному содержанию некоторых микроэлементов, имеющих площадное распространение в подземных водах и почвах [14-18].

На рассматриваемой территории распространены следующие водоносные подразделения [19, 20] (рис. 1):

1). Водоносный комплекс кайнозойских образований, включающий водоносный горизонт четвертичных аллювиальных образований распространенный по долинам крупных рек, в основном – р. Иньвы (пески, гравий, галечник с прослоями суглинков, глин, супесей, мощностью 3-7 м) и водоносный горизонт днепровских флювиогляциальных образований распространённый в северо-восточной части района (кварцевые мелкозернистые пески с редкой галькой, мощность от 0,5 до 40 м).

2). Водоносный комплекс мезозойских образований развит в северо-западной части территории, включает водоносный горизонт средней юры (сложен песками с линзами гравия и гальки, песчаниками и глинами с прослоями алевролитов мощностью до 25 м и более) и относительно водоупорный горизонт нижнего триаса (сложен глинистыми породами с прослоями песчаников и алевролитов мощностью до 20 м).

Рис. 1. Гидрогеоэкологическая карта Кудымкарского района

3). Водоносный комплекс средней-верхней перми включает водоносные горизонты северодвинских, уржумских и казанских отложений. Водоносный горизонт северодвинских отложений верхней перми распространен в западной части территории, полосой с шириной до 30 км пестроцветных песчано-глинистых отложений, спорадически обводненных. Водоносный горизонт уржумских отложений средней перми имеет широкое распространение, занимает центральную часть района. Представлен красноцветной песчано-глинистой толщей с преимущественно песчаниковым (>50%) типом разреза с подчинёнными известняками, конгломератами, аргиллитами. Мощность водонасыщенных слоев составляет 1-5 м, редко достигает 10-15 м и более. Водоносный горизонт казанских отложений приурочен к белебеевской свите казанского яруса средней перми. Распространён восточнее уржумского горизонта, полосой шириной до 30 км. Отложения представлены песчаниками, конгломератами, алевролитами, аргиллитами, с линзами мергелей.

Водообильность подземных вод различная, обусловлена различными факторами, среди которых наиболее важным является структурно-тектонический и геодинамический (неотектонический) факторы [21-23]. В северной центральной части района выделена крупная водообильная зона, где в зонах тектонической трещиноватости наблюдаются многочисленные родники с дебитами 5-10 (до 20 и более) л/с. В районе разведано два месторождения пресных подземных вод: Кувинское и Егвинское, запасы которых утверждены, но не состоят на государственном балансе. Егвинское месторождение имеет утвержденные запасы – 5,2 тыс. м³/сут. Воды гидрокарбонатные магниево-кальциевые, умеренно жесткие, слабощелочные, пресные – минерализация 0,4-0,6 г/дм³.

Подземные воды, распространенные выше местного эрозионного вреза (на глубинах примерно до 100 м), преимущественно гидрокарбонатные со смешанным катионным составом, минерализация которых находится в пределах 0,1-0,5 г/дм³. Ниже местного эрозионного вреза наряду с гидрокарбонатными возрастает вероятность распространения хлоридных, сульфатно-хлоридных натриевых вод с повышенной минерализацией. Содержания макро – и микрокомпонентов в подземных водах района приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Характеристика химического состава подземных вод (мг/дм³)

Таблица 2. Содержание микрокомпонентов в подземных водах ( мг/дм³ )

Подземные воды подвержены как природному, так и антропогенному загрязнению. Последнее зависит от степени их защищенности. В пределах Кудымкарского района большая часть площади относится к III категории защищенности – условно защищенные. В долинах рек, где развит преимущественно четвертичный аллювиальный горизонт – незащищенные – I категория [10].

К антропогенному загрязнению обычно относят бытовое, сельскохозяйственное, промышленное. Бытовое загрязнение выявлено в пределах населенных пунктов – всего 35 точек. Наиболее встречаемым компонентом является нитрат-ион. Он обнаружен в 6 родниках и в 16 колодцах. Максимальное значение его достигает 5 ПДК. Единичные превышения ПДК отмечены по аммонию (до 1,6 ПДК), железу (до 53 ПДК), хлор-иону (до 8 ПДК). О сельскохозяйственном загрязнении можно судить по тем же компонентам. Для оценки более широкого загрязнения необходим отбор комплекса проб на пестициды и другие специфические компоненты, которые были обнаружены ранее в речных пробах воды, превышающие ПДК северо-восточнее г. Кудымкара.

К промышленному загрязнению можно отнести наиболее часто встречающееся и имеющее почти повсеместное распространение бромное загрязнение, вероятно обусловленное  производством буровых работ на территории Кудымкарского района, а также разведкой и разработкой нефтяных месторождений в соседних районах, в виду большой миграционной способностью брома. На галоиды было опробовано 45 родников и 29 скважин. Бром обнаружен в 23 родниках и 22 скважинах, повсеместно выше  ПДК. Максимальные значения  по брому – 1.6 мг/дм³ (8 ПДК) по родникам и 17,3 мг/дм³ (86 ПДК) по скважинам. Наиболее часто встречающиеся значения по родникам 0,1- 0,5 мг/дм³, по скважинам 0,1-1,0 мг/дм³. По скважинам взят интервал опробования до 100 м, причем с глубиной отмечается повышение содержания брома. По площади повышенные значения брома отмечены в долине р. Иньвы в районе сс. Верх Иньва, Пронино, на р. Куве северо-западнее г. Кудымкара, на западе района. Cреди галоидов превышение ПДК установлено также по бору и фтору, соответственно 8 и 6 проб по родникам и 7 и 5 проб по скважинам. Превышение ПДК достигает соответственно 28 и 1,8 ПДК.

Вторым наиболее часто встречаемым компонентом с ПДК выше нормы и имеющим почти повсеместное распространение в пределах Кудымкарского района является барий. Из 43 проб по родникам и 33 по скважинам он обнаружен в 35 родниковых пробах и 20 пробах по скважинам. Концентрации выше ПДК отмечены в 32 родниковых пробах и в 19 пробах из скважин. Максимальные значения  бария соответственно составляют 0,546 мг/дм³ (5,5 ПДК) по родникам и 0,58 мг/дм³ (5,8 ПДК) по скважинам. Площади развития повышенных значений бария отмечены в долинах р. Юсьвы – район сс. Верх Юсьва, Гайшор; р.Нердвы – район д. Санюкова; р.Иньвы – район сс.Трошева и Кузолова. Наиболее часто встречающиеся значения на аномальных участках находятся в интервалах 0,1-0,3 мг/дм³ по родникам и 0,1 – 0,2 мг/дм³ по скважинам при ПДК 0,1 мг/дм³.

Небольшие точечные аномалии с превышением ПДК отмечены по марганцу – 3 пробы по родникам и 6 скважинам. Максимальное его значение составляет 1,9 мг/дм³ (19 ПДК). Единичные превышения ПДК отмечены по ванадию, стронцию, кадмию. Возможно, аномалии по этим элементам относятся к природным и связаны с подтоком вод в зонах тектонических нарушений.

Используя критерии оценки эколого–геохимического состояния компонентов природной среды и экологической обстановки территории [24-26], экологическую обстановку Кудымкарского района по подземным водам можно отнести к напряженной, локально – к кризисной. Уровень загрязнения природной среды – умеренно опасный.

В заключение необходимо отметить, что современное гидрогеохимическое состояние значительно отличается от приведенных данных, о чем свидетельствуют периодические рекогносцировочные наблюдения, поэтому необходимо проведение гидрогеологического доизучения этого района с постановкой эколого-гидрогеохимической съемки. Кроме того необходимо разработать и внедрить систему регионального и локального мониторинга для контроля состояния подземных вод по химическому составу, прогноза и управления экологической ситуацией.

 Статья оставлена в рамках мероприятий ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 гг.».

Целью нашего исследования является изготовить водноспиртную настойку из сухого (сухим воздухом) и свежего шафрана, определить в нем значительные химические компоненты (протокроцин, кроцин, пикрокроцин, сафронал) и сравнить их по органолептическим свойством.

Методы исследования

Методом исследования нами было выбрано метод спектрофотометрический анализ, с помощью которого было определено изготовленный водноспиртно водноспиртной настойки из сухого и свежего шафрана, некоторые химические компоненты. Проверку образцов мы осуществляли так же органолептически (цвет, аромат, вкус). В процессе сушки сырья динамику потери влаги мы контролировали методом взвешивания.

Вступление

Из литературы известно, что шафран содержит такие значительные химические соединения как углеводы, липиды, белки, минеральные вещества, витамины и др. В растении встречаются гликозиды каротиноидальной природы. Из них в значительном количестве встречается протокроцин.

Протокроцин накопляется при росте и развитии растения, который при окислении распадается на две молекулы пикрокроцина и одну молекулу кроцина. При этих процессах из пикрокроцина образуется сафронал. Из вторичных метаболитов надо отметить и кроцетин.

Все выше перечисленные процессы протекают при высушивании растения и течение и интенсивность протекания этих процессов зависит от метода и режима высушивания.

Надо отметить тот факт, что такие вещества как кроцин, пикрокроцин и сафранал обладают противодеиствием против свободных радикалов и действуют на раковые клетки. Медицинские препараты и настойки средств народной медицини положительно действуют на организм человека при воспалительных процессах, сердечно-сосудистых заболеваниях, болезни Альцгеймера и депрессии.

Основная часть

Для дальнейшего исследования приготовили два образца:

I образец – водноспиртовы настой из свежего шафрана (см. Схему 1)

II образец – водноспиртовы настой из высушенного шафрана (см. Схему 1)

Схема 1. Процесс приготовления настойки

Для приготовления 1 образца 50 грамм цветков свежего шафрана поместили в стеклянный сосуд, добавили приготовленный заранее водноспиртовый раствор (60 % об.) пропорция 1:10 (сырье : экстрагент) и поставили для экстракции в тени при комнатной температуре (20-25 °C). Процесс экстракции протекал в течении 28 дней. Для лучшего протекания процесса раз в день периодически помешивали. При окончании процесса экстракции настойку проверили органолептически и на содержание некоторых химических компонентов. Данные проведены в таблице 1 и диаграмме 1.

Таблица 1. Количественное содержание некоторых веществ в настойке из свежего шафрана

Диаграмма 1. Количественное содержание некоторых веществ в настойке из свежего шафрана

Для приготовления образца II, мы провели все операции точно так, как для приготовления образца I, с той разницей что использовано было высушенный шафран.
Процесс высушивания протекал в течении 6 месяцев. Для этого свеже собранные, вымытые и инспектированные цветы шафрана поместили в освещенном солнцем месте, разместили тонким слоем и во время процесса один раз в неделю переворачивали слой. После окончания процесса сушки, изготовили настой (образец II) и произвели анализ. Итоги даны на таблице 2 и диаграмме 2.

Таблица 2. Количественное содержание некоторых веществ в настойке из сухого шафрана

Диаграмма 2. Количественное содержание некоторых веществ в настойке из сухого шафрана

После органолептического исследования образцов было установлено, что приготовленный настой из свежих цветков шафрана по сравнению настоя из сухих цветков по цвету был намного бедный, но имел почти такой же интенсивный аромат, что было выражено тонами сушеных и полевых цветков, вкус был более мягким.

Выводы

В настое приготовленном из свежих цветков шафрана в большом количестве встречается протокроцин и в малом количестве представлены пикрокроцин, кроцин и сафронал, а в настое приготовленном из сухих цветков все выше упомянутые вещества даны в значительном количестве. На органолептику настоя оказывает влияние процесс сушки сырья.