Минеральные материалы

 

Неметаллические строительные материалы, такие как кирпич, бетон, штукатурка, различные сухие смеси, также подвержены воздействию биопоражений.

Ежегодно около 2 % всего производимого железобетона разрушается под воздействием биодеструкторов. Биоповреждения минеральных стро-ительных материалов сводятся к нарушению сцепления составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия органических кислот микробного происхождения. Бетонные конструкции разрушаются вследствие химических реакций между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.

С точки зрения условий развития процессов биологической коррозии минеральных строительных материалов, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов, следует различать два основных вида биокоррозии.

В первом случае биоорганизмы находятся в непосредственном контакте с наружной или внутренней (для пористых материалов) поверхностью строительной конструкции. В процессе метаболизма они взаимодействуют с материалом, в результате чего снижается прочность или ухудшаются другие эксплуатационные качества материала (происходит повреждение материала и сокращение сроков его службы).

Во втором случае биоорганизмы являются продуцентами веществ, агрессивных по отношению к строительному материалу, но непосредственно со строительной конструкцией не связаны. Коррозионные процессы могут развиваться на некотором расстоянии от места обитания биоорганизмов, вырабатывающих агрессивные вещества.

Рассмотрим механизм микробиологического разрушения поверхностной части бетона, цементного камня и других строительных материалов. Первоначально поверхность строительного материала заселяют микроскопические плесневые грибки и базидиомицеты, а после начала их разрушительной работы поселяется огромное количество бактерий, которые ускоряют процесс разрушения силикатных минералов, входящих в состав бетона, цементного камня и других материалов. Органические вещества, образующиеся при этом, становятся пищей для других бактерий, число которых резко увеличивается.

Микрофлора расселяется практически на всех строительных материалах, за исключением свежего цементного камня, который обладает бактерицидной активностью благодаря щелочной реакции поровой жидкости. Кислотные загрязнения, находящиеся в экологически загрязненной внутренней среде жилища, могут постепенно нейтрализовать щелочность камня, и тогда на его поверхности через несколько лет разрастаются колонии микроорганизмов.

Бетон, кирпич и штукатурка поражаются разными видами микробиоты в силу их различной кислотности. Многочисленные исследования по микробному заражению минерального строительного материала показывают, что строительный кирпич и бетон поражаются в основном грибами – микромицетами, относящимися к плесневым грибам из родов Aspergillus и Penicilium. Penicillium и Aspergillus по внешнему виду похожи. Последний имеет ветвящийся бесцветный мицеллий. Быстро образующиеся споры придают поверхности бетона зеленоватый цвет.Плесневый грибок Cla-dosporium имеет мицеллий и конидии коричневого, оливкового или черного цвета. Темная окраска мицеллия выделяет колонии грибов на поверхности бетона в виде черных бархатистых пятен. Некоторые деревообразующие грибы (Serpula lacrimans, Poria vaporaria) могут проникать в поры бетона и, выделяя уксусную, муравьиную и другие кислоты, вызывать повреждение бетона.

В результате поражения минерального строительного материала грибами происходит его вспучивание, растрескивание, отваливаются целые фрагменты штукатурки и кирпича, на потолках проступают темные пятна. Чаще всего этим явлениям способствуют климатические условия (высокая влажность, перепады температур), а в помещениях они являются результатом протечек.

Как правило, само здание из кирпича и бетона поражается грибами и бактериями достаточно сильно. При этом фасад (штукатурка, кирпич или бетон) поражается, в основном, плесневыми грибами и бактериями на большую глубину – часто более 5 см, а внутренние помещения – практически только бактериями различных видов.

Сильное заражение строительных материалов как фасадных, так и внутренних помещений микроорганизмами может повлиять на снижение санитарно-гигиенической характеристики зданий. Фасадный строительный минеральный материал поражается преимущественно грибами и бактериями, среди которых отмечается наличие как спорообразующих, так и неспорообразующих форм. В образцах строительного кирпича часто обнаруживается большое количество микромицетов, в основном относящихся к плесневым грибам. В штукатурке, как правило, грибов не наблюдается из-за сильной щелочной реакции материала, которая губительна для роста и развития микромицетов. Штукатурка обычно поражается бактериями.

Кроме указанных выше видов биопоражений минеральных строительных материалов, поражение паразитирующей растительностью (зеленые разводы на зданиях), возбудителями которого является водоросль Algae, приводит к очень сильному разрушению зданий.

На поверхности бетонных конструкций, пораженных грибами, отмечается более 40 родов грибов. Большинство грибов имеют мицеллий – тонкие ветвящиеся нити (гифы), которые растут своими концами и таким образом распространяются в питательной среде. Грибки размножаются обрывками мицеллия или спорами. Для большинства грибов оптимальная температура для развития равна 20–25 °С. Имеются данные о том, что грибки могут развиваться в температурном интервале от –20 до +80 °С. В процессе своей жизнедеятельности они выделяют различные минеральные и органические кислоты (уксусную, лимонную, молочную, масляную, муравьиную, яблочную и др.), которые взаимодействуют с основными (щелочными) соединениями цементного камня и разрушают его, превращая гидросиликаты и гидроалюминаты в соли, не обладающие вяжущими свойствами. Цементный камень перерождается и теряет свои строительные и технические свойства. Замечено, что, поселяясь на поверхности, грибы изменяют рН среды таким образом, что создают оптимальную для своего развития кислотность среды. Для большинства изученных проб значения рН находились в пределах от 4,8 до 5,4 (кислая среда). Поскольку в толще основного строительного материала – бетона – среда в норме всегда щелочная (рН выше 9), то сильное ее закисление на поверхности бетона указывает на весьма значительный вклад биодеструкторов в процессы повреждения и разрушения бетонных конструкций.

Колонии грибов на поверхности бетона могут выделять углекислый газ и способствовать его карбонизации, что установлено методом дифференциально-термического анализа проб бетона, зараженного грибковой флорой, и контрольных. Необходимое условие жизнедеятельности грибов – наличие влаги. Наблюдение показывают, что они активно развиваются при наличии источников влаги. Однако имеется немало случаев развития грибов в условиях помещений с нормальной влажностью и температурой при отсутствии капельно-жидкой влаги. Такие повреждения можно наблюдать на лестничных клетках, в коридорах, санузлах, в подвальных помещениях. Споры плесневых грибов имеют размеры 1–10 мкм. Исследования их способности проникать через бетон показали, что при капиллярном всасывании воды или фильтрации ее при наличии градиента давления споры грибов проникают через все исследованные бетоны.

return false">ссылка скрыта

Пористые штукатурные растворы разрушаются грибами достаточно быстро, при этом в разрушенном материале под микроскопом обнаруживаются гифы грибов. Плотные бетоны разрушаются грибами достаточно медленно, однако за 20–50 лет эксплуатации происходит серьезное разрушение поверхностного слоя. В лабораторных условиях при длительном воздействии культуры грибов на бетон прочность его уменьшалась с 22,5 до 10 МПа, т. е. на 42 %. Выделяемые грибами органические кислоты и углекислота совместно с углекислотой воздуха нейтрализуют бетон. С утратой щелочной реакции жидкая фаза бетона теряет способность поддерживать сталь в пассивном состоянии. Развивается коррозия стальной арматуры в бетоне.

Биологическая коррозия бетона и железобетона интенсивно развивается в условиях техногенных сред. Высокая влажность, наличие органических веществ, жиров, аммиака, растворов солей – все это создает благоприятные условия для интенсивного развития микроорганизмов-биодеструкторов.

Классы среды по условиям эксплуатации при воздействии биологически активных сред на конструкции из бетона и железобетона представлены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 – Классы среды по условиям эксплуатации при воздействии

на конструкции из бетона и железобетона биологически