Биоповреждения строительных материалов

Биоповреждения  строительных материалов 

Биоповреждение  строительных материалов и конструкций  является в настоящее  время серьезной  проблемой, которая  способна нарушить безопасность эксплуатируемых объектов. Основными деструкторами являются бактерии и микроскопические грибы. 

     Строительные  материалы могут ухудшать экологическую  ситуацию в зданиях и сооружениях  не только при выделении токсичных  и радиоактивных веществ, но и  способствуя росту микроорганизмов  и других представителей биоты.

       Повреждения (нарушения) строительных материалов, протекающие под действием организмов, в основном микроорганизмов, называются биоповреждениями (биодеструкцией). Еще В. И. Вернадский подчеркивал весьма большую роль организмов в процессах, протекающих в биосфере. С другой стороны, биосфера с каждым годом насыщается все большим количеством самых разнообразных материалов. И если некоторые из них органично вписываются в биосферное пространство и не нарушают

 экологические  связи, то другие отторгаются  и подвергаются деструкции. Биоповреждения снижают уровень экологической безопасности строительных материалов, ухудшают их качество, приносят значительный экологический и экономический ущерб.

       Строительные материалы и конструкции  подвергаются «нападению» со  стороны бактерий, микроскопических грибов, водорослей, насекомых, грызунов и др. Так, например, активно разрушают древесину, некоторые полимерные и другие материалы и изделия термиты. Морские беспозвоночные, водоросли лишайники, высшие растения способны вызывать коррозию и наносить другие повреждения.

  Однако наибольший объем биоповреждений строительных материалов связан с деятельностью микроорганизмов (бактерий, грибов, актиномицет или лучистых грибков, и др.).

  Практически все виды микроорганизмов, особенно в условиях, благоприятных для их роста, т.е. при повышенной влажности и затрудненном водообмене, вызывают биоповреждения строительных материалов.

  Внешне эти воздействия проявляются в виде грибковых налетов на отштукатуренных и окрашенных стенах, иногда непосредственно на бетонной поверхности, пигментных пятнах, обесцвечивании и т.д. И если на наружных стенах зданий в основном преобладают микроводоросли, лишайники и другие фотосинтезирующие организмы, а также некоторые виды бактерий, то внутри помещений под синтетическими обоями и на клеевой шпаклевке стен в основном развиваются плесневые грибы.

  В литературе приводятся многочисленные данные о биологическом разрушении грибками поливинилхлоридного линолеума, а также о повреждениях теплоизоляционных материалов на минеральной основе с полимерными органическими наполнителями. Разбуханию, вспучиванию и другим повреждениям подвергаются не только естественные, но и синтетические строительные материалы. Некоторые микроорганизмы, например, мицелиальные грибки, не в состоянии сразу проникнуть в плотную и пористую структуру цементных компонентов. Однако в условиях экологически загрязненной среды отмечена их значительная обрастаемость грибками.

  Биоповреждения, вызванные различными микроорганизмами, значительно ухудшают не только товарный вид, но и физико-механические свойства материалов, а также негативно влияют на микроклимат в помещениях.

  В отличие от микроскопических грибов и других микроорганизмов воздействие бактерий внешне может не проявляться, однако влияние их на физические свойства и химический состав не менее значителен, что может приводить к развитию биокоррозии. Биокоррозионному разрушению подвержены металлы, бетон, древесина, полимерные материалы с низкой биостойкостью пластификаторов и накопителей и т. д. На поверхности корродируемого материала (металлические и неметаллические конструкции) под воздействием продуктов метаболизма микробов, а именно различных органических и неорганических кислот, происходят электрохимические реакции и строительный материал деградирует, вплоть до полного разрушения.

  Выделяют два вида биокоррозии: анаэробную, которая протекает без доступа кислорода, т.е. в восстановительных условиях, и аэробную (в присутствии кислорода). Тионовые бактерии в аэробных условиях могут вызывать коррозию подземных сооружений. Железобактерии нередко выводят из строя систему стальных дренажных труб, закупоривая отверстия микробными клетками и образующимися оксидами железа. Сульфатовосстанавливающие бактерии коррозируют металлические конструкции в сырых помещениях.

  Принято считать, что основную роль в разрушении строительных минеральных материалов играют автотрофные бактерии, которые способны получать необходимую энергию при окислении или восстановлении таких элементов и соединений, как сера, азот, железо, различные органические кислоты.

  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.

  Анализ и обобщение накопленного опыта позволили выдвинуть эколого-технологическую концепцию биоповреждений, согласно которой биоповреждения рассматриваются как реакция окружающей среды, биосферы на то новое, что вносит в нее деятельность человека. Строительные материалы и изделия, подвергаемые «нападению микроорганизмов, рассматриваются как составная часть естественных биоценозов, вовлекаемых в общий круговорот веществ.

  Эколого-технологической эта проблема названа потому, что в биодеструктивном процессе всегда взаимодействуют два начала: с одной стороны, живой организм (или его сообщество), с другой — абиотический компонент, т. е. строительные материалы, изделия и конструкции.

  Возможно ли достигнуть экологического иммунитета строительных материалов? Каким образом повышают их сопротивление биологическим воздействиям и тем самым улучшают экологическую ситуацию в окружающей среде?

  На сегодняшнем этапе развития наук наиболее приемлемыми считаются химические средства защиты. В качестве указанных средств применяют:

 •  фунгициды для защиты от различных видов грибков, повреждающих строительные материалы;

 •  бактерициды для защиты от  различных видов бактерий;

 •  альгициды и моллюскоциды для  защиты от обрастания в водной  среде соответственно водорослями  и моллюсками трубопроводов, гидротехнических сооружений, водоснабжения и др.;

 •  инсектициды для защиты древесины,  полимерных и других материалов  от древоточцев, термитов и  других насекомых.

  Вещества и препараты, используемые для химической защиты от биоповреждений, называют биоцидами.

  Одним из основных способов подавления обрастания строительных материалов микроорганизмами является введение в их состав добавок с фунгицидными свойствами. Токсическое действие фунгицидов основано на их способности ингибировать метаболизм микроорганизмов и нарушать их клеточную структуру.

  Например, для различных бетонов предложены следующие наиболее эффективные добавки:

 •  для цементных бетонов — пиросульфат  натрия, оловоорганический препарат  АБП-90;

 •  для карбамидных полимербетонов  — фосфорная, азотная, серная и другие кислоты; суперпластификатор С-3 на основе нафталинсульфокислоты;

 •  для гипсовых бетонов — двухкомпонентная  система из эпоксидной смолы  и аминосланцефенольного отвердителя.

  Отмечено, что при введении данных биостойких составов одновременно с приданием фунгицидных свойств существенно повышаются прочность материала, его водостойкость и морозостойкость.

  Сложность выбора методов защиты от биоповреждений заключается в том, что сами защитные химические средства не всегда являются нейтральными по отношению к биоцетоническим и популяционным сообществам. Поэтому особое внимание следует обращать на предотвращение токсикологических последствий использования данных средств защиты.

  Биоповреждающий процесс включает в себя многие аспекты, поэтому вопросы защиты строительных материалов, изделий и конструкций могут быть успешно решены лишь при совместной работе специалистов в области строительного материаловедения, экологии, микробиологии, химии и других наук. Особое внимание необходимо уделять разработке природных экологически безвредных средств защиты.