Сложные, часто недостаточно изученные процессы, определяющие интенсивность и механизм биокоррозии строительных материалов, находятся в прямой зависимости от условий окружающей среды, степени биостойкости материала конструкции и характера воздействия биофакторов.
Следует отметить, что опасность и интенсивность биокоррозии и загрязнений различных зданий и сооружений неуклонно возрастает в большей степени для городов, в пределах которых находятся крупные промышленные предприятия. Она усугубляется пренебрежением экологическими нормами при строительстве зданий и сооружений, невыполнением норм при их эксплуатации, а также средой, в которой эксплуатируются здания и сооружения.
Строительные материалы — это природные и искусственные материалы, используемые при строительстве, ремонте и реконструкции зданий и инженерных сооружений.
Биокоррозия — это разрушение, вызванное заселением и развитием бактерий, грибов, актиномицетов, которые могут представлять серьёзную опасность как непосредственно для конструкций зданий и сооружений, так и для здоровья людей.
Как известно множество строительных материалов (бетон, кирпич, дерево и т. д.), потенциально являются благоприятной средой обитания для микроорганизмов, что оказывает влияние как на прочностные, декоративные свойства материала, так и на срок их службы.
При воздействии биоорганизмов (макро- и микроорганизмов) биокоррозия строительных материалов носит более сложный характер, чем при воздействии чисто химических сред.
Микроорганизмы-биодеструкторы способны уничтожить буквально любые строительные материалы и конструкции. Биоповреждения минеральных строительных 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, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов, следует различать два основных случая 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).
Так, например, в результате действия грибов может происходить механическая биокоррозия за счет разрастающегося мицелия, изменение упруго-прочностных свойств за счет выделения продуктов метаболизма агрессивных к строительному материалу, использование микроорганизмами компонентов материалов в качестве источника энергии (пищи).
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 расстоянии от места обитания биоорганизмов, вырабатывающих агрессивные вещества. Например, тионовые бактерии, поселяющиеся на поверхности карбонатного слоя бетона, разрушают цементный камень, изменяя рН прилегающей воды за счет образуемой ими кислоты.
Исследования показали, что в деструкции минералов горных пород принимают участие бактерии, дрожжи, микрогрибы, водоросли и их сообщества, симбиотические культуры — лишайники. Особенно активны в этих процессах микроорганизмы, образующие минеральные и органические кислоты, поверхностно активные вещества. Микроорганизмы, развиваясь в сообществах, находят в горных породах необходимые для них органические и минеральные питательные вещества.
Степень развития микроорганизмов на материалах определяется физическими, химическими и биологическими факторами. Основным из них, стимулирующим размножение грибов на материалах, является влага на поверхности субстрата. Если материал имеет не значительную влажность, то сначала появляются менее требовательные к влаге грибы, а затем заселяются более влаголюбивые виды, в том числе патогенные, для которых первые микроорганизмы являются питательной средой. В некоторых промышленных сооружениях источниками биоповреждений служат накапливаемые на поверхности материалов органические продукты, используемые в производственных процессах (сахар, жир, белковые соединения и др.), а также загрязнения.
Микроскопические грибы отличаются широким спектором приспособительных возможностей и имеют повсеместное распространение. Грибы являются непременными гетеротрофным компонентом наземных и водных экосистем в различных климатических условиях [1].
Геологическая среда в условиях климата Западной Сибири обладает специфическим разнообразием микроценоза. Сообщества агрессивных микроорганизмов нами изучались на поверхности внутренних и внешних стен исторических зданий г. Томска.
Микробиологический анализ показал наличие на поверхности стен бактериального микроценоза, включающего сообщество хемолитотрофной и сапрофитной микрофлоры. Хемолитотрофы представлены сульфатредуцирующими и тионовыми бактериями. Среди сапрофитов преобладают представители 4 родов: Bacillus, Pseudomonas, Arhtrobacter, Streptomycetes.
Микромицеты представлены 9 родами. В большинстве исследованных образцов выявлены микромицеты родов: Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Cladosporium [2].
Условия окружающей среды чаще всего являются определяющими для биологической колонизации камня. Во многих случаях состав литобионтных сообществ определяется веществами, оседающими из атмосферы или попадающие на поверхность камня другими путями. В промышленно загрязненных зонах на поверхности каменистых материалов в результате гравитационных сил и выпадения осадков в повышенных количествах оседают соли тяжелых металлов, алифатические и ароматические углеводороды, соединения серы, фосфора, хлора, азота, углерода и других элементов. С одной стороны, токсические компоненты осадков способны ингибировать развитие поверхностной микробиоты. С другой — оседающие вещества могут служить источником энергии для грибов и бактерий.
Взаимосвязь внутри системы микроценоз — материал вполне детерминирована. Изменение структуры и состояния материала, в первую очередь под действием повышенной поровой влаги, растворенных в ней химически активных компонентов и газов способствует нарушению устойчивости и началу развития микроорганизмов.
Структура сообщества микроорганизмов формирующихся на поверхности строительных силикатных материалов зависит от состава, возраста строительных материалов (как внутренних факторов) и гидрогеологических особенностей и химической активности грунтовых вод (как внешних факторов) [3].
В качестве индикатора развития биокоррозии силикатных строительных материалов предлагается использовать тиобактерии, как характерные инициаторы сульфатной биодеструкции. Количественное содержание бактерий рода Thiobacillus позволяет использовать тиобациллы в качестве экспресс-метода биоиндикации ранних стадий коррозии силикатных строительных материалов.
Литература:
1. Власов, Д.Ю., Зеленская М. С. // Микология и фитопатология. — 2001. — № 5. — С. 10–12.Второй источник.
2. Фатыхова, Ю. Н. О роли микроорганизмов в коррозии природных и искусственных материалов / Ю. Н. Фатыхова, А. В. Мананков, И. И. Подшивалов // Вопросы географии Сибири. — Томск: ТГУ. — 2003. — № 25. — С. 275–278.
- Фатыхова, Ю. Н. Биокоррозия силикатных материалов / Ю. Н. Фатыхова, А. В. Мананков // Экология промышленного производства. — 2006. — № 7. — С. 31–39.
