Биологическое повреждение бетона и железобетона в процессе эксплуатации объектов.

Бетон и железобетон в современном мире являются одними из наиболее часто применяемых строительных материалов. Их широкое использование объясняется наличием многих факторов, главные из которых это: уникальность физико-механических свойств, наличие огромного количества природного сырья для его производства, низкие энергетические затраты на производство. Однако наряду с названными преимуществами, у данных материалов существует несколько недостатков: гигроскопичность, уязвимость к воздействию кислот и другие, которые способствуют появлению в материале микроорганизмов и последующему его биоповреждению.

Биологическое повреждение – прямое или косвенное воздействие живых организмов, негативно влияющих на внешний вид или характеристики материала. К биоповреждениям можно отнести любые нежелательные изменения материала, происходящие в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Основными биодеструкторами (разрушителями) строительных материалов являются: бактерии, грибы, водоросли, лишайники, мхи, растения, насекомые и др. Заселение и дальнейшая жизнедеятельность этих живых организмов приводит не только к ухудшению внешнего вида бетона, но и к значительному снижению физико-технических свойств материала, вплоть до самого разрушения.

Рисунок 1. Биологические разрушители бетона

Биоповреждение строительных материалов особенно интенсивно развивается в производственных зонах и в местах контакта материала с водой. В первую очередь на предприятиях химической, медицинской и пищевой промышленности, в канализационных коллекторах и в сооружениях для отведения сточных вод. К основным факторам вызывающим ускоренное развитие биодеструкторов на подобных объектах относятся:

1.  наличие повышенной влажности;

2.  слабый воздухообмен помещений;

3.  высокая запыленность наружного воздуха и воздуха внутри помещений;

4.  богатая питательная среда для микроорганизмов;

5.  антисанитарные условия эксплуатируемых помещений;

6.  повреждение поверхности строительных материалов под воздействием других негативных факторов (появление трещин, напряженное состояние конструкции);

7.  расположение объекта вблизи оживленных дорог и магистралей.

Микробы-диструкторы очень разнообразны, среди них по мнению ученых наибольший ущерб изделиям из бетона и железобетона наносят микроскопические грибы (микромицеты), нитрифицирующие и сероокисляющие (тионовые) бактерии. Последние широкий спектр разнообразных соединений серы окисляют до серной кислоты, а она в свою очередь вызывает коррозию материала. По статистике до 74% аварий на бетонных коллекторах происходит из-за коррозии сводовой части трубопровода, вызванной серной кислотой биогенного происхождения.

Таблица 1.

Интенсивность аварий коллекторов в год на 1 км

Вследствие деятельности бактерий железобетонные коллекторы по интенсивности аварий опережают с подавляющим преимуществом керамические и кирпичные коллекторы (Таблица).

При проектировании строительных объектов и разработке методов их защиты, при создании новых строительных материалов наибольшее внимание уделяется пожарам, наводнениям, оползням и другим техногенным и антропогенным воздействиям на здания и сооружения. На их фоне биологическое повреждение - явление медленное, поэтому не привлекает должного внимания у проектировщиков и эксплуатационников, хотя последствия бывают равносильными.

В реальных условиях разрушение бетона происходит от воздействия низких температур, солнечного света, воды, перепада температур, повышенной влажности и от комплексного воздействия живых организмов. Большое влияние на интенсивность развития разрушения так же оказывают прогрессирующие загрязнения городской среды, вызванные пренебрежением экологическими нормами при строительстве, безграмотной эксплуатацией объектов, многочисленными протечками крыш, неисправной сантехникой и другими причинами. В результате длительного действия этих факторов происходит постепенная потеря массы, снижение физико-механических свойств, морозостойкости и снижение эксплуатационных показателей у материала. Однако кроме технического аспекта проблемы существует другой – экологический аспект. Появление на поверхности конструкций микромицетов, размножение в бетоне и железобетоне бактерий приводит к снижению гигиенического состояния помещений, а в дальнейшем к ухудшению здоровья людей, эксплуатирующих эти помещения.

Деятельность агентов биоповреждений заставляет ученых находить эффективные методы по защите строительных конструкций от биологических повреждений. Идеальным способом борьбы с биоповреждениями было бы устранение микроорганизмов, вызывающих или усиливающих повреждение. Однако эта задача на настоящий день практически невыполнима. Существующие на сегодня способы защиты от биоповреждений разделяют на 3 основные группы: физические, химические, биологические.

1.  Физические методы: использование ультрафиолетового, ионизирующего излучений, ультразвука, лазерных лучей и др.

2.  Биологические методы: использование микроорганизмов, подавляющих действие вредных агентов.

3.  Химические методы: использование биоцидов – искусственно синтезированных химических веществ.

Для предотвращения поселения биологических агентов в теле бетона или в строительном растворе поверхность сооружений покрывают пленкообразующими и биоцидными составами, пропитывают биоцидными растворами или вводят модификаторы биоцидного действия в бетонную смесь с водой затворения. На сегодня известно несколько тысяч видов биоцидов. Химический метод является одним из самых эффективных, самым распространенным и широко применяемым способом защиты от биоповреждений различных материалов. По характеру своего действия токсиканты можно разделить на следующие группы:

1.  биоциды, уничтожающие микробных возбудителей биоповреждений;

2.  биостатики, тормозящие рост микроорганизмов;

3.  репелленты, вызывающие отпугивающий эффект у биодеструкторов.

Принимая во внимание то, что микрофлора, поражающая материалы очень разнообразна и часто содержит в себе организмы, принадлежащие к разным группам, наиболее рационально применять биоцидные составы широкого спектра действия.

Наиболее перспективным и экологически безопасным подходом для решения проблемы биоповреждения является использование биопрепаратов, содержащих бактерии, которые подавляют действие биодеструкторов.

Не полностью изученные механизмы взаимодействия со строительными материалами, высокая адаптация микроорганизмов к изменяющейся окружающей среде говорят об актуальности проблемы и требуют комплексного подхода, учитывающего взаимосвязь инфраструктуры городской среды и более углубленного изучения проблемы для принятия эффективных мер по защите зданий и сооружений от микроорганизмов.