Биологическая коррозия

Биокоррозия представляет собой естественную реакцию окружаю­щей среды на материалы, которые создает или использует человек. Вне­дряя искусственно созданные материалы, человек включает их в общий круговорот веществ, происходящий в биосфере, где все, что находится на земле, проходит свой путь от рождения до разложения.

Если бы этот процесс отсутствовал, то произошло бы «захламление» окружающей среды, которое привело бы к гибели не только человека, но и всего живого на земле. Решая вопрос биозащиты, как правило, за счет вве­дения веществ, обеспечивающих экологический иммунитет материалу или изделию на период эксплуатации, человек внедряется в законы природы и не всегда с пользой для себя и биосферы. Примером может служить поли­этиленовая тара (пакеты, бутылки и т.д.), разложение которой в земле мо­жет произойти не ранее чем через 100 лет. Как мы видим вокруг, это уже создает опасность «захламления».

Микробиологическое разрушение материалов и конструкций возникает в результате воздействия различных бактерий, грибов, лишайников [4, 10].

Повсеместное распространение микроорганизмов обусловлено их разнообразием и способностью приспосабливаться к изменяющимся усло­виям среды и источникам питания.

Микробы подразделяют в зависимости от источника углеродного пи­тания: неорганического (СО₂, карбонаты) и органического и вида исполь­зуемой для жизнедеятельности энергии: солнечного света или окислитель­но-восстановительных реакций. Клетку микроба по своей приспосабливае- мости можно рассматривать как биологическую машину широкого спектра действия, которая по своим возможностям далеко превосходит технологи­ческие системы, сконструированные человеком. Микроорганизмы могут жить и развиваться в зависимости от вида при температуре 0 - 100 ^оС и ще­лочности среды от рН = 1 до рН = 11. Они способы образовывать специ­альные формы, покрытые плотной оболочкой, предназначенной для сохра­нения при кипячении и при отсутствии влаги. Воздействие микроорганиз­мов может быть прямым, когда материал является источником питания, и косвенным, если на материал действуют продукты их жизнедеятельности - органические кислоты.

Повышение влажности, температуры и загрязнение поверхности способствуют росту и развитию микроорганизмов на всевозможных мате­риалах, вызывая их частичное или полное разрушение. Биоповреждению подвергаются полимерные материалы, лакокрасочные покрытия, древеси­на, природные и искусственные каменные материалы, стекло и металлы. При воздействии микроорганизмов на полимеры вследствие разрастания и заполнения микропустот в структуре, а также влияния продуктов жизне­деятельности изменяются цвет, структура, а при небольшой толщине - герметичность и прочность изделий и покрытий. Более 60 % используемых в строительстве полимерных материалов не обладают достаточной био­стойкостью. В первую очередь это относится к распространенным мате­риалам на основе полиэтилена, поливинилхлорида. Биостойкость поли­мерных материалов снижается в процессе их старения, поэтому эти два яв­ления взаимосвязаны и стимулируют друг друга.

При повреждении лакокрасочного покрытия на основе полимерных связующих размножение микроорганизмом может происходить как на по­верхности пленки, так и внутри нее. Последнее приводит к вздутию, от­слоению и полному разрушению защитного слоя. Биостойкость покрытия зависит от состава подложки, свойств входящих компонентов, режимов сушки, условий и длительности эксплуатации. Биостойкость уменьшается в зависимости от применяемого пленкообразующего вещества (связующе­го) в следующем порядке: эпоксидные, полиуретановые, пентафталиевые, битумные, глифталиевые. Подвергаются воздействию микроорганизмов составы, содержащие олифу, костный клей, казеин, желатин, карбоксиме- тилцеллюлозу, поливинилацетат (ПВА), акриловые смолы. Поэтому недос­таточно стойки применяемые водоэмульсионные и масляные краски.

Одно из важнейших условий получения стойких материалов и по­крытий - введение в их состав компонентов, которые не являются источ­ником питания. Это минеральные наполнители, не содержащие углерода: каолин, плавиковый шпат, слюда, ускорители и отвердители - известь, окись магния. Для защиты заведомо нестойких полимеров при их изготов­лении или в процессе получения из них изделий или красочных составов необходимо вводить биоцидные добавки - соединения на основе цинка, меди, олова или кремнийорганические.

Наиболее опасны микроорганизмы для материалов, полученных на основе растительного сырья. Это изделия из древесины и ее отходов (ДВП, ДСП), льнокостры, соломы, камыша и т.д. Разрушаются деревянные полы, перегородки, элементы конструкций кровли. Процесс активизируется с по­вышением влажности, температуры и отсутствием вентиляции. При строи­тельстве деревянных домов важно определить рациональную область ис­пользуемых защитных средств. Взять, к примеру, лаги, детали погребков, нижние обвязки или полы по грунту в надворных постройках. Их защита должна проводиться пропиткой эффективными антисептиками, безвред­ными для животных и человека. Биоогнезащите комплексными составами подвергают, как правило, несущие конструкции и только огнезащите - внутренние двери, элементы лестничных клеток и чердаков. Наиболее эф­фективные для древесины антисептики содержат соединения фтора, хрома, бора или получены на основе углекислых аминов и анилидов.

Определенную специфику обработки имеют исторические памятни­ки деревянного зодчества в силу своей ветхости и невозможности разбор­ки. Для этих целей используют специальные технологии нанесения, на­пример, непрерывного или многократного без просушки в интервалах бы- строфиксирующегося органического состава, обладающего высокой про­никающей способностью на глубину до 50 мм и обеспечивающего тем са­мым срок службы объектов от 30 до 50 лет.

Для таких неорганических природных и искусственных материалов, как каменные, керамические, бетон на неорганических вяжущих (гипс, из­весть, цемент), биоразрушения в основном связаны с действием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (бактерий, грибов) - органических и неорганических кислот; и в меньшей степени особых силикатных бакте­рий, способных разрушать силикатные материалы, используя их как ис­точник энергии. Микроорганизмы, находясь на поверхности строительных конструкций, изделий через продукты своей жизнедеятельности взаимо­действуют с материалом, образуя легкорастворимые или не обеспечиваю­щие прочность соединения. Биоповреждения бетона относительно порис­того материала, начинаются с поверхности и идут вглубь. Вопрос защиты бетонных и железобетонных конструкций, как и любых других, необходи­мо рассматривать в комплексе с санитарно-гигиеническими условиями их эксплуатации. Поэтому стены животноводческих помещений, цехов мясо­молочной, пищевой промышленности должны быть облицованы легко моющимися и дезинфицирующимися материалами. Наиболее надежную защиту от биокоррозии могут обеспечивать вводимые в состав материала биоцидные добавки, покрытие поверхности биоцидными пленкообразую­щими составами или пропитка поверхностного слоя биоцидными состава­ми. При этом необходимо учитывать способность микроорганизмов при­спосабливаться к применяемым добавкам. Примером могут служить ситал- лы, представляющие собой частично закристаллизованные стекла, исполь­зуемые в качестве кислотостойкого плиточного облицовочного материала. В их состав входят такие компоненты биоцидного свойства, как фосфаты, свинец, бор и другие. Однако несмотря на их присутствие эти материалы подвержены биоразрушению. Только введение соединений кобальта и меди до 1 % по массе позволило полностью защитить этот материал.

При воздействии микроорганизмов повреждаются также изделия из обычного стекла и оптические системы. При действии бактерий и грибов резко снижаются их оптические свойства. Стойкость изделий из минераль­ных расплавов определяется их составом. Так, силикатные стекла облада­ют высокой биостойкостью, для фосфатных потеря массы составляет от 0,4 % до полного разрушения. Не разрешается использовать во влажных теплых условиях и цинкосодержащие стекла. Повысить стойкость к био­разрушениям можно введением следующих добавок: оксидов лития, олова, свинца, молибдена.

Для защиты оптических стекол разработан метод нанесения на по­верхность фунгицидного слоя, препятствующего прорастанию спор мик­роорганизмов в течение двух лет.

По отношению к металлам, из которых выполняют несущие алюми­ний- и железосодержащие конструкции, кровельные и отделочные мате­риалы, микробиологическая коррозия может развиваться и усиливаться в результате двух основных процессов. Первый - создание агрессивной по отношению к металлу среды на его поверхности в результате накопления таких продуктов жизнедеятельности, как кислоты, сульфиды, аммиак. Второй - непосредственное участие микроорганизмов в одной или не­скольких окислительно-восстановительных реакциях, вызывающих элек­трохимическую коррозию металла. Наиболее надежной защитой обладают лакокрасочные составы с биоцидными добавками, долговечность которых в значительной степени определяется тщательностью очистки поверхности изделий и конструкций.

Способность живых организмов синтезировать кремнезем или каль­ций, по мнению профессора Ф.М. Иванова, может быть в недалеком буду­щем использована при получении строительных материалов. Применяя биотехнологию по аналогии с процессами образования раковин моллю­сками, можно целенаправленно создавать в поверхностном слое бетона защитное покрытие прямо в изделии, обладающее высокой плотностью, прочностью и атмосферостойкостью. Изучение физиологических процес­сов, приводящих к образованию карбонатных минералов в виде раковин, позволило бы смоделировать и воссоздать их в технике для получения конструкционных и отделочных материалов нового типа.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ НОРМАТИВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии.

2. СНиП 3.04.01-87. Изоляционные и отделочные покрытия.

3. СНиП 3.04.03.-85. Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии.

4. РДС 1.01.09-99. Система радиационного контроля сырья и готовой про­дукции предприятий Министерства архитектуры и строительства РБ.

5. СНБ 2.02.01-98. Пожарно-техническая классификация зданий, строи­тельных конструкций и материалов.

6. Пособие П8-2000 к СНБ 5.01.01-99. Проектирование и устройство за­щиты подземных сооружений от грунтовых вод.

7. СТБ 1247-2000. Стойки железобетонные для опор линий электропере­дачи напряжением 0,38 кВ и от 6 до 10 кВ. Технические условия.

8. ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

9. ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытания на го­рючесть.

10.ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования.

11.ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Методы испытания на вос­пламеняемость.

12.ГОСТ 30444-97. Материалы строительные. Методы испытания на рас­пространение пламени.

13.СНБ 2.02.01-98. Пожарно-техническая классификация зданий, строи­тельных конструкций и материалов.

14.Пособие к СНиП 2.03.11-85. Электрокоррозия железобетонных конст­рукций. - М., Стройиздат, 1989.