Биоповреждения строительных материалов

 

 

КОНТРОЛЬНОЕ   ЗАДАНИЕ   

 

по дисциплине «Экология»

 

тема: Биоповреждения строительных материалов

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва – 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

 

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 (сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи; в состав биоты входят как представители клеточных организмов (растения, животные, грибы, бактерии и пр.), так и бесклеточные организмы (например, вирусы).

В настоящее время важной экологической проблемой является биоповреждение микроскопическими грибами промышленных и строительных материалов и сооружений, в частности в городской среде. В XXI веке в городах будет проживать не менее 90% населения планеты и находиться внутри городских зданий около 95% своего времени. Это означает, что для сохранения здоровья человечества необходимо обеспечить высокое качество внутренней среды городских построек. Микроскопические грибы резко ухудшают эксплуатационные характеристики тех материалов, на которых растут, вызывая биоповреждения и биоразрушения последних. Крайним проявлением такого ухудшения в отношении бетонных элементов является их частичное или полное обрушение. С другой стороны, микромицеты (грибообразные организмы микроскопических размеров) способны вызывать микогенные аллергии, микозы, микотоксикозы, вероятность возникновения которых значительно возрастает в среде с высоким содержанием этих организмов.

В связи с вышесказанным представляется необходимым контролировать развитие микромицетов внутри зданий с целью поддержания их численности на безопасном для человека уровне, а также изыскивать эффективные способы предотвращения процесса биповреждений строительных материалов, из которых возведены эти здания. В настоящее время экологическим аспектам биодеградации микроорганизмами материалов и сооружений в городской среде уделяется все большее внимание. Во многих городах России уже созданы местные программы по защите городской среды от биоповреждений. Для осуществления таких программ необходимы сведения о концентрации, закономерностях распределения микромицетов в воздухе и на материалах, о видовом многообразии деструкторов в зданиях различного назначения, об экологических, физиологических, биохимических особенностях микодеструкторов (в частности и тех, которые определяют их медицинскую значимость). Выявленные закономерности далее должны использоваться при разработке защитных мероприятий как при создании и применении новых рецептур строительных материалов, устойчивых к микологическому воздействию, так и при строительстве, эксплуатации и ремонте зданий.

Однако работ, сочетающих все указанные аспекты, очень мало. Кроме того, до последнего времени изучение микобиоты построек в нашей стране проводилось в основном на промышленных объектах. Фактическая база в отношении микромицетов, обитающих в гражданских зданиях, только формируется. Положение осложняется отсутствием в России единых норм содержания КОЕ микромицетов в воздушной среде, единой системы контроля за микологической обстановкой. Особенно мало сведений о биоповреждении микромицетами бетонов наиболее распространенных материалов современного домостроения.

 

 

 

 

 

 

 

2. Биоповреждения строительных материалов

 

2.1. СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЯ «БИОПОВРЕЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

 

Повреждения (нарушения) строительных материалов, протекающие под действием организмов, в основном микроорганизмов, называются биоповреждениями (биодеструкцией). 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 - 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 т.д. На поверхности корродируемого материала (металлические и неметаллические конструкции) под воздействием продуктов метаболизма микробов, а именно различных органических и неорганических кислот, СО2, Н2S и NH3, происходят электрохимические реакции, и строительный материал деградирует, вплоть до полного разрушения.

Выделяют два вида биокоррозии: анаэробную, которая протекает без доступа кислорода 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.

На основании анализа и обобщения накопленного опыта была выдвинута эколого-технологическая концепция 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.

Механизм  биоповреждений весьма сложен. Микроорганизмы могут непосредственно разрушать  материал конструкций, но чаще они стимулируют  процессы биоповреждений. Классификация  процессов биоповреждений по видам, механизму и условиям их протекания представлена в табл. 1.     

Таблица 1.    Классификация процессов  биоповреждений

Процесс повреждения материала	Характер  повреждения	Пример
Прямое  разрушение микроорганизмами	Ассимиляция ингредиентов    материалов    бактериями, грибами	Повреждение полимерных материалов в атмосферных  условиях
Химическое  разрушение	Воздействие продуктов жизнедеятельности микроорганизмов  в  токонепроводящих средах.	Повреждение материалов при контакте с топливами  и маслами
Электрохимическое (коррозионное) разрушение	То  же, в токопроводящих средах   (биокоррозия)	То  же, в водных средах
Комбинированное разрушение	Комплексное воздействие микроорганизмов, продуктов  их жизнедеятельности   в   изменяющихся условиях (конденсация влаги, попадание     загрязнений и т. п.)	Повреждения металлоконструкций в специфических  условиях     эксплуатации

 

 

      Классификация биоповреждений построена с учетом биофакторов и подверженных их воздействию объектов. На основании накопленного фактического материала за основу можно взять среду обитания, биофактор или повреждаемые  материалы.     

По  среде обитания следует различать  биоповреждения в почве, грунте, в  водной среде, в органических средах, например продуктах нефтепереработки, в наземной (воздушной) среде, в космосе.      

По  биофакторам различают:     

а) воздействие микроорганизмов (простейшие, грибы, бактерии, лишайники. Все микроорганизмы относят к прокариотам (бактерии) и эукариотам (грибы, простейшие). Лишайники  обычно состоят из водорослей и грибов):

1. Биокоррозия подразделяется на бактериальную (в водных средах, при наличии особого вида бактерий в почве, воде, топливе) и грибную (в атмосферных условиях, при контакте с почвой, при увлажнении поверхности, наличии загрязнений, спор и мицелия грибов).
2. Значительные эффекты разрушения материала в результате сочетания процессов с разными механизмами могут привести к внезапным отказамтехники, находящейся  в эксплуатации.
3. Повреждения в водных средах,в том числе при воздействии обрастателей, разрушение железобетонных сооружений, заглубленных в почву, при воздействии грибов, бактерий и других микроорганизмов. 

 

     б) воздействие макроорганизмов (растения, животные с клеточным,  органным и системным уровнями  организации (беспозвоночные  и   хордовые):

1. По  механизму процесса, можно рассматривать  биоповреждения как физическое, биохимические.
2. По  поврежденным материалам различают  действие: на кирпич, камень, здания, сооружения, стекло, силикаты, оптику, дорожные покрытия, древесину и изделия из нее, металл, металлоизделия, полимеры, резину, нефть, нефтепродукты, бумагу, документы, фото, книги, музейные коллекции, краски, клей, кожи, шерсть, одежду, обувь,  радио-  и электрооборудование. 

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.

 

2.2. СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ ОТ БИОПОВРЕЖДЕНИЙ

 
            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, систем 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.

Исследованиями установлено, что 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.

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

Для предотвращения поселения биологических агентов в теле бетона или в строительном растворе поверхность сооружений покрывают биоцидными и пленкообразующими составами, пропитывают биоцидными растворами или вводят модификаторы биоцидного действия в бетонную смесь с водой затворения.

Биоцидные препараты могут представлять собой смеси различных веществ, усиливающих активность отдельных компонентов (синергисты).

Способы применения и защитное воздействие биоцидов определяются их растворимостью и рядом других физических и физико-химических свойств. По этим признакам биоциды подразделяют на водорастворимые, малорастворимые и растворимые в органических растворителях. По отношению к воде биоциды могут быть невымываемыми (трудновымываемыми) и легковымываемыми. По агрегатному состоянию биоциды бывают твердые (порошки), жидкие и газообразные (фумиганты, летучие фунгициды и др.).

Защита древесины путем ее пропитки токсичными для грибов и насекомых химическими веществами называется антисептированием. Антисептики должны обладать, помимо токсичности, таким свойствами, как способность проникновения в древесину, устойчивость к вымыванию из нее, безвредность для людей и животных.

Полному комплексу названных требований не удовлетворяет ни один из антисептиков, поэтому для каждого конкретного случая их подбирают индивидуально.

Антисептики делятся на четыре группы: водорастворимые; органикорастворимые; маслянистые (пропиточные масла) и антисептические пасты.