Биоповреждения строительных материалов

Контрольная работа

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.

5 стр., 2315 слов

Атмосфера как среда обитания живых организмов

... и методы её охраны. 1. Атмосфера как среда обитания живых организмов. Амосфера - газовая оболочка, окружающая небесное тело. ... планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно ... с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие – азот и кислород в ...

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.

экологический микромицет биоповреждение бактерицидный

1. 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.

2. Понятие биоповреждения строительных материалов

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, СО 2 , Н2 S 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

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

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.

3. Способы защиты материалов от биоповреждения

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.

Водорастворимые антисептики в зависимости от вида химических препаратов и их сочетаний различаются на вымываемые и трудновымываемые.

К наиболее широко распространенным и легко доступным вымываемым антисептикам относятся фтористый натрий и кремнефтористый аммоний.

Фтористый натрий обладает высокой диффузионной способностью проникновения в сырую (до 40…50% влажности) древесину, не летуч, не горюч.

Кремнефтористый аммоний обладает высокой растворимостью в воде (до 20%), высокотоксичен к домовым грибам. Широко применяется для антисептирования деревянных конструкций, находящихся в условиях, где исключено вымывание соли в процессе эксплуатации.

К трудновымываемым водорастворимым антисептикам относится препарат ХМ -11, состоящий из бихромата натрия или бихромата калия в сочетании с равным количеством медного купороса. Основная область применения препарата — опоры ЛЭП, столбы оград и т.д., но в то же время защиту древесины от домовых грибов препарат не обеспечивает.

Антисептическая эффективность и область применения антисептиков группы ХМ, относящихся к трудновымываемым водорастворимым антисептикам, может быть расширена путем добавки в них различных солей.

Из водорастворимых антисептиков на практике хорошо себя зарекомендовали такие препараты как «Крам», предназначенный для работы в закрытых помещениях, «Биодекор», применяющийся как для внутренних, так и наружных работ, а также «Сенеж»-ОБ», «Финакс» и «КСД-А», которые помимо биозащитных обладают и огнезащитными свойствами. Расход этих препаратов в среднем составляет 0,4 … 0,6 л на 1 кв.м. поверхности обрабатываемых деревянных деталей.

К органикорастворимым антисептикам относятся препараты на основе нафтената меди, которые растворяются в нефтепродуктах. Эти антисептики используют для защиты пролетных строений деревянных мостов, конструкций зданий с высокой влажностью внутри помещений.

К маслянистым антисептикам (пропиточным маслам) относятся каменноугольное, антраценовое, креозотовое и сланцевое масла. Это традиционные антисептики, хорошо защищающие древесину в самых тяжелых условиях эксплуатации на длительный срок. В основном эти антисептики применяются для пропитки деревянных шпал, свай, опор линий связи и т.д.

Эти масла относятся к канцерогенным веществам, поэтому обращение с ними требует соблюдения правил техники безопасности и производственной санитарии.

К антисептическим пастам относятся пасты марок ПП, ПАЛМ-Ф и ПАФ-ПВА. Пасты марок ПП (ПП-100, ПП-150) изготавливаются на базе фтористого натрия с добавкой в качестве связующего каменноугольного лака и каолина в качестве наполнителя. Составляющими в пасте марки ПАЛМ-Ф являются фтористый натрий, каолин, латекс, вода. Связующим в пастах марки ПАФ-ПВА является поливинилацетатная эмульсия.

Пасты работают по принципу диффузионной пропитки и выпускаются в виде концентрата. Требуемую для нанесения пасты на поверхность деревянного элемента консистенцию получают путем добавления в нее необходимого количества воды. Паста применяется для антисептирования опорных частей деревянных элементов, узловых соединений в конструкциях, где имеется опасность кратковременного периодического увлажнения. Допускается применение паст как в неэксплуатируемых, так и в эксплуатируемых помещениях.

Различают следующие способы антисептирования:

— Поверхностная пропитка (нанесение антисептика на поверхность древесины).

Растворы наносят опрыскивателем, кистью или погружением в него древесины. Принцип этого способа заключается в непродолжительном увлажнении поверхности древесины антисептиками, в результате чего соли проникают в древесину на небольшую глубину. Глубина пропитки составляет от 1 до 5 мм и зависит от рецептуры антисептика и времени нанесения.

  • Панельная пропитка. Способ заключается в наложении гидроизолирующей панели на поверхность древесины и непрерывной передачи под нее антисептика. Панельная пропитка используется преимущественно для деревянных памятников архитектуры.
  • Диффузионная пропитка.

На поверхность сырой древесины наносят антисептические пасты и выдерживают древесину в условиях, исключающих их высыхание в течение 2-3 недель. На этом принципе основана и панельная пропитка.

— Пропитка по способу «прогрев-холодная ванна». Древесину нагревают, а затем помещают в холодный раствор антисептика. При прогреве древесины, находящийся в ней воздух расширяется и частично выходит наружу. При погружении в холодный раствор она охлаждается, воздух в ней сжимается и за счет создавшегося разрежения, антисептик всасывается внутрь древесины.

— Пропитка по способу «вакуум — атмосферное давление — вакуум». Суть та же, что и в предыдущем способе, т.е. антисептик внедряется в древесину за счет разности давления. В автоклаве древесину выдерживают под вакуумом, затем подают антисептик и соединяют автоклав с атмосферой. После выдержки жидкость удаляют из автоклава и вновь создают вакуум для осушения поверхности.

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.

Заключение

Бурное развитие техники, освоение необжитых территорий, активное градостроительство, создание новых материалов сделали проблему биоповреждений одной из наиболее актуальных и научно-практических проблем.

Бактерии, грибы, лишайники, водоросли, высшие растения, простейшие, кишечнополостные, черви, мшанки, моллюски, членистоногие, иглокожие, рыбы, птицы, млекопитающие — таков перечень групп, представители которых выступают в роли биоповреждающих агентов, нанося огромный ущерб хозяйству человека.

Мишенью биоповреждающего действия стали кирпичные и каменные здания и строительные сооружения, древесина и разнообразные изделия из нее, металл и металлические изделия.

Биоповреждения возникают в результате взаимодействий материалов и изделий с компонентами биосферы. Следовательно, решение проблемы сводится к оптимизации этих отношений. Человеку нужно, чтобы создаваемые им изделия были защищены от пагубного воздействия живых организмов в течение всего срока эксплуатации, после чего их разрушение не только не возбраняется, но даже стимулируется (биоразрушениями отходов занимается новое перспективное направление науки и промышленности).

Важно отметить, что «золотой ключик» в защите от биоповреждений создать невозможно. В настоящее время мы располагаем целым арсеналом защитных средств. Вот некоторые из них.

Древесину защищают от поражения грибами, пропитывая антисептиками (бихромат натрия, фтористый и кремнефтористый натрий, пентахлорфенолят натрия, нафтенат меди, антраценовое масло и др.).

Это увеличивает срок ее службы в 2-3 р, что в масштабах страны дает огромный экономический эффект.

Для защиты от биоповреждений синтетических полимерных материалов успешно используются салициланилид, 8-оксихинолят меди, мышьякоорганические и оловоорганические вещества, тиурам, цимид, 2-оксидифенил, трилан и др.

Общим для большинства защитных мер пороком является их узкая специализация: одни объекты они защищают хорошо, другие плохо. Их разработчики добиваются высокой эффективности в отдельных конкретных случаях, зато малейшее изменение эколого-хозяйственной ситуации сводит положительный эффект к нулю.

Поскольку разработка и внедрение каждого нового средства требует огромных затрат, а окупаются они далеко не сразу, гораздо целесообразнее сосредоточивать усилия на комплексной защите от биоповреждений, объединяющей как экологические, так и технологические методы и пригодной для обслуживания широкого круга ситуаций.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/biopovrejdeniya-stroitelnyih-materialov/

1. Братошевская В.В., Иванченко В.Т., Мирсоянов В.Н. «Архитектурная и градостроительная экология»: Учебное пособие. Краснодар: Изд-во ГОУВПО «КубГТУ» — 2006.

2. Румянцева Е.Е., Губернский Ю.Д., Кулакова Т.Ю. «Экологическая безопасность строительных материалов, конструкций и изделий». М.: Университетская книга, 2005 — 200с.

3. Кузнецова Л.С. «Полисепт — полимерный биоцид пролонгированного действия. Москва, МГУ ПБ.2001.