В настоящее время огромное количество людей на планете проживает в городах, проводя большую часть своей жизни в различных помещениях, строениях. Сами того не подозревая, они оказываются под угрозой экологической проблемы — биоповреждения конструкций, зданий и сооружений. Разрушение кирпичной кладки, ухудшение эксплуатационных характеристик строительных материалов, ухудшение внешнего вида зданий и сооружений — все это вызвано деятельностью биодеструкторов [3]. К ним относятся: грибы, мхи, бактерии, водоросли, микроорганизмы. [2] В результате их деятельности поврежденные сооружения становятся опасными для пребывания в них человека. Люди могут получать травмы различной тяжести по причине обрушения, обвала конструкций и элементов [2]. Помимо этого, продолжительное нахождение человека в пораженной биодеструкторами среде может вызывать инфекционные заболевания, аллергии. Около 60 % микробов являются опасными для людей. [2]
Сейчас этому вопросу уделяется все больше внимания, и в некоторых городах созданы документы, в которых описаны мероприятия для защиты зданий и сооружений от пагубного воздействия биодеструкторов. В пример можно привести город Санкт-Петербург с его очень влажным климатом и РВСН 20–01–2006 «Защита строительных конструкций зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды». В этом нормативном документе описаны степени агрессивности среды, методы защиты строительных конструкций, способы ликвидации последствий деятельности биодеструкторов и многое другое. [1] Помимо всего этого, там описаны виды биоповреждения. Они приведены в таблице 1.
Таблица 1
Виды биоповреждения строительных материалов микроорганизмами
|
Виды повреждения строительного материала микроорганизмами |
Описание повреждения |
Пример |
|
Прямое разрушение |
Использование микроорганизмами ингредиентов материала в качестве питательного субстрата |
Повреждение древесины, полимерных и органосодержащих материалов |
|
Химическое разрушение |
Воздействие продуктов жизнедеятельности микроорганизмов на диэлектрические материалы и металлы в токонепроводящих средах |
Повреждение стекла, керамики, цемента. |
|
Электрохимическое разрушение |
Воздействие продуктов жизнедеятельности микроорганизмов на металлы в токопроводящих средах |
Коррозия арматуры, металлических труб и балок. |
|
Механическое разрушение |
Образование биопленок на поверхности материала, проникновение микроорганизмов в трещины и микротрещины, накопление (увеличение) биомассы. |
Разрушение кирпичной кладки, бетона, камня, древесины. |
|
Комбинированное разрушение |
Комплексное воздействие микроорганизмов, их сообществ и продуктов их жизнедеятельности на строительные материалы |
Разрушение натуральных камней, штукатурных и отделочных слоев, железобетона, деревянных конструкций. |
Известно, что заражение материала конструкций начинается с поселения на них микроорганизмов, которые в результате своей жизнедеятельности могут выделять различные ферменты и кислоты. [2] Через некоторое время эти выделения могут служить питательной средой для других микроорганизмов. Таким образом происходит видовое накопление на поверхности материала. В свою очередь, в результате взаимодействия метаболитов (кислот, ферментов) с материалом происходит химическая коррозия, которая приводит к разрушению. Также известно, что многие строительные конструкции и материалы имеют пористую структуру, а при обследовании зараженных зданий и сооружений помимо бактерий очень часто встречаются микромицеты, которые мицелиями проникают глубоко в материал. [2] Очевидно, что в следствии накопления биомассы грибами, она должна оказывать давление на стенки и тем самым разрушать структуру.
Чтобы наглядно увидеть, как происходит разрушение, был проведен эксперимент.
Был взяты образцы известковой штукатурки и помещены в растворы лимонной, щавелевой, янтарной, яблочной кислот разной концентрации. В результате эксперимента на некоторых образцах был замечен рост кристаллов солей. Один из образцов изображен на рисунках 1 и 2.
Рис. 1. Образец штукатурки в 5 % растворе янтарной кислоты в начале эксперимента.
Рис. 2. Образец штукатурки в 5 % растворе янтарной кислоты через неделю.
Видно, что весь образец пронизан копьевидными кристаллами солей, которые оказывают расклинивающее воздействие внутри материала. Далее через некоторое время образцы были извлечены и высушены. При механическом воздействии на образец, приведенный на рисунках 1 и 2, он рассыпался, крошился и демонстрировал более низкие прочностные характеристики по сравнению с образцами, которые не подвергались воздействию кислот. В результате можно сделать вывод о том, что помимо химической коррозии существует механическая, вызванная расклинивающим действием роста кристаллов.
А для того, чтобы проверить гипотезу о расклинивающем эффекте роста биомассы микромицетов была создана установка, приближенно моделирующая трещину в материале. Наглядное изображение ее устройства приведено на рисунке 3.
Рис. 3. Установка для измерения расклинивающего воздействия
На одну половинку чашки Петри наливалась агаризированная питательная среда, в которую заселялась культура грибов. Для эксперимента был выбран род Cladosporium. Эта культура была выбрана исходя из того, что при росте образует обильную пышную массу и часто встречается при обследовании биоповрежденных зданий и сооружений. [2] Далее после заселения часть чашки помешалась на винты, закрепленные на пластине, на которой находились весы с точностью 0,01г. Вся конструкция помещалась в целлофановый пакет вместе с мокрой ветошью для создания влажного климата. В ходе эксперимента температура колебалась в пределах от 23 до 24.5С°. Влажность колебалась в пределах от 72 до 88 %. Измерения проводились с помощью термогигрометра Trotec T-250. Далее давалось некоторое время для того, чтобы культура начала минимально разрастаться. После того, как это было замечено, чашка опускалась до весов, оставляя очень узкий зазор между уровнем нароста массы и рабочей пластины весов. И все вновь убиралось в пакет. В течение определенного промежутка времени поддерживалась влажность и контролировался рост грибов. После накопления биомассы с помощью весов определялась масса, которой грибы расклинили моделируемую щель. Она составила 0,85г. После разбора установки также по образованному отпечатку на рабочей поверхности весов высчитывалась площадь касания. Она составила 9,95 мм2. Имея эти данные можно рассчитать давление, оказанное грибами на весы. Оно оказалось равным 837,8 Па. Важно отметить, что при проведении эксперимента в целях получения значений на весах с указанной выше точностью, щель была смоделирована большего размера, чем может встретиться в жизни. Также не была в полной мере воссоздана равномерная вентиляция и обеспечение влажности на протяжении всей площади моделируемой щели. В жизни зараженный материал обладает порами, которые могут обеспечить доставку кислорода и поддерживать уровень влаги в любой точке. Но это не отменяет факт того, что в результате эксперимента было подтверждено расклинивающее воздействие, вызванное накоплением биомассы.
Выводы
После проведения экспериментов было доказано, что существует два вида механического разрушения строительных материалов, конструкций, зданий и сооружений. Поэтому в документ РВСН 20–01–2006 «Защита строительных конструкций зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды» рекомендуется внести дополнения в таблицу классификации видов биоповреждения строительных материалов микроорганизмами в виде разделения механического разрушения на два типа: рост биомассы в трещинах, микротрещинах и расклинивающее воздействие солей, образованных в результате взаимодействия органических кислот с материалом.
Литература:
- РВСН 20–01–2006 Санкт-Петербург (ТСН-20–303–2006 Санкт-Петербург) Защита строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды // Профессиональные справочные системы Тэхэксперт — электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200044525 (дата обращения: 26.05.2018).
- Антонов В. Б., Беляков Н. А., Васильева Н. В., Елинов Н. П., Старцев С. А., Хурцилава О. Г., Щербо А. П. Биоповреждения больничных зданий и их влияние на здоровье человека. — СПб.: МАПО, 2008. — 232 с.
- Ильичев В. Д. Биоповреждения. — М.: Высшая школа, 1987. — 352 с.
