Защита строительных материалов от биокоррозии

Одна из основных причин преждевременного обрушения постройки – биокоррозия строительных материалов под воздействием микроорганизмов и грибов. Продлить срок службы зданий и сооружений поможет новый препарат, разработанный сотрудниками НИИ Химии ННГУ им.Н.И.Лобачевского.

Почему возникает биокоррозия?
Биокоррозию строительных материалов способны вызвать любые виды микроорганизмов, выделяющие в процессе своей жизнедеятельности органические кислоты, а также азотную и серную кислоту. Особенно вредна для цементного вяжущего серная кислота, которая вызывает обогащение материала сульфоалюминатом кальция, вплоть до полного разрушения и превращения его в сметанообразную массу.

Известны случаи, когда бетонные панели перекрытий животноводческих зданий разрушались под действием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, как грибов, так и бактерий за 3-4 года эксплуатации. Срок службы коллекторов и сооружений канализации всего 10-12 лет. От биокоррозии разрушается до 2 процентов производимого железобетона – около 5 млн.куб.м.

Увеличение в строительных и отделочных материалах (плиточные клеи, шпатлевки) доли органических добавок способствует возникновению и развитию грибов. Угроза биокоррозии возрастает за счет того, что подобные материалы, обладая большой поверхностью, способны адсорбировать самые различные вещества, в том числе и микроорганизмы. Среди культур, выделяемых из строительных материалов, преобладают представители микромицетов, которые в основном выделяют лимонную и щавелевую кислоту. Данные кислоты вступают во взаимодействие с поверхностью бетона и разрушают цементный камень, образуя растворимые в воде соли.

Методы защиты от биокоррозии: проблема выбора
Наиболее надежным способом защиты от биокоррозии строительных материалов является введение в их состав биоцидов, предотвращающих развитие на поверхности материала патогенных микроорганизмов. Защитные составы должны быть безопасными для человека, животных и окружающей среды, а также сохранять биоцидные свойства в течение длительного времени.

Для материалов на минеральных вяжущих нужно выбирать биоциды, которые сохраняют активность при совмещении со строительными материалами даже при тепловлажностной обработке (ТВО) и являются трудновымываемыми. Добавка не должна снижать технологических и физико-механических свойств материала.

Указанные требования сразу исключают из списка биоцидов неорганические соли, активно взаимодействующие с гидроокисью кальция и теряющие при этом свои защитные свойства. Подобная дезактивация особенно заметна при ТВО, которую проходит значительная часть бетонных изделий. Биоциды на основе солей меди, которые широко применяются в других областях, существенно уменьшают подвижность бетонной смеси и снижают прочность цементного камня.

Для защиты строительных материалов на основе гипса и цемента хорошо зарекомендовали себя две группы биоцидов: четвертичные аммониевые основания (катапин) и оловоорганические соединения. Несомненным преимуществом катапина и его аналогов является то, что он имеет не только фунгицидную (против грибов), но и бактерицидную активность, сохраняющуюся даже при ТВО. Однако концентрация этих биоцидов достаточно высока: до 5 масс процента к цементу, что экономически невыгодно. Высокая растворимость данных соединений в воде обуславливает быстрое вымывание из защищаемого ими изделия, и, как следствие, понижение защитного действия. Основными недостатками оловоорганических биоцидов являются: отсутствие бактерицидной активности, высокая токсичность и очень высокая стоимость.

Обычно строительные материалы защищают с помощью биоцидных грунтовок и пропиток. Биоцидная грунтовка на полимерной основе одновременно придает защищаемому материалу и гидрофобные свойства, дополнительно уменьшая вероятность его биопоражения. Ведь именно вода является необходимым условием для размножения микроорганизмов.

Для поверхностной защиты от биокоррозии часто применяют составы на основе гидрофобизирующих кремнийорганических жидкостей. Известно применение для этих целей пропиток на основе фторидов щелочных металлов, блокирующих поры цементного камня.

Эффективный способ защиты
Новый препарат «Септикон», разработанный специалистами НИИ Химии, отвечает современным требованиям к безопасности защитных составов и эффективно защищает материал от биокоррозии. Основу препарата составляют соединения цинка, которые давно используются в качестве защитных средств в различных областях, в том числе в фармакологии и парфюмерии.

Данные соединения безвредны для человека и окружающей среды. Предельно допустимая концентрация (концентрация химического соединения в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений, далее – ПДК) цинка в два раза ниже, чем у серебра. Согласно СаНПиН 2.3.2.1078-01, ПДК цинка в воде составляет 1,0 мг/л, серебра – 0,05 мг/л.

Исследования в аккредитованном лабораторном центре ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Нижегородской области» показали, что согласно ГОСТ 12.1.007.76 разработанный препарат относится к четвертому классу опасности для теплокровных (вещества малоопасные, не обладает раздражающими, аллергенными, кумулятивными свойствами).

Цинк является необходимым для жизнедеятельности человека микроэлементом, входящим с состав многих широко применяемых в настоящее время поливитаминных комплексов. Соединения цинка обладают широким спектром биоцидного действия. Однако применение данного химического элемента ограничено из-за его высокой стоимости.

Серия препаратов «Септикон» была получена путем изменения лигандного окружения атома цинка и применения синергетических добавок. Новый препарат обладает эффективными биоцидными и фунгицидными свойствами при небольшой концентрации, что позволяет снизить его себестоимость. Препарат может быть выпущен в виде пропитки на водной основе, водно-дисперсионного грунта или полимерного порошка.

Результаты лабораторных испытаний
В соответствии с ГОСТ 9.049-91 и 9.050-75 были проведены испытания цинкосодержащих биоцидов, а также защищаемых ими строительных материалов с использованием тест-культур, которые чаще всего приводят к разрушению стройматериалов. Степень токсичности биоцида, по отношению к указанным тест-культурам, определялась по величине ингибиторной зоны роста (Rф, мм).

Грибостойкость образцов строительных материалов определялась по методу, который исследует у защищаемого материала наличие грибостойких свойств. Сущность метода заключается в выдерживании образцов в условиях оптимального развития грибов (температура 28 градусов и влажность 96 процентов) с последующей оценкой грибостойкости в баллах: 0-2 балла – материал грибостоек; 3-5 баллов – не грибостоек.

Устойчивость к действию бактерий определялась по стандартным методикам, основанным на оценке интенсивности роста микроорганизмов на испытуемых образцах. Степень воздействия на бактерии определялась по величине зоны ингибирования роста бактерий вокруг образца: до 5мм – слабое бактерицидное действие; 5-8мм – средняя бактерицидность; свыше 8мм – сильное бактерицидное действие.

Результаты испытаний приведены в таблице.

*Биоцидная активность препаратов «Септикон» и обработанных ими строительных материалов*
Форма биоцида	Биоцидная активность препарата по отношению к тест-культурам, R, мм			Степень обрастания грибами, балл
	Asper-gillus niger	Alter-naria alter-nata	Бактерии	ГВЛ, ГКЛ		Цементный композит		Композит на цементе Сорреля
	Asper-gillus niger	Alter-naria alter-nata	Бактерии	Контр.	Обраб.	Контр.	Обраб.	Контр.	Обраб.
Пропитка	5	30	10	4	2	2	0	1	0
Грунтовка	8	10	2	4	0	2	0	-	-

Препараты серии «Септикон» могут быть использованы и для защиты от биокоррозии строительных материалов на гипсовом и цементном вяжущих. Для гипсовых материалов предпочтительнее использовать полимерную биоцидную грунтовку, которая, помимо защитного действия по отношению к микроорганизмам, как и любой водно-дисперсионный полимерный грунт, гидрофобизирует поверхность сильно гигроскопичного гипсового материала, регулируя его впитываемость, и, в конечном счете, дополнительно снижает риск биоповреждения.

Сейчас проводится эксперимент на одном из пищевых предприятий Н.Новгорода. Три месяца назад были обработаны сильно пораженные грибком стены производственного цеха. В течение этого времени постоянно проводился мониторинг бактериального фона цеха и брались соскобы на наличие плесневых грибков. Согласно санитарным правилам, обработка поверхностей на пищевых предприятиях должна проводиться не менее одного раза в месяц. Применение препаратов «Септикон» позволяет увеличить этот срок по крайней мере в три раза.

Л.В.Кабанова, Н.В.Кузнецова, И.И.Зоткин
НИИ Химии ННГУ им.Н.И.Лобачевского

Ваш комментарий

Рубрика Нефтехимическая и химическая промышленность | Выпуск 04 (61) Защита строительных материалов от биокоррозии

Другие статьи данной рубрики: