24 Окт 12 БИОКОРРОЗИЯ

Биологические повреждения древесины, пластмасс, лакокрасочных и других органических строительных материалов обусловлены возмож­ностью их использования микроорганизмами в цикле жизнедеятельное и в качестве источника энергии — пищи. Для бетонов и других неорганич > ких материалов возможность биоповреждения значительно меньше. К

Правило, она обусловлена воздействиями продуктов метаболизма (жиз­недеятельности) микроорганизмов и лишь в редких случаях непосредст­венным механическим воздействием биоорганизмов, например камне - сверлильщиков. Исследования воздействия микроорганизмов на природ­ные каменные материалы (горные породы) проводились в связи с тем, что эти процессы играют роль в выветривании горных пород, образова­нии почв и отложений минералов.

В строительной технике нет единого мнения относительно того, какие процессы следует относить к биокоррозии. До последнего времени к бетону относились как к материалу, безусловно, биостойкому и не тре­бующему рассмотрения таких воздействий. Однако исследования, прово­димые при координации Научного совета по биоповреждениям АН СССР, позволили внести ясность в проблему и определить задачи, которые в ней возникают и должны быть решены. А. В.Чуйко сравнительно давно привлек внимание к проблеме, которая была им названа "органогенной коррозией" [5.50].

Сам бетон не является питательной средой для живых организмов, прежде всего, микроорганизмов, что характерно для материалов на орга­нической основе (древесины, полимерных материалов, волокон и др.).

Живые, или как будем их называть, биоорганизмы могут поселяться на поверхности бетона, если на этой поверхности есть органические ве­щества, или если в контакте с поверхностью находится среда (воздух, вода, жидкости), содержащая вещества, служащие пищей для микроор­ганизмов (органические вещества, сера и ее соединения, углеводороды и т. п.). Микроорганизмы, поселяясь на поверхности бетона, или при его пористости на некоторой глубине в теле бетона, в процессе жизнедеятель­ности (метаболизма) выделяют продукты метаболизма. Так как процес­сы жизнедеятельности — зто окислительные процессы, то главными про­дуктами метаболизма являются кислоты.

Выдвигались предположения о существовании некоторых силикатных бактерий, которые могут особым способом разрушать силикатные мине­ралы — главную составную часть наиболее распространенных горных по­род [5.2]. Однако работы последних лет показали отсутствие специфич­ности в разрушительном действии микроорганизмов [5.27] . Способ­ностью разлагать силикаты обладают бактерии, дрожжи, водоросли. Играют роль и слизи, образуемые водорослями и бактериями. Перечень іаких кислот весьма обширен, от сильных минеральных (серной и азот­ной) до многоатомных органических (гуминовых, пировиноградной). Выделяются и более простые по структуре органические кислоты: уксус­ная, молочная, пропионовая, винная, щавелевая, фумароновая, яблочная, лимонная и др.

Наибольшей растворяющей силой обладают органические кислоты, образующие легкорастворимые кальциевые соли и комплексные соеди­нения с силикатами и алюминатами кальция.

С точки зрения условий развития процессов биокоррозии, которые связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов, следует различать два случая, имеющих значение и для разработки мер защиты от этого вида коррозии.

В первом случае биоорганизмы — животные, растения. Чаще всего микроорганизмы находятся в непосредственном контакте с наружной

Или внутренней (для пористых материалов) поверхностью бетона строи­тельных конструкций. Они живут па лок поверхности и здесь же ныде­ля ют продукты метаболизма, агрессивно действующего на бетон

Во втором случае биоорганизмы также являются продуцентами ве­ществ, агрессивных по отношению к бетону, но непосредственно в прост­ранстве и времени не связаны со строительной конструкцией. Корро­зионные процессы могут развиваться на значительном расстоянии от мес­та обитания биоорганизмов. Процесс выделения агрессивного компонен­та может быть отделен во времени от момента коррозионного процесса. В первом случае роль микроорганизмов выявляется четко н интенсив­ность коррозионных процессов непосредственно связана с интенсив­ностью жизнедеятельности микроорганизмов в каждый данный момент времени, т. е. непосредственно связана с наличием условий, благоприят­ных для их жизни. Такие условия, например, создаются на поверхности сточных коллекторов, в газовой среде которых условия благоприятны для развития сероокисляющих бактерий. Питательной средой служит сероводород, который при окислении тионовыми бактериями образует серную кислоту, повреждающую бетон (см. рис. 5.19). В работе [5.49] исследована коррозия бетонной тоннельной обделки, подвергшейся действию сероводородной минерализованной воды. Химический анализ образцов цементного камня, твердевших в сероводородной воде и в га - зовоздушпой среде над такой водой показал, что именно в последних условиях интенсивно развивается коррозия цементного камня, так как в этих условиях развиваются тионовые бактерии, в частности Th. thioparus.

Для существования этих видов бактерий оптимальными являются значения рН меньше 10. Однако было показано [5.49]. что, поселяясь на микроучастках с карбонизированным цементным камнем, в даль­нейшем бактерии сами создают благоприятные условия существования за счет выделения серной кислоты, нейтрализующей гидроксид кальция, что приводит к перерождению цементного камня бетона (табл. 5.10).

Таблица 5.10. Изменение химического состава цементного

Камня, подвергавшегося действию сероводорода

У (линия Miiii. ii. HHiH н течение 12 мес

До начала испытаний 36,7

После твердения в сероводород - 43,2 ной минерализованной воде То же, в газовоздушной среде 23,3 сероводорода

Химический coctau, % AI2O3 [Ге203 J^CaO [м, о1 So3 6,6 4,9 26,7 1,1 3,3 7,9 2,5 22,1 1,6 3,6 4,8 1,6 23,9 1,2 31,1

Вопрос о биокоррозии возникал и при изучении состояния морских бетонных сооружений [5.39, 5.43]. В начале высказывались предположе­ния о том, что в морских сооружениях повреждения связаны с видом обрастаний — животных или растительных, причем считалось, что живот­ные обрастания, как выделяющие в процессе жизнедеятельности угле­кислоту, должны быть более агрессивными по отношению к бетону, на поверхности которого они поселяются, по сравнению с растительными обрастаниями. Однако обследования сооружений показали, что в данном

Случае определяющими состояние бетона являются факторы физической и химической коррозии (см. гл. 7).

По существу, к биологической коррозии можно было бы отнести процессы коррозии бетона в болотных водах, где основные агрессивные агенты — углекислота и гуминовые кислоты — являются продуктами разложения органических остатков в анаэробных условиях. В этом и других аналогичных случаях механизм коррозии сводится к действию кислот на бетон и поэтому нами рассматривается в специальном разделе, посвященном этой проблеме.

Биокоррозия распространена в наибольшей степени в сооружениях, где с поверхностью бетона строительных конструкций соприкасаются органические вещества. Это характерно в пищевой и микробиологичес­кой промышленности, производственных сооружениях сельскохозяйст­венного назначения (животноводческих и птицеводческих помещениях, кормозаготовительных цехах, силосных хранилищах и т. п.). Здесь и са­ми вещества, образующиеся в технологическом цикле, и отходы произ­водства могут содержать агрессивные вещества, обусловливающие органогенную коррозию [5.50]. Они же могут служить средой для раз­вития микроорганизмов, продукты жизнедеятельности которых будут усиливать агрессивное воздействие среды.

Интенсивность коррозионных повреждений и в случае агрессивного вещества — кислоты, полученного от биологического источника, в даль­нейшем определяется теми же закономерностями, что и кислотная кор­розия (см. гл. 5.2). Как кинетические зависимости, так и ограничения, накладываемые стерическими препятствиями в виде труднорастворимых пленок продуктов коррозии, остаются неизменными.

Целесообразно подчеркнуть, что предупреждение коррозии, обуслов­ленной биологическим фактором, возможно за счет придания биоцид - ности (бактерицидности, фунгицидности) бетону, что не только защи­щает его от коррозионного повреждения, но и придает ему повышен­ные санитарно-гигиенические свойства. Такие свойства весьма важны для многих. сооружений — они позволяют сократить расхода на дезинфек­ции, капитальные затраты на специальную отделку помещений, умень­шают потери от развития микроорганизмов на органических материалах и уменьшают вероятность развития патогенных микроорганизмов. Эта проблема выходит за пределы темы книги, но, по нашему мнению, заслу­живает самого пристального внимания, так как создание "биологически чистых" конструкций необходимо не только с точки зрения предупреж­дения биологической коррозии, но и для создания помещений с повы­шенными санитарными характеристиками (больницы и другие объекты здравоохранения: микробиопром, пищевая промышленность).

Биологические организмы могут служить и средством защиты от кор­розии. Например мощные растительные обрастания в морских сооруже­ниях препятствуют диффузии солей морской воды в бетон, а морские желуди, прикрепляясь к поверхности бетона, образуют слой карбоната кальция, защищающий эти участки от повреждений.

Вопросы, возникающие при разработке способов защиты от биокор­розии, непосредственно соприкасаются с задачами полезного использова­ния жизнедеятельности микроорганизмов для создания новых материа­лов, новых способов защиты от коррозии. Известна высокая стойкость морских раковин к воздействиям морской среды. Воспроизведение про­цессов образования этого наружного скелета моллюсков может дать идеи дії и р:ира(мтки технологии создаиия соответствующих защитных слоев на поверхности бетона.

Работы в згой области только начинаются, но перспективность их несомненна.