Защита бетонов от биоразрушения и биокоррозии

В современном мире большую опасность не только для зданий и сооружений, но и для здоровья людей представляют микроорганизмы. Микроорганизмы повреждают здания, сооружения, строительные материалы. Данная проблема известна как биокоррозия материалов. И, чаще всего, следствием действия микроорганизмов являются изменение окраски и появление пятен, которые вызваны плесенью. Поскольку для благоприятного роста микроорганизмов нужна большая влажность и высокая температура воздуха, то в России всё это предоставлено в большей мере, чем в мире. Значит и уровень биоповреждений в России превышает среднеевропейский и мировой.

Больше всего воздействию микроорганизмов подвержены такие стройматериалы как бетон и железобетон. Эти материалы  применяются для строительства зданий и инженерных сооружений специального назначения и нуждаются в антикоррозионной защите. В большинстве своём объекты находятся под землёй, что увеличивает возможность возникновения коррозии. Возникновение коррозии связано с биологическими факторами, которые усугубляются воздействием грунтовых вод или утечками из канализационных коллекторов и очистительных сооружений. По своей структуре цементный камень является проницаемым для жидкостей и газов малых размеров частиц. А микроорганизмы более крупных размеров остаются на наружной поверхности конструкций и поэтому разрушения начинаются с поверхности и затем проникают в глубь материала. Процесс разрушения и повреждения строительных материалов заключается в нарушении сцепления между компонентами цементного камня под действием продуктов метаболизма микроорганизмов.

В природе существует два вида биокоррозии: когда микроорганизмы непосредственно контактируют с поверхностным слоем конструкции и когда микроорганизмы продуцируют вещества, разлагающие материалы. Во втором случае микроорганизмы могут находиться на расстоянии от конструкции и разрушать её за счёт выделения агрессивных веществ. Биокоррозия материалов, в частности, металлов во внешнем её проявлении мало отличается от обычной коррозии, которая проявляется ржавчиной. Поэтому даже специалистам в этой области трудно распознать биокоррозию, что вынуждает их обращаться к микробиологам. Совместная работа позволяет распознать микробиологическую природу сильных коррозийных поражений. Микроорганизмы выделяют агрессивные кислоты – азотную и серную, под действием которых разрушается защитная плёнка карбоната кальция на поверхности бетона, что приводит к его разрушению.

Ранее было сказано, что высокая влажность является фактором, способствующим созданию благоприятных условий для развития микроэлементов. Поэтому для уменьшения проникновения  влаги в строительстве используют герметики. Однако срок действия их ограничен 5-8 годами. Не намного увеличивает этот срок и дополнительная защита, например, штукатурка цементно-песчаным раствором. Из этого следует, что проблему необходимо решать более кардинальными способами, также, учитывая результаты исследований окружающей среды и условий при проектировании сооружений.

Ещё один способ защиты бетонных сооружений от биоразрушения – защита полимерными лакокрасочными материалами. Для определения эффективности биозащитной силы данных ЛКМ можно рассмотреть некоторые аспекты их биоповреждений. Признаками таких повреждений являются пятна различной окраски, налёты плесени, растрескивание покрытий, а также, возникновение отверстий и бугров.

Ранее было сказано, что для благоприятного развития микроорганизмов имеет значение большая влажность и высокая температура. Особенно благоприятна температура выше 20’С и влажность выше 70%. Известно, что повреждающий атмосферный фактор внешней среды отлично сочетается с биоповреждениями ЛКМ. Процессы атмосферного старения полимерных материалов могут предшествовать биоповреждениям, протекая одновременно с ними или же после них. Поэтому очень важно знать химический состав и физические свойства защитного покрытия. В настоящее время известно, что синтетические полимеры менее подвержены повреждению микроорганизмами, чем природные. Для повышения грибостойкости необходимы большая скорость отверждения плёнки, уменьшение водопроницаемости, шероховатости и  пористости. На гладких блестящих поверхностях труднее приживаются споры грибов, и они меньше загрязняются.

Немаловажную роль для повышения биостойкости имеет подложка (субстрат). Покрытие лучше сохраняется на древесине, чем на металле или силикатных строительных материалах. Цветные металлы более биостойкие, чем чёрные. И, так же, важную роль играет правильный подбор системы покрытия, в которую входит, например, грунт и антикоррозионное защитно-декоративное или противообрастающее покрытие.

Плесневелые грибы являются основными агентами повреждений ЛКМ. Такие грибы несут в себе микробиологические повреждения. А бактериальные поражения встречаются реже и проявляются появлением бесцветного или окрашенного слизистого налёта. Для каждой почвенно-климатической зоны существует свой видовой состав грибов, повреждающих лакокрасочные покрытия. Наибольший вред биоповреждения лакокрасочных покрытий встречается в сооружениях и помещениях с повышенной влажностью и температурой. Это предприятия мясомолочной и консервной промышленности, бассейны, бани, животноводческие фермы. В районах с сухим климатом такие повреждения встречаются очень редко.

В лакокрасочных покрытиях производители ЛКМ применяют пигмент, от которого зависит биостойкость лакокрасочного покрытия. Частицы пигмента обладают повышенной твёрдостью и этим способствуют уменьшению роста грибов. Вместе с тем, такие пигменты как мел, алюминиевая пудра, сажа, жёлтый крон и двуокись титана сами не обладают биоцидными свойствами.

Ранее говорилось, что наиболее устойчивыми являются эпоксидные покрытия. Это было доказано многочисленными испытаниями материалов на биостойкость. Все они проводились по ГОСТу, и было установлено, что полимерные материалы на основе эпоксидных олигомеров достаточно устойчивы к биоповреждению. Поэтому целесообразно вести разработки различных модифицированных эпоксидных материалов в качестве защитных покрытий бетонных и железобетонных конструкций от биокоррозии.