1

3
5
4
6
9
10
2
дударь
Микробиологическое здоровье зданий

Автор: Николай ВОЛОДИН,
генеральный директор ЦПП «Фрагра».
Журнал Cleaning №1, 2011 год

При проведении работ в подвалах и подземных гаражах иногда сталкиваешься со следующим явлением: на гладких окрашенных стенах появляются бугры, краска лопается, бетон превращается в песок, смешанный с чем-то белесым, и осыпается. В туалетах, ванных комнатах, в душевых, бассейнах по углам, в межплиточных швах, на стенах «расцветают» пятна плесени. Подобное частенько наблюдается и в помещениях с плохой гидроизоляцией. Все это – проявления микробиологической агрессии по отношению к строительным материалам, биологическое загрязнение помещений зданий и сооружений.

В ходе профессиональной уборки решается комплекс задач, таких как снижение опасности и интенсивности биологических загрязнений, защита зданий, сооружений, материалов от биологических повреждений. Биоповреждения материалов вызываются как макроорганизмами – животными, птицами, насекомыми, высшими или наземными, растениями, так и микроорганизмами – бактериями, грибами, актиномицетами.

По статистике, более 40% общего объема биоповреждений зданий и сооружений связано с жизнедеятельностью микроорганизмов. Опасность и интенсивность загрязнений и разрушений от микробиологической коррозии материалов растет в условиях городов с развитой промышленностью и транспортом. При этом поражениям подвержены как старые, так и новые постройки. Результатом микробиологического воздействия являются снижение прочностных характеристик материалов, разрушение железобетонных конструкций и изделий, кирпичных кладок, отслаивание штукатурок, обесцвечивание или пигментация различных покрытий, растворение стекла, набухание шпатлевок...

Из всех материалов наиболее уязвимыми для микробиологической коррозии являются материалы на основе целлюлозы. А конструкции из древесных материалов могут быть полностью уничтожены грибами (плесенью) всего за несколько месяцев. В благоприятной среде микроорганизмы разрушают такие, казалось бы, крепкие материалы, как железобетон, натуральные камни, металлы. Современные исследования показывают высокую степень загрязненности микроорганизмами ряда зданий и сооружений, при этом степень зараженности превышает допустимые нормы в десятки и сотни раз. Процессы, вызванные биологическим воздействием на материалы, прогрессируют с каждым годом, что приводит к непредсказуемым результатам. В Санкт-Петербурге 10 июля 1999 года обрушился козырек вестибюля станции метро «Сенная площадь». Одной из причин этой трагедии явилось биоповреждение железобетона.

Разрушающие бактерии

Одной из основных причин микробиологической коррозии материалов являются бактерии. В природе существует огромное количество разновидностей бактерий. Они могут различаться по размерам и форме. К основным формам бактерий относятся шаровидная форма, палочковидная и извитая. И форма, и размеры могут изменяться под влиянием условий развития микроорганизмов. Для поддержания своей жизни бактерии используют различные источники:

  • свет (фотофторы);
  • окислительно-восстановительные реакции (хемофторы);
  • неорганические вещества (литофторы);
  • органические вещества (органофторы);
  • углерод. Углерод для строительства своих тел они могут добывать из углекислого газа (автотрофы) или из органических соединений (гетеротрофы). Гетеротрофы играют значительную роль в процессах биоповреждений строительных материалов.

В зависимости от процесса дыхания различают аэробные (использующие для дыхания только свободный кислород) и анаэробные (способные к дыханию без использования свободного кислорода) бактерии.

Среда обитания. Важнейшими факторами, влияющими на жизнедеятельность бактерий, являются рН среды и температура. Есть три групы микроорганизмов, существующих при различных температурах. Это холодолюбивые, или психрофилы, живущие при температурах от 0 до 10°С, мезофилы – от 10 до 40°С и термофилы – от 40 до 80 °С. При более высоких температурах микроорганизмы погибают в течение различного времени. На практике повышение температуры и обдув горячим воздухом применяются для полной или частичной дезинфекции поверхности.

Наиболее оптимальными для роста бактерий являются нейтральные и слабощелочные среды. Сильнокислые и сильнощелочные среды ведут к гибели микроорганизмов.

Активное развитие бактерий происходит при повышенной влажности среды. К наиболее активным коррозионным агентам относят бактерии, образующие в ходе жизнедеятельности различные кислоты, как органические, так и неорганические. Например, при образовании в процессе метаболизма некоторых бактерий нитратов и азотной кислоты происходит разрушение пористых материалов, состоящих из солей кальция, кремния, алюминия. Взаимодействуя с карбонатом кальция, азотная кислота и нитраты превращают его в растворимую соль Ca(NO3)2, которая легко выщелачивается из структуры камня, снижая сцепление между частицами кремния.

Бетоны подвержены не только физической и химической коррозии, существенную роль в разрушении бетонов играют и микроорганизмы. Цементные бетоны обладают сильной поверхностной активностью и способны адсорбировать самые различные вещества и микроорганизмы. Из автотрофных бактерий в коррозии цементных бетонов принимают участие нитрофикаторы, тиобактерии, железобактерии, силикатные бактерии и ряд других, также выделяющих в процессе жизнедеятельности кислоты.

Вредоносные грибы

Наибольшее разрушающее воздействие на строительные материалы оказывают микроскопические грибы. Высокая деструктирующая активность грибов обусловлена их способностью приспосабливаться к различным по своей природе материалам. Большинство грибов обладают огромной энергией размножения. На их рост, в отличие от бактерий, влияют не только температура и рН среды, но и свет, влажность, давление, степень аэробности и др.

Микроорганизмы, поселяясь и развиваясь на строительных материалах, не только разрушающе воздействуют на них, но и вызывают резкое ухудшение экологической ситуации внутри помещений. В процессе своей жизнедеятельности они выделяют в окружающую среду и атмосферу токсичные и аллергенные продукты. Развиваясь на поврежденных и зараженных поверхностях, грибы образуют огромное количество спор и продуктов метаболизма, способных при попадании в организм человека и животных вызвать серьезные заболевания. К ним относятся различные микозы – поражения грибковой инфекцией, которые трудно диагностируются и еще труднее лечатся, например аспергиллез – заболевание, вызываемое грибами семейства Aspergillus, особенно «черной плесенью». Микроорганизмы, находящиеся на конструкциях и поверхностях, при движении поднимаются в воздух и попадают в дыхательные пути, оседают на кожу и слизистые человека. Примерно 50% заболеваний бронхиальной астмой связаны с поражениями микромицетами. Они же вызывают пенициллез, сопровождающийся воспалением костной ткани и суставов.

По данным журнала Европейского медицинского общества, даже мельчайшие дозы токсинов, вырабатываемых плесневыми грибами, попадая в организм человека, через несколько лет могут вызвать раковые заболевания.

Грибковая инфекция – бич лечебных учреждений; по статистике, до 20% ослабленных больных умирает от микоза. Из всего этого следует, что плесень наносит вред не только материалам, на которых она поселяется, но и людям, находящимся в помещениях с этими материалами. Грибы и их выделения попадают в организм человека не только через воздушную среду, но и при прямом контакте с зараженными поверхностями. Люди же разносят споры микроорганизмов на своей одежде.

Защита объектов строительства от биоповреждений осуществляется по двум направлениям. В сфере эксплуатации это снижение негативных последствий воздействия микроорганизмов на материалы, в том числе и методами профессиональной уборки. В строительстве – разработка и внедрение новых фунгицидных и биологически стойких строительных материалов.

Факторы, влияющие на распространение

Одним из главных факторов, влияющих на распространение, регуляцию роста и физиологическую активность грибов, является температура. Большинство грибов растет при температуре +18...+25 °С, но различные виды грибов могут развиваться и при температурах от –3...+ 10 °С до +10...+50 °С.

Свет оказывает определенное действие на рост мицелия, спорообразование, метаболические и другие процессы. Чередование освещения и темноты стимулирует рост и спорообразование у многих грибов, при этом влияние световых волн различного спектрального состава не одинаково.

Оптимальной для большинства грибов является кислая среда с рН 4,0–5,0, однако некоторые плесени предпочитают щелочную среду.

Основным фактором, способствующим росту грибов, служит вода. Грибы начинают развиваться при влажности более 75%, наиболее оптимальной для них является влажность 90% и выше. Стимулировать рост отдельных видов грибов могут воздушные среды, содержащие этанол, аммиак, углекислоту и другие органические соединения.

Повреждение грибами начинается с небольших участков и при отсутствии защиты или специальной обработки быстро распространяется как по поверхности, так и вглубь материалов. Даже на биологически стойких материалах возможно образование мелких колоний мицеальных грибов, поселившихся на биологических загрязнениях.

Деградация камня

Повреждения природного и искусственного камня, в том числе и бетона, связано также с развитием плесневых грибов. Процессы развития плесени происходят с разной скоростью в зависимости от химического состава камня, влажности и температуры окружающей среды. В отличие от бактерий грибы не способны к самостоятельному синтезу органических веществ и существуют за счет готовых форм органики. Они появляются на загрязненных поверхностях или при наличии органики в структуре камня. Чаще всего на каменных строительных материалах поселяются грибы следующих родов: Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Cephalosporium, Paecilomyces, Cladosporium.

Разрастаясь по поверхности, грибы образуют бархатистые, войлоко- или ватообразные налеты различных окрасок. В результате происходит деградация камня и потеря его эстетических свойств. При проникновении мицелия внутрь материала он образует в нем новые поры, трещины и полости, чем вызывает снижение прочностных свойств камня. Высокая влажность воздуха, наличие белковых, жировых, углеводных загрязнений и продуктов их гидролиза, мочевины, аммиака, углекислого газа, растворов солей создают благоприятные условия для интенсивного роста микроорганизмов. Как правило, такие условия преобладают на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания.

Зоны риска

Например, полы из керамических плиток в разделочных жировых и кишечных цехах мясокомбинатов, цехах варки колбас и студня полностью выходят из строя в течение 3 лет. За 2–3 месяца эксплуатации асфальтобетонные полы в жировых цехах подвергаются интенсивной биокоррозии. Около 50% цементно-бетонных фундаментов под оборудованием на молочном комбинате после двух лет эксплуатации имели значительные повреждения, а 10% были разрушены. Цементно-бетонные плиты перекрытий в животноводческих зданиях разрушаются за 3–4 года эксплуатации. Многочисленные колонии плесени можно встретить на хлебозаводах, рыбокомбинатах, консервных заводах и др.

Следы плесени обнаруживаются на внутренних стенах винных погребов и хранилищ пищевых продуктов, старых церквей и монастырей, а также на различных памятниках архитектуры. Внутренние стены санитарно-технических помещений часто покрывают пятна плесени.

В отдельных случаях плесень может покрывать до 80% площади поверхностей туалетов и ванных комнат. Высокая гигроскопичность материалов, применяемых для изготовления сантехнических кабин в жилых домах, таких как гипсобетон, гипсолит, асбоцементные плиты, штукатурки, шпатлевки, способствуют впитыванию большого количества воды в процессе монтажа, особенно при неблагоприятных погодных условиях, а также в процессе эксплуатации из-за отсутствия вентиляции. Итогом становится плесневение стен.

Дереворазрушающие грибы

Кроме плесневых грибов, коррозию бетонов вызывают и дереворазрушающие грибы, такие как Serpula lacrimans и Poria vopararia. Как правило, они растут на деревянной основе, но, столкнувшись с преградой в виде бетона или кирпича, покрывают ее своим мицелием, а иногда и проникают в структуру материала. Разрушающее действие грибов на материалы обусловлено агрессивным воздействием их метаболитов – кислот, окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов – и на отдельные компоненты, и на материалы в целом. Органические кислоты, такие как лимонная и щавелевая, могут накапливаться грибами в количествах до 10%. Например, штамм Aspergillus negrer продуцирует щавелевую и глюконовую кислоты, которые в течение 11-месячного контакта вызывают по терю вяжущей способности цемента и увеличение пористости бетонов. Штамм Mycelia sterila вырабатывает глюконовую и малоновую кислоты, которые аналогичным образом воздействуют на цементы. Грибы также могут образовывать кислоты в результате ферментативного разложения органических веществ.

Каменные материалы разрушаются грибами не только в результате выделения химических соединений, но и механически. Рост биомассы микроорганизмов, внедрившихся в поры и микротрещины, приводит к их расширению и усталостному разрушению камня. А способность грибного мицелия аккумулировать влагу приводит к усилению циклического эффекта замораживания и оттаивания воды в порах и трещинах камня. Растущие на камнях грибы также задерживают на поверхностях пыль и грязь. Микробопылевые ассоциации служат дополнительным источником питания для грибов и являются причиной прогрессирующего разрушения.

Немаловажное значение в разрушении каменных материалов наряду с микробиологической агрессией играют физические и механические факторы. Так, трещины, образующиеся в результате температурных колебаний и выветривания, облегчают химические реакции между материалом и продуктами метаболизма микроорганизмов. В свою очередь, биологическая коррозия делает материалы более восприимчивыми к действию химических и механических факторов, приводя к интенсификации разрушений.

В следующем номере мы рассмотрим биостойкость древесины, резины, синтетических материалов, лакокрасочных покрытий, а также химические и билогические методы борьбы с микроорганизмами.

7
8
2020 г. Все права защищены
Проект разработан в ASTYPROduction