Loading ...
Первые упоминания о возможном участии бактерий в коррозии бетона относятся к 1901 г. При обследовании бетонного водопроводного канала в поверхностном слое поврежденного бетона были обнаружены нитрифицирующие бактерии, а из более глубоких слоев выделены Vibrio desulfuricans, Micrococcus radiatus, Bacterium croccum и в дальнейшем исследователи связывали разрушения каменных и бетонных сооружений (Шолар-Бакинский бетонный водопровод, стены Вестминстерского аббатства, бетонные трубы люберецких полей фильтрации, плотина Свирь ГЭС) с активной деятельностью микроорганизмов, в том числе бактерий, окисляющих серу, а именно Triobacillus thioparus, Th. neapolitanus, Th.concretivorus, Th. thiooxidans.
К объектам, подверженным биокоррозионному разрушению, относятся бетонные канализационные трубы. По мнению большинства исследователей, ведущим фактором коррозии является действие микроорганизмов. Так, Паркер первичным коррозионным агентом канализационных труб называет H2S, образуемый, главным образом, сульфатредуцирующими бактериями. На второй стадии действуют аэробные тионовые бактерии, окисляющие сероводород, и другие серосодержащие соединения (тиосульфат, политионаты) до серной кислоты. Однако известны случаи, когда причиной коррозии бетона служили только сульфатредуцирующие бактерии.
Как показано исследованиями, аэробные, тионовые сульфатредуцирующие бактерии сопутствуют сероводородным минерализованным водам, поскольку наличие сероводорода является одним из основных условий их жизнедеятельности. Заселяясь в микрозонах поверхности бетона, бактерии, в частности тионового типа Th. thiparus окисляют H2S до серной кислоты. Накопление серной кислоты и падение рН на поверхности до рН=1…4 приводит к смене форм тионовых бактерий — Th. thiparus нa Th. thiooxidans. Постепенное проникание серной кислоты в глубь бетона вызывает его интенсивное разрушение от поверхности внутрь.
Изучено влияние некоторых типов окисляющих бактерий и бактерий, выделяющих H2S, на процесс разрушения бетона подземной кладки. Установлено, что бактерии подобного типа способствуют выщелачиванию из цементного камня ионов кальция, при этом величина рН снижается, что ведет к повышению степени карбонизации бетона и его разрушению под действием бактерий. В Японии вследствии воздействия сероводорода бактериального происхождения на железобетонные конструкции произошло разрушение подводного тоннеля.
Т.С.Нагибина, изучая пробы бетона труб, по которым московские сточные воды подавались на люберецкие поля фильтрации, выявила, что он разрушился под действием бактерий Thiobactena denitrificans. Эти бактерии способны окислять сернистые соединения бытовых сточных вод вначале до сероводорода, а затем до серной килоты. В разрушенном кислотой бетоне оказалось 42,95% SО3 вместо 1% по норме. Разрушающее действие нитрифицирующих и тионовокислых бактерий на бетон было также установлено в исследованиях Н.В. Нечаевой.
Глубокое изучение влияния бактерий на бетон были проведены Л.И.Рубенчиком и И.И.Колкером. Они установили, что сильнее всего разрушают цементный камень и бетон окисляющие серу динитрифицирующие бактерии. Значительно понижают прочность бетона и анаэробные азотнофицирующие бактерии. Последние образуют масляную кислоту, которая также разрушает цементный камень.
Как показано этими же авторами, опасны для бетона и уролитические бактерии, которые действуют, в основном, на мочевину, содержащуюся в сточных водах, с выделением аммиака и углекислоты. Аммиак же способен взаимодействовать в присутствии извести цемента с сульфатами воды и образовывать легкорастворимую соль CaSО4(NH4)2SО4.3H2О.
Активность действия микроорганизмов
На поверхностях коллекторов и труб значение рН за счет действия микроорганизмов иногда составляет 1, что вызывает разрушение цементного камня и бетона. Скорость проникания агрессии в глубь бетона может достигать 6,3… 12,7 мм в год.
Аналогичные явления могут возникать в промышленных сооружениях, когда в поверхностном слое бетона накапливаются органические продукты, применяемые в данной технологии (например, сахар, жиры, белковая продукция и т.п.), и являющиеся питательной средой для микроорганизмов; в сельскохозяйственных сооружениях, где сточные жидкости животноводческих помещений (навозная жижа) содержат органические вещества (мочевина), агрессивные по отношению к бетону и одновременно служат средой для развития микрофлоры, вьщеляющей афессивные компоненты в окружающую среду в процессе метаболизма.
На хлебопекарных предприятиях отмечается органогенная коррозия, проявляющаяся в распространении низших фибов на поверхности строительных конструкций. Она вызвана оседанием мучной пыли, адсорбирующей влагу.
На мясоперерабатывающих комбинатах, где строительные элементы помещений подвержены воздействию таких органических соединений, как кровь, экскременты животных, жир, жировые эмульсии, мясной бульон, плесневые фибы развиваются, главным образом, на поверхности внутренних консфукций цехов. Образование фибного мицелия наблюдается на оштукатуренных и окрашенных стенах, а иногда непосредственно на поверхности бетона. Плесневые фибы используют в качестве источников питания готовые органические соединения, которые являются питательной средой для распространения и интенсивного роста микроорганизмов. В процессе метаболизма они выделяют различные органические кислоты, коррозионноопасные для бетона и арматуры – лимонную, щавелевую, уксусную, яблочную и др.
Воздействие органических кислот вызывает снижение поверхностной прочности бетона, разрыхление его наружного слоя, осыпание штукатурки, частичное разрушение стен и потолков. Образование налета плесени на поверхности консфукций, цвет которой зависит от вида фибов, значительно ухудшает санитарно-гигиеническое состояние помещений их внешний вид.
Биологической особенностью этих микроорганизмов является высокая устойчивость к перепадам температуры, влажности, значений рН, дефициту источников питания, чем объясняется их высокая распросфаненность и в помещениях с различным температурно-влажностным режимом.
Активность действия микроорганизмов на бетоны и строительные растворы зависит от плотности последних, связанной с количеством воды затворения. Как следует из данных, все изученные авторами составы цементно-песчаных образцов оказались проницаемы для бактерий, кроме состава с В/Ц=0,3. Прослеживается также зависимость проницаемости цементных растворов от размеров бактериальной клетки. Наибольшие значения проницаемости характерны для кокковых форм бактерий, наименьшее – для палочек с максимальной длиной клетки.
Авторами также установлена математическая зависимость проницаемости цементно-песчаных растворов для бактерий от объема открытых капиллярных пор в образце. Высокие значения суммарного объема клеток в фильтрате для образцов с В/Ц=0,8 свидетельствуют о недопустимости применения цементно-песчаных растворов и бетонов с высоким водоцементным отношением в условиях фильтрации и капиллярного подсоса во избежание опасности инфицирования конструкций микроорганизмами.
Примененные в экспериментах модификаторы биоцидного действия по-разному влияют на проницаемость цементно-песчаных растворов по отношению к бактериям. Бактерии могут активно воздействовать не только на бетон, но и на стальную арматуру и вообще на металлы. В этом случае действие микроорганизмов будет носить биоэлектрохимический характер. Отмечается наибольшее воздействие на металл бактерий, образующих кислоты – сульфаторедуцирующих, нитрифицирующих и тионово-кислых.
Как считает Л.И.Рубенчик, участие бактерий в коррозии железа заключается в его бактериальной деполяризации, что и приводит к активизации процесса взаимодействия кислорода сульфатов с водородом, вызвавшим поляризацию локальных коррозионных элементов. Образующийся при этом сероводород активно связывается с ионами двухвалентного железа, образуя сернистое железо. Получающийся попутно при этом СО2 понижает пассивность стальной арматуры в бетоне и тормозит образование защитных пленок.
Таким образом, микроорганизмы вызывают биокорозию не только бетона, но и стали. В последнем случае воздействие может быть как прямое, так и косвенное. Прямое воздействие оказывают бактерии, выделяющие различные кислоты – сульфатредуцирующие (сероводородная кислота), нитрифицирующие (азотная кислота) и тионовые (серная кислота). Косвенное воздействие на сталь оказывают те бактерии, которые деспассивируют металл (сульфатредуцирующие за счет выделения СО2), образуют пары дифференциальной аэрации (железобактерии) или действуют как деполяризаторы (сульфатредуцирующие, динитрифицирующие, железобактерии).
