ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ НА РАЗВИТИЕ БИОКОРРОЗИИ БЕТОНА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69

Духанина У.Н.

младший научный сотрудник кафедры материаловедения и технологии материалов Белгородский государственный технический университет

им. В.Г. Шухова (г. Белгород, Россия)

ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ НА РАЗВИТИЕ БИОКОРРОЗИИ БЕТОНА

Аннотация: биоповреждения бетонных строительных конструкций, вызываемые микробиологическими агентами, чаще всего развиваются в условиях повышенной влажности, благоприятной для бактерий температуры и рН. Исследован процесс разрушения цементного камня и сформулирована концепция деградации бетона при рассмотрении процесса биокоррозии.

Ключевые слова: микробиологическая коррозия, бетон, бактерии.

Изделия на основе цемента являются наиболее широко используемыми строительными материалами благодаря их уникальным преимуществам, таким как физико-механические свойства, простота отливки в различные формы, низкая себестоимость и повышенная долговечность [1]. Однако, наряду с вышеперечисленными преимуществами бетонные конструкции в процессе эксплуатации могут подвергаться различным видам коррозии. В результате фильтрации, капиллярного переноса или диффузии из окружающей среды в тело бетона и/или вынос вещества из бетона в окружающую среду происходит коррозия строительных конструкций, что в свою очередь приводит к увеличению пористости и снижению механических свойств строительных изделий [5, 6]. Таким образом, коррозия бетонных конструкций является результатом

различных абиотических и биотических процессов.

В виду того, что цементобетоны обладают гигроскопичностью, происходит адсорбирование в капиллярно-поровом пространстве микроорганизмов (бактерий, микромицетов, актиномицетов), участвующих в развитии биокоррозии. Так причинами биодеградации строительных материалов являются три основных процесса [1, 3]:

- механический - разрушение строительного материала происходит за счет прорастания спор и гифов;

- ассимиляционный - разрушение бетона осуществляется за счет использования компонентов цементной системы микроорганизмами в качестве источником питания и энергии;

- диссимиляционный - характеризуется растворением компонентов цементного камня при взаимодействии вяжущего с агрессивными метаболитами микроорганизмов.

Для исследования влияния кислот, продуцируемых бактериальными культурами в качестве модельных сред применялись:

- дистилированная вода (контрольная среда);

- водный раствор органических кислот (щавелевая кислота (49 %) уксусная кислота (16 %) и лимонная кислота (35 %).

Согласно результатам внешний вид образцов цементного камня при выдержке в водном растворе органических кислот в течение 28 дней имеет явные следы растворения. Поверхность граней кубиков контрольных образцов при выдержке в дистиллированной воде гладкая, плоская. Структура цементного камня у образцов, выдержанных в растворе кислот, рыхлая, некоторые агрегаты цементного камня обнажились (рис. 1). При экспозиции 28 суток на дне емкости с раствором кислот, в который помещены кубики цементного камня визуализировался слой растворенного вяжущего.

а б

Рис. 1. Изменения внешнего вида бетона при воздействии бактерий: а -цементный камень, выдержанный в водном растворе кислот, б - цементный камень, выдержанный в дистиллированной воде

Бактериальная коррозия бетона развивается за счет образования кислот (включая органические и неорганические кислоты), которые разлагают компоненты бетона и тем самым нарушают целостность строительных конструкций. В результате анализа исследований авторов сформирована концептуальная модель развития коррозионного слоя при микробиологическом воздействии. Микробная биопленка более плотная вблизи поверхности коррозионного слоя, где уровни кислорода и H2S самые высокие. Кислоты, продуцируемые бактериями, диффундируют через коррозионный слой к поверхности неповрежденного бетона, и может проникать вглубь цементного камня. При диффузии кислоты образуются гипсовая (рН < 3) и эттрингитовая зоны (рН > 3), которые, расширяясь, вместе с отложениями минералов вызывают растрескивание неповрежденных зон строительного материала (рис. 2). Снижение рН раствора в порах бетона приводят к недостаточной стойкости гидратов.

Рис. 2. Концептуальная модель развития коррозионного слоя при бактериальном воздействии

В растворе, в наружном слое, подвергающемся воздействию окружающей среды, появляется раствор, содержащий гипс. Несколько глубже, в растворе с рН около 10, образуется зона, содержащая гипс и эттрингит, а в самой глубокой зоне, не подверженной воздействию агрессивной среды, находится неповрежденный цементный камень. Наблюдается образование хорошо заметных коррозионных трещин на поверхности образцов бетона, подвергающихся воздействию различных агрессивных сред.

Таким образом, первая фаза микробиологической коррозии улучшает стойкость бетона и повышает его прочность за счет постепенного заполнения капилляров и пор продуктами своей продуцирующей деятельности. На следующем этапе происходит постепенное расширение крупнообъемных соединений, вызывающее неблагоприятные внутренние давления, создавая условия для образования трещин, которые приводят к разрушению цементобетона.

Работа выполнена в рамках Программы «Приоритет 2030» на базе БГТУ им. В.Г. Шухова. Работа выполнена с использованием оборудования ЦВТ на базе БГТУ им. В.Г. Шухова

This work was realized in the framework of the Program «Priority 2030» on the base of the Belgorod State Technological University named after V G Shukhov. The work was realized using equipment of High Technology Center at BSTU named after V. G. Shukhov.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Wei S., Jiang Z., Liu H., Zhou D., Sanchez-Silva M. Microbiologically induced deterioration of concrete - a review // Brazilian journal of microbiology : publication of the Brazilian Society for Microbiology. № 44(4). рР. 1001 - 1007. DOI.org/10.1590/S1517-83822014005000006.

2. Satoh H, Odagiri M, Ito T, Okabe S. Microbial community structures and in situ sulfate-reducing and sulfur-oxidizing activities in biofilms developed on mortar specimens in a corroded sewer system // Water Res. 2009. №43(18). Рр. 4729-4739. DOI:10.1016/j.watres.2009.07.035

3. Строганов В.Ф., Куколева Д.А., Бараева Л. Р. Метод испытания минеральных строительных материалов на биостойкость в модельных агрессивных средах // Вестник Казанского технологического университета. 2011. №17. С. 117-121.

Duhanina U.N.

Belgorod State Technological University named after V G Shukhov

(Belgorod, Russia)

INFLUENCE OF BACTERIAL MICROORGANISMS ON THE DEVELOPMENT OF CONCRETE BIOCORROSION

Abstract: biodamages of concrete building structures caused by microbiological agents most often develop under conditions of high humidity, temperature and pH favorable for bacteria. The process of destruction of cement stone was studied and the concept of concrete degradation was formulated when considering the process of biocorrosion.

Keywords: microbiological corrosion, concrete, bacteria.