Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Актуальность проблемы биоповреждения материалов в различных средах

2. Функциональные покрытия для защиты от биоповреждений

3. Исследование механизмов микробиологических повреждений грибами, бактериями, водорослями строительных материалов с учетом условий их эксплуатации

3.1 Основные биодеструкторы строительных материалов

3.2 Микробная коррозия металлов

3.3 Биоразрушение бетонов

3.4 Деструкция микроорганизмами деревянных изделий и конструкций

4. Исследование особенностей активных биодеградантов различных материалов

4.1 Альгоценозы

4.2 Микоценозы

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Решение задач в области повышения биологической защиты жилых и общественных зданий требует организации обследования зданий городов, проведения экспертиз, создания специализированных лабораторий по изучению процессов биодеградации и биосопротивления материалов, обеспечения должной защиты и безопасности зданий и сооружений. В жилых и общественных зданиях в зонах с высокой влажностью микробиологическая коррозия становится важным фактором, влияющим на надежность и долговечность строительных конструкций. Помимо технического, существует экологический аспект проблемы. Обрастание конструкций микроскопическими грибами, размножение в пористом строительном материале бактерий ухудшает гигиенические условия в помещениях.

Одним из наиболее эффективных и длительно действующих способов защиты строительных материалов и конструкций от поражений микроорганизмами является применение биоцидных препаратов.

Определенным решением проблемы является использование биоцидных добавок в строительные материалы. В качестве неорганических антимикробных систем используются соединения меди, хрома, цинка, серебра, а также оловоорганический биоцид. Из полимерных соединений широко используются полимерные соединения на основе гуанидина, хлорметильные производные ароматических углеродов с пиридином.

1. Актуальность проблемы биоповреждения материалов в различных средах

В настоящее время проблеме повышения долговечности изделий и конструкций зданий и сооружений уделяется все большее внимание. Это обусловлено тем, что в связи с постоянной химизацией народного хозяйства, расширением внедрения биотехнологических процессов в производство на строительные материалы и изделия воздействует все большее количество агрессивных сред, одними из которых, являются микроорганизмы и продукты их метаболизма. Установлено, что более 50 % общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Биоповреждениям подвержены практически все материалы, в том числе цементные растворы и бетоны, композиционные материалы на других связующих, древесина и т.д., которые эксплуатируются в условиях, благоприятных для размножения микроорганизмов: на мясомолочных комбинатах, в овощехранилищах, животноводческих зданиях и т.д. Следы плесени часто можно встретить на внутренних стенах церквей и монастырей, винных погребов, различных помещений предприятий пищевой промышленности, а также на различных памятниках архитектуры. Бактерии и мицелиальные грибы постоянно и повсеместно обитают в среде пребывания человека, используя органические и неорганические соединения как питательный субстрат. В последние годы отмечается рост разнообразия и численности микроорганизмов, вызывающих биоповреждения материалов и сооружений. Возросла агрессивность известных видов. Ученые обнаружили более 250 видов микроорганизмов, которые живут внутри пилотируемых космических кораблей. Подсчитано, что ущерб, причиняемый объектам в результате биоповреждений, составляет многие десятки миллиардов долларов.

Как показывает статистика, из различных видов микроорганизмов наибольшее повреждающее действие на промышленные и строительные материалы оказывают мицелиальные грибы . Их высокая деструктивная активность обусловлена способностью адаптироваться к материалам различной химической природы, что связано, прежде всего, с наличием у них хорошо развитого, мощного и мобильного ферментного комплекса. Метаболические особенности грибов, вызывающих повреждения, заключаются в том, что они обладают системами высокоактивных окислительных, гликолитических и других ферментов, осуществляющие разнообразные химические превращения сложных субстратов. Расщепление таких субстратов может происходить путем окисления, гидроксилирования, разрыва кольца и двойных связей в циклических соединениях, трансформации молекул и соединений, биохимического синтеза и другими путями.

В настоящее время проводятся исследования микробиологической стойкости конструкционных материалов на неорганических и органических связующих. Так, например, разрушающее действие микромицетов на каменные строительные материалы, в том числе бетон, обусловлено агрессивным воздействием метаболитов грибов (органических кислот, окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов) на отдельные компоненты материалов.

Стойкость цементных бетонов в условиях воздействия биологических сред во многом определяется пористостью материала, при увеличении которой повышается его проницаемость для микроорганизмов и снижается прочность. Результаты исследований биологического сопротивления связующих на основе боя стекла показали, что компоненты связующих не обладают фунгицидными свойствами, однако, композиционные материалы с известняком, молотым стеклом, керамзитом и полуводным гипсом грибостойки. Это объясняется тем, что затворение осуществляется щелочным раствором, pH среды возрастает до неблагоприятных для размножения и роста значений, что значительно повышает биологическое сопротивление композиций.

Методы идентификации микробиологической деградации конкретного материала в полевых условиях еще очень ограничены. Кроме визуального осмотра разрушения бетона, используются физико-химические исследования, включающие оценку пористости материала, содержание влаги, рН поверхности и глубины карбонизации. Также используются механические методы тестирования, такие как тест на отскок молотка, определение глубины проникновения при контактном испытании. Тем не менее, все указанные меры лишь косвенно отражают микробиологическую коррозию материала, но не позволяют определить ключевые экологические параметры, способствующие росту микроорганизмов .

Отдельную проблему представляют собой биологические повреждения от зарастания корпусов судов и морских сооружений микроорганизмами, водорослями, моллюсками. Биозагрязнение судов негативно влияет на гидродинамику корпуса за счет увеличения требуемой мощности и расхода топлива. Способы ингибирования органического и неорганического роста на таких поверхностях различны, но большинство методов сводится к созданию защитных покрытий.

Процесс биологического загрязнения можно условно разделить на ключевые стадии роста, которые включают первоначальное накопление адсорбированных органических веществ, поселение и рост бактерий, создающих биопленки и влекущих за собой последующее заселение микро- и макроорганизмами (рисунок-1).

Рисунок - 1. Этапы биологического обрастания

микробиологический бактерия строительный материал

Можно выделить два основных подхода к борьбе с биологическим загрязнением, которые основаны либо на предотвращении присоединения микроорганизмов к поверхности, либо на их уничтожении.

К традиционным, но небезопасным методам защиты корпусов судов от обрастания относится использование для покрытий днища разнообразных токсичных веществ, содержащих органические и неорганические соединения ртути, мышьяка, свинца, меди, а также трибутилолова. Однако указанные способы были запрещены из-за биоаккумуляции олова и тяжелых металлов в тканях птиц, тюленей и рыбы, а также из-за тяжелых деформаций моллюсков. В биоцидных покрытиях используются также антибиотики, соли четвертичного аммония и серебра, что вызывает появление антибиотико-ассоциированных и устойчивых к серебру патогенных штаммов .

Таким образом, кроме защиты от биологического обрастания, современные покрытия должны обеспечивать защиту от коррозии, иметь долгий срок службы и невысокую стоимость, быть химически стабильными, хорошо совместимыми с укрываемым материалом и безопасны для окружающей среды .

Существуют и естественные поверхности, которые сопротивляются обрастаниию в морской среде. Такой защитой обладают, например, акулы, мидии и крабы.

Один из подходов заключается в разработке биоинертных поверхностей, которые способны химически противостоять белку, и, следовательно, также являются эффективными в предотвращении бактериального осаждения.

1 

2. Функциональные покрытия для защиты от биоповреждений

Все большее значение в последнее десятилетие приобретают технологии создания химически активных покрытий, действие которых осуществляется на или вблизи границы «покрытие - воздух». Химически активные поверхностно-функциональные покрытия могут работать по различным механизмам. Активная (реакционная) зона может быть расположена непосредственно на границе «покрытие - воздух» или они могут быть расположены вблизи приграничного слоя. Если требуется, энергия поставляется из внешних источников (например, солнечного света, или тепла). Продукты реакции могут быть удалены с поверхности либо путем естественного действия (ветра или осадков) или механически.

Каталитические покрытия действуют посредством катализатора, закрепленного на (или рядом) поверхности покрытия (схема представлена на рисунке-2а). Химическая реакция имеет место, когда реагент поступает из окружающей среды, смачивается или абсорбируется поверхностью. Каталитические покрытия, как правило, содержат катализатор (например, TiO2), который может являться верхним слоем композиционного покрытия. Данная схема чаще используется для покрытий-деструкторов загрязнений.

На рисунке-2b показан другой механизм: взаимодействие происходит за счет двустороннего движения реагента - из атмосферы и из глубины пленки к поверхности покрытия, где и происходит, например, био- или фотохимическая реакции. По такому принципу работают антимикробные и обычные противообрастающие покрытия.

И, наконец, химически активные покрытия могут работать по так называемому управляемому механизму эрозии (рисунок-2с). Здесь верхний слой покрытия является реакционной зоной, содержащей реагент (или реагенты) и, возможно, также катализатор, которые подвергают постепенному разрушению и удалению. К такому типу относятся самополирующиеся (необрастающие) и самоочищающиеся покрытия.

Работа самоочищающихся поверхностей основана на специфических ее свойствах - комбинации низкой поверхностной энергии и химической инертности за счет, в частности, фтор- и кремнийсодержащихся полимеров , которые препятствуют закреплению частиц поллютанта и обеспечивают их легкое удаление. Грязеотталкивающие покрытия имеют так называемый эффект лотоса, когда особая морфология и гидрофобность поверхности предотвращают тесный контакт загрязняющей частицы с поверхностью настолько, что силы адгезии не могут быть задействованы.

Функциональность покрытия с контролируемой эрозией основана на удалении загрязняющих веществ с поверхности совместно с частью поверхности самого покрытия, которое разрушается, растворяется, или подвергается другим физическим или химическим процессам, и превращается в легко съемное сменное вещество. Такие механизмы реализуются в самополирующихся противообрастающих покрытиях.

Покрытия, разрушающие загрязнения, реализующие наиболее сложный подход в создании очищающих покрытий, основаны на возможности спонтанного химического или биохимического разрушения загрязняющих веществ при контакте с соответствующим образом активированной поверхностью. Например, при очищении от пылевидных атмосферных загрязнителей окислительная деструкция осуществляется с помощью коллективного действия атмосферного кислорода и солнечного света, а активируется с помощью катализатора, включенного в поверхность покрытия. На практике, однако, в PDC используется комбинированный подход, когда подходящий катализатор (химический подход) включен в полимерную матрицу с низкой свободной поверхностной энергией (физический подход). Биоактивные покрытия. Микроорганизмы - бактерии, грибы, водоросли - это мельчайшие организмы с невысокими требованиями к условиям роста. Многие покрытия должны быть способны уничтожить такие виды или по крайней мере не допустить их роста, т.е. обладать биоцидным эффектом. Однако, немаловажной целью является предотвращение биологического разрушения пленочных покрытий при эксплуатации восприимчивых субстратов, например, древесины. Так как любой биоцид по существу токсичен, необходимо искать подходы, чтобы минимизировать их использование путем повышения производительности. К новым разработкам в этой сфере относится использование в качестве носителей для биоцидов диоксида кремния или алюмосиликата (цеолита).

Покрытия против обрастания в морской среде. Морская среда представляет собой угрозу для многих материалов, включая металлы и бетоны, вследствие совместного действия влажной и химически агрессивной атмосферы, соленой воды, солнечного света и морских организмов. Бактерии, грибы и водоросли вызывают микробиологическую коррозию морских сооружений и корпусов судов, разрушают защитные покрытия. Необрастающие покрытия представляют собой типичный пример функциональных покрытий с биохимически активной поверхностью. На сегодняшний день существует несколько основных типов противообрастающих красок, основанных на различных механизмах действия, разделенные, как правило, на две категории: биоцидные и небиоцидные системы.

Самополирующиеся покрытия. Эти покрытия на основе трибутилолова, содержащие сополимер - связующее, как правило, вместе с биоцидом (оксид меди, дитиокарбаматы). Связующее в морской воде может подвергаться гидролизу с постоянной скоростью. Движение морской воды против корпуса судна полирует частично гидролизованое покрытие, сглаживая поверхность, предотвращая растущее потребление топлива. Появились самополирующиеся покрытия на основе акрилатных сополимеров меди и цинка, которые вступают в реакцию с ионами натрия в морской воде, образуя биоциды.

Неприлипающие покрытия c использованием фторполимеров, силикона и других полимеров с низкой поверхностной энергией считаются наиболее перспективными, так как действуют без токсичных биоцидов. Такие покрытия все же подвержены обрастанию морскими организмами, однако сила прикрепления таковых невелика. Низкая абразивная устойчивость и низкая адгезия к обрабатываемой поверхности сдерживает широкое использование силикон-содержащих покрытий, в то время как фторсодержащие их аналоги обещают хорошие результаты уже в ближайшем будущем.

Рисунок-2. Механизмы работы функциональных покрытий

а- каталитические покрытия действуют посредством катализатора,

b- взаимодействие за счет двустороннего движения реагента,

с - управляемый механизм эрозии

3. Исследование механизмов микробиологических повреждений грибами, бактериями, водорослями строительных материалов с учетом условий их эксплуатации

3.1 Основные биодеструкторы строительных материалов

Биоповреждение - это прямое или косвенное воздействие живых организмов, влияющих на внешний вид или технические свойства материалов. Биоповреждения неорганических строительных материалов, преимущественно сводятся к нарушению сцепления составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия минеральных или органических кислот микробного происхождения. Бетонные сооружения разрушаются вследствие химических реакций между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.

В технике и повседневной жизни со случаями биоповреждения приходится сталкиваться как при разрушении неметаллических материалов, так и металлов. Биоповреждения металлов и металлоконструкций принято называть биокоррозией или микробной коррозией. Поскольку среди живых организмов - агентов биокоррозии - основными являются бактерии и микроскопические грибы, поэтому в литературе приняты термины «бактериальная» и «грибная» коррозия.

К биоповреждениям можно отнести любые нежелательные изменения в свойствах материалов, причиной которых является прижизненная активность организмов. Биоповреждение проявляется в результате различных видов воздействия на строительные материалы со стороны живых организмов .

Основными биодеструкторами строительных материалов являются бактерии, грибы, водоросли, лишайники, мхи, растения, насекомые и др. Заселение и развитие этих живых организмов на бетонных поверхностях приводит не только к внешним биоповреждениям (рисунок-3), но и к существенному ухудшению физико-технических свойств материалов, вплоть до разрушения .

Рисунок-3. Биоповреждение строительных материалов

1, 2, 3, 4 - мицелиальными грибами; 5, 6 - водорослями; 7 - мхами; 8 - железо и тионовыми бактериями

Экологические факторы влияют как на свойства самого строительного материала, так и на развитие живых организмов - агентов биоповреждения. Биоповреждение - многофакторный сложный процесс, зависящий от реализации в окружающей среде конкретной ситуации, приводящей к разрушению сооружения.

3.2 Микробная коррозия металлов

Внешние проявления биокоррозии металлов мало отличаются от обычной коррозии, сопровождающейся, например, в случае атмосферной коррозии появлением ржавчины. Поэтому даже специалисты в области коррозии не всегда могут распознать биокоррозию и для установления ее биологической природы вынуждены обращаться к микробиологам.

Действие микроорганизмов на металлы может происходить различно. Прежде всего, коррозию металлов могут вызывать агрессивные экзометаболиты микроорганизмов - минеральные и органические кислоты и основания, ферменты и др. Они создают коррозионно-активную среду, в которой в присутствии воды протекает коррозия по обычным законам электрохимии. Колонии микроорганизмов могут создавать на поверхности металлов наросты и пленки мицелия или слизи, под которыми может развиваться язвенная (питтинговая) коррозия в результате разности электрических потенциалов на различных участках поверхности металла и ассимиляции ионов металлов самими микроорганизмами.

Наиболее опасным видом микробиологической коррозии является аэробная коррозия, приносящая огромный ущерб нефтегазовой промышленности, системам оборотного водоснабжения, морским сооружениям и т.д.

Этот вид коррозии наблюдается в тех случаях, когда имеется большое количество свободного или растворённого в воде кислорода. Аэробной коррозии подвержены водосточные и водопроводные, трубы, насосы и различное оборудование в шахтах, стальные конструкции подземных сооружений, где образуются кислые воды. Возбудителями аэробной коррозии являются тионовые, нитрифицирующие бактерии и железобактерии. В результате жизнедеятельности тионовых и нитрифицирующих бактерий создаются агрессивные коррозионные среды за счёт накопления серной и азотной кислот - конечных продуктов их метаболизма. Коррозию в анаэробных условиях вызывают сульфатредуцирующие бактерии, развивающиеся в интервале рН 6,8-8 при наличии в среде сульфатов. Сероводород, выделяющийся в результате их метаболизма, способен связывать двухвалентное железо и восстанавливать гидроксид трёхвалентного железа с образованием плотного осадка сульфида железа .

3.3 Биоразрушение бетонов

Особенно интенсивно подвержены разрушению бетонные конструкции на предприятиях химической, пищевой, медицинской промышленности, а также канализационные коллекторы и сооружения для отведения сточных вод. Специфика этих производств заключается в наличии богатой питательной среды для микроорганизмов. Процесс деградации цементных материалов усиливается микробиологической коррозией, особенно в условиях повышенной влажности, температуры и затруднённого воздухообмена. При эксплуатации в атмосферных условиях на биостойкость бетонных конструкций отрицательно сказывается рост техногенных загрязнений в окружающей среде в виде пылей, аэрозолей и газовых примесей, которые приводят к ускорению коррозионных процессов .

Биосопротивление цементных композитов ограничено их природой, поскольку капиллярно-пористые материалы склонны к активному взаимодействию с микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности. Зачастую бетоны с хорошими физико-механическими свойствами не обладают стойкостью в органогенных средах .

Благодаря переменности сечений контактирующих пор микроструктура цементного камня обладает непроницаемостью для частиц или микроорганизмов определенного размера, как правило, намного меньше среднего размера пор. Омываемый жидкостью бетон фильтрует воду, а мелкие частицы и микроорганизмы задерживаются на поверхности материала и вступают с ним во взаимодействие.

Продукты жизнедеятельности микроорганизмов такие как: кислоты, сульфиды, аммиак и другие, являются агрессивными и вызывают разрушение бетона, а также арматуры в железобетонных конструкциях.

Неорганические и органические кислоты и сероводород образуются тионовыми, нитрифицирующими, углеводородокисляющими, сульфатредуцирующими бактериями, грибами, дрожжами и другими микроорганизмами. Наиболее активны в коррозионном отношении литотрофные бактерии, окисляющие неорганические соединения: серу, сульфиды, политионаты, аммиак с образованием серной и азотной кислот .

Плесневые грибы - типичные возбудители окислительного брожения. Окислительное брожение, вызываемое плесневыми грибами и так называемыми окислительными бактериями, может происходить только в случае, если у микроорганизмов имеются ферменты редуктазы, способствующие неполному разрушению углеводородов в присутствии кислорода воздуха. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты (глюконовая, щавелевая, янтарная и лимонная), вызывающие коррозию металлов и приводящие к, так называемым, вторичным явлениям - разъеданию, снижению веса, изменению окраски, потере прочности.

3.4 Деструкция микроорганизмами деревянных изделий и конструкций

Древесина для поселяющихся на ней организмов является источником питательных веществ и местом существования. Развитие процесса гниения начинается в древесине с влагосодержанием не ниже 18-20% в присутствии воздуха и при положительной температуре в интервале от 5 до 45 °С. Но и сухая древесина так же подвержена воздействию дереворазрушающих грибов и насекомых.

Древесина - материал органического происхождения и состоит из ткани, образованной клетками. Химический состав веществ, входящих в древесину независимо от породы, с округлением до 1%: углерода 50%, кислорода 44%, водорода 6%. Живые клетки древесины наполнены влагой, в полостях клеток находится свободная влага, в толще клеточных оболочек, в мельчайших порах между их волоконцами гигроскопическая влага.

Оболочки клеток состоят преимущественно из целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. С ростом дерева происходит одревеснение оболочек, заключающееся в увеличении содержания лигнина. Соединяющее клетки межклетное вещество также в основном состоит из лигнина.

Среди организмов, поражающих и разрушающих древесину, ведущее место занимают грибы. Грибы, поражающие древесину, можно разделить на четыре группы, согласно типу повреждения: грибы плесени; синевы, гнили, умеренной гнили.

Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности грибов разрушающих целлюлозу самую прочную часть древесины. В результате этого происходит процесс понижения показателей прочности до определенной величины - предела длительного сопротивления древесины. Современная теория прочности древесины рассматривает ее как упруго-вязкий материал, в котором упругим элементом являются структурные волокна древесины, состоящие в основном из целлюлозы, а вязким межклетное вещество, состоящее преимущественно из лигнита.

При недостаточной гидроизоляции или ее полном отсутствии почвенные воды по капиллярным системам строительных материалов поднимаются из фундамента в стены зданий. Они несут с собой соли и сложные органические вещества, служащие питательной средой для почвенных микробов, которые тоже поднимаются до первых этажей зданий и там образуют колонии в толще стен и на их поверхности. Продукты жизнедеятельности микробов изменяют среду в материалах, приводя к изменению их прочностных характеристик. Таким образом, в современном жилище могут концентрироваться непосредственно почвенные микроорганизмы (грибы, бактерии, водоросли) и микробы городской пыли. Следовательно, жилище, вместо защиты человека, может стать аккумулятором возбудителей инфекционных заболеваний, а значит и причиной их возникновения.

Здания и другие сооружения, подвергшиеся биоповреждению, могут оказывать неблагоприятное прямое влияние на здоровье человека при частичном или полном разрушении. Вторая группа влияний объединяется сочетанием сырости в помещениях с периодическим или постоянным охлаждением организма человека. Это приводит к нарушению иммунитета и, таким образом, способствует возникновению заболеваний, вызываемых условно патогенными возбудителями, в том числе микозов, а также туберкулеза, ревматизма, хронических неспецифических заболеваний органов дыхания, воспалительных заболеваний суставов. Третья форма неблагоприятного влияния биоповреждений на людей заключается в свойствах самих микроорганизмов ? не просто воздействовать, а взаимодействовать с организмом человека. В частности, грибы, развивающиеся в толще и на поверхности строительных материалов, не являясь по своей природе болезнетворными, могут в организме человека приобретать паразитарные свойства и вызывать инфекционные поражения - микозы, а у людей, склонных к аллергическим реакциям - микогенные аллергии в виде астматического бронхита, бронхиальной астмы, крапивницы и других.

Именно грибковые болезни занимают все большую роль в структуре заболеваемости людей, обусловленной влиянием биоповреждений зданий.

Увлажнение построек может происходить как снизу из почвы, так и сверху из-за неисправной кровли, неисправности водопроводных, отопительных и канализационных коммуникаций. От проникновения спор грибов в жилища и другие помещения не спасают даже современные способы жизнеобеспечения, такие как вентиляция и кондиционирование воздуха, поэтому необходимо использовать строительные материалы, устойчивые к биоповреждению.

4. Исследование особенностей активных биодеградантов различных материалов

4.1 Альгоценозы

Зеленые водоросли входят в состав различных водных и вневодных биоценозов, часто занимая в них доминирующее положение. Массовое развитие микроскопических зеленых водорослей нередко вызывает зеленое или красное цветение не только воды, почвы, снега, но и поверхностей строительных материалов и изделий (рисунок-5).

Рисунок-5. Колонизация водорослями городской застройки

1 - фундаменты зданий, 2 - бетонированные отливы вдоль фасадов зданий, 3,4 - оштукатуренная поверхность, 5 - водоотвод, 6 - бетонированные пешеходные дорожки

Состав альгоценозов разрушенного строительного материала обычно весьма разнообразен, наиболее часто обнаруживают представителей следующих отделов:

- зеленые водоросли Chlorophyta - одноклеточные, колониальные и многоклеточные водоросли. Клеточная оболочка целлюлозно-пектиновая, основной продукт ассимиляции - крахмал, откладывается в хлоропластах, окрашивается от йода в синий цвет;

- сине-зеленые водоросли Cyanophyta - клетки лишены оформленных хлоропластов и ядер, равномерно окрашенные. Окраска сине-зеленая, иногда от оливково-зеленой до черной. Формы микроскопические, но их слизистые колонии могут быть крупными - до нескольких сантиметров;

- диатомовые водоросли Bacillariophyta - клетки с кремнеземной двустворчатой оболочкой - панцирем, который сохраняется после прока-ливания на огне. Створки двустороннесимметричные, со сложной структурой (по внешности штриховатые). Формы одноклеточные или колониальные. Хлоропласты желтого или светло-бурого цвета;

- желто-зеленые Xanthophyta - клетки обычно одноядерные, комплекс фотосинтетических пигментов своеобразен, хлорофилл b отсутствует. Наряду с окрашенными могут встречаться и бесцветные;

- эвгленовые водоросли Euglenophyta - обычно одноклеточные, подвижные благодаря наличию жгутиков или метаболическому сокращению тела. Клеточная оболочка отсутствует, клетки окружены наружным слоем протоплазмы - пелликулой.

Среди зеленых водорослей, выделенных с поверхности разрушенного бетона, идентифицированы водоросли, относящиеся к порядку Ulotrichales. , а также Chlorella sp., Scenedesmus sp., Pleurococcus sp., Stichococcus sp. и др.

Большинство представителей выделяют обильную слизь, что помогает им выживать при неблагоприятных условиях окружающей среды: высыхании, изменении температуры, воздействии токсикантов.

Среди нитчатых водорослей идентифицированы два рода нитчатых бактерий: Oscillatoria и Phormidium, относящихся к порядку Oscillatoriales.

У водорослей рода Oscillatoria все клетки в нитях не дифференцированы. При высокой влажности и оптимальных для их роста температурах (15-20 єС) на поверхности бетона преобладали именно эти водоросли. Интенсивный рост водорослей на безазотистой среде Дрю свидетельствовал о том, что многие из нитчатых водорослей, например, Phormidium является аминоавтотрофоми и способны развиваться в условиях несбалансированных сред, а значит осваивать антропогенно нагруженные территории .

На поверхности разрушенного бетона обнаружили сине-зеленые водоросли порядка Chroococcales. Среди них множество одноклеточных слизеобразующих водорослей: Microcystis, Gloeocapsa и др.

Водоросли рода Gloeocapsa имеют колонии более или менее шаровидные, состоящие из последовательно включенных друг в друга слизистых пузырей, самые внутренние и наименьшие окружают непосредственно клетки (рисунок-6). Представители рода Gloeocapsa очень устойчивы к температурным колебаниям в окружающей среде, могут появляться первыми на поверхности бетона в массовом количестве даже при отрицательной средней температуре воздуха, а при низких температурах сохраняются в трещинах, проникая в тело бетона на глубину несколько сантиметров.

Рисунок- 6. Водоросли рода Gloeocapsa (соскоб с поверхности бетона)

Среди диатомовых водорослей, в условиях антропогенного стресса превалируют, как правило, наиболее адаптированные к жизни представители Navicula sp.

Особенно активно процесс биообрастания и интенсивного дальнейшего повреждения конструкций проходит в водных экосистемах. Морские гидротехнические сооружения из бетона даже в северных широтах подвергаются сильному воздействию со стороны водорослей и беспозвоночных животных . Однако, в условиях городской среды в результате повышенного уровня влажности в плотной городской застройке, частого отсутствия водоотводов, гидрофильности используемых стройматериалов, происходит конденсация значительных количеств влаги на поверхностях сооружений , что способствует заселению их водорослями. Тем не менее, до последнего времени изучению процесса биообрастания водорослями поверхностей зданий и сооружений в открытой атмосфере населенных мест уделялось мало внимания. Однако в связи с изменением климатических условий, повышением содержания улекислого газа в атмосфере вопрос, связанный с биоповреждением строительных материалов водорослями становится все более актуальным. Это привело к идее создания специальных бетонов, содержащих на поверхности водоросли, которые в городах будут очищать атмосферный воздух и придавать необычный вид зданиям городской застройки.

4.2 Микоценозы

Неживую природу поражают все те же виды микроорганизмов, что и живую. Но для неживой природы самыми опасными разрушителями являются микроскопические грибы -- сапрофиты. Они повреждают все природные, многие синтетические материалы и даже стальные и железобетонные конструкции, а также памятники культуры и искусства (рисунок- 7).

Рисунок-7. Участки поверхности городских зданий со следами повреждений микроскопическими грибами

Согласно видам грибов, описанным к настоящему времени, их общее число превышает 250 тысяч. К этой группе относятся как одноклеточные, так и многоклеточные микроорганизмы. Высокая деструкционная активность грибов обусловлена их способностью приспосабливаться к различным по своей природе материалам. Большинство плесневых грибов обнаруживаются визуально в виде плесени различного цвета.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Соломатов, В.И., Черкасов, В.Д., Ерофеев, В.Т. Строительные биотехнологии и биокомпозиты // МИИТ. 1998. 165 с.

2. Рубенчик, Л. И. Микроорганизмы как фактор коррозии бетонов и металлов. Киев, 1950. 96 с.

3. Василенко, М.И., Гончарова, Е.Н. Биоценозы поврежденных поверхностей зданий и сооружений: Изд-во LAP Lambert Academic Publishing, 2014. 112 с.

4. Соломатов, В. И. Биологическое сопротивление материалов / В. И. Соломатов, В. Т. Ерофеев , В. Ф. Смирнов и др. - Саранск: Изд-во Мордов. Ун-та, 2001. 196 с.

5. Аникина, Н.А., Смирнов, В.Ф. Исследование устойчивости полимерных материалов на основе акрилатов к действию микроскопических грибов // Вестник Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского 2013. № 6 (1). С. 142-145.

6. Корнеев, В. И. Высолы на цементных строительных изделиях // Популярное бетоноведение". 2006. №6 (14). С.32-35.

7. Пехташева, Е. А. Биоповреждения и защита непродовольственных товаров / Е. А. Пехташева, А.Н. Неверов. - М.: Мастерство, 2010 - 224 с.

Размещено на Allbest.ru