10 Января 2020

В поисках оптимальных строительных материалов

Исследование композитов при воздействии микромицет в петербургском ГАСУ

Лариса Юрьевна
Матвеева

Доктор технических наук, профессор кафедры технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ Лариса Юрьевна Матвеева занимается исследованиями, связанными с проблемой сохранения зданий, сооружений и памятников. На их сохранность в городской среде могут влиять такие факторы как автомобильные выхлопы, высокая влажность воздуха, резкие смены температур и размножающиеся во влажном воздухе плесневые грибы, микромицеты. Проблема защиты архитектурных шедевров, домов рядовой застройки центра Санкт-Петербурга и современных зданий от плесневых грибов стоит особенно остро.


В журнале «Materials Science and Engineering» в декабре 2019 г. была опубликована статья Л. Ю. Матвеевой, В. М. Пахтинова и Ю. М. Тихонова «Study of micromycete destructive power in gypsum and polymeric binding composite construction materials», посвященная результатам этих научных изысканий. 


Лариса Юрьевна ответила на несколько вопросов.

– Чем обусловлена актуальность исследования по этой проблематике?

– Известно, что эксплуатация строительных конструкций в условиях повышенной влажности сопровождается коррозионными повреждениями и разрушениями не только под действием факторов внешней среды (переменная температура, влажность, химически агрессивные газы воздушной среды), но и в результате воздействия живых организмов. К организмам, вызывающим микробиологическую коррозию относятся бактерии, плесневые грибы и микроскопические водоросли. Но, все-таки, ведущая роль в процессах биоповреждения строительных материалов различной химической природы, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности, принадлежит именно плесневым грибам – микромицетам.

Микромицеты – это природные биодеструкторы. У них такая «работа» – разрушать всевозможные материалы, переводить их в простые соединения и возвращать в круговорот вещества, обеспечивая, тем самым, устойчивость экосистем.

И для успешного осуществления этой работы природа наделила их специфическими особенностями: быстрым ростом клеток – мицелия, мощностью и лабильностью ферментативного аппарата.

Микромицеты выделяют в окружающую среду, на которой они поселяются (субстрат), большое число разнообразных веществ – органических кислот и белковых ферментов.

В результате жизнедеятельности и роста микромицет на поверхности строительных конструкций появляются всевозможные повреждения и дефекты, происходит снижение физико-механических и эксплуатационных характеристик (снижение прочности, ухудшение адгезии между отдельными компонентами и т.д.).

✔ Массовое развитие плесневых грибов может стать причиной легочных заболеваний, поскольку среди плесневых грибов есть виды, опасные для человека.

Поэтому эти исследования актуальны и важны, особенно в условиях влажного климата и загрязненной городской воздушной среды.

– Почему ваши научные интересы связаны именно с композитными материалами?

– В настоящее время в строительстве для наружной и внутренней отделки зданий и помещений применяется целый ряд композитных материалов на основе гипсовых, полимерных и смешанных вяжущих. Все они состоят из двух основных структурных компонентов – вяжущего и заполнителей. Поэтому представляло интерес определить грибостойкость гипсовых и популярных органических полимерных вяжущих, а также строительных композитов на их основе. 

Цементный камень и бетоны на основе щелочного цемента меньше подвержены биокоррозии, т.к. плесневые грибы «предпочитают» кислую среду, либо нейтральную, которую они сами подкисляют. Щелочная среда для жизнедеятельности микромицет менее пригодна.

Тем не менее, используя природные возможности живых организмов, они решают и эту задачу – превратить в простые вещества все материалы, которые создаёт человек.

– Какие методы исследования вы использовали?

– Грибостойкость и фунгицидность (способность подавлять рост плесневых грибов) материалов определяли в соответствии с ГОСТ 9.048–89 «Единая система защиты от коррозии и старения. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов». Это стандартная методика и ГОСТ 9.049–91 «Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов». Она используется и за рубежом и известна как Unified system of corrosion and ageing protection. Technical items. Methods of laboratory tests for mould resistance.

Образцы – кусочки строительных материалов размерами 3×3см2 заражали смесевой споровой суспензией наиболее распространенных плесневых грибов родов Aspergillus, Alternaria, Paecilomyces, Penicillium, Trichoderma, выдерживали в термостате при температуре 28±2ºС.

Окончательную оценку грибостойкости (способности сопротивляться росту плесневых грибов) и фунгицидности (способности подавлять рост плесневых грибов) образцов материалов осуществляли на 28 сутки, в промежутках также осматривали образцы и определяли скорость роста колоний, накопление биомассы, оценивали спороношение.

– Какие наиболее важные и интересные результаты были получены?

– Анализ грибостойкости образцов показал, как мы и предполагали, что материалы на основе гипса и полимерные композиты по грибостойкости уступают строительным материалам на основе цемента и, следовательно, нуждаются в защите от биокоррозии в условиях повышенной влажности. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования с целью разработки мероприятий по повышению их грибостойкости. 

✔ Получены и новые научные данные об особенностях развития плесневых грибов на строительных материалах.


Так, например, было установлено, что радиальная скорость роста колоний плесневых грибов изменяется не линейно. В начальный период (1–7 сутки) скорость роста колоний микромицет на поверхности образцов невысока. Этот период, по-видимому, связан с адаптацией и приспособлением микромицет к необычным для них условиям обитания, в ходе которого мобилизуется выработка соответствующих органических кислот и ферментов.

У микромицет, развивающихся на поверхности образцов полимерных композитов, адаптационный период значительно длиннее и составляет в среднем 14 суток. Это для них «новый и неизвестный» до некоторой поры материал, к которому они со временем могут приспособиться.

На 7–14 сутки от начала эксперимента замечено значительное увеличение скорости роста колоний на поверхности гипсового камня и гипсобетона, что, вероятно, связано с фазой экспоненциального роста мицелия микромицет и накоплением ими биомассы. А на поверхности образцов полимерных композитов фаза экспоненциального роста микромицет замечена позже, т.е. на 14–21 сутки. Фаза стабилизации скорости роста колоний микромицет замечена на образцах гипсобетона и гипсового камня на 10–14 сутки, а на образцах полимерных композитов – на 21–23 сутки. На 22–30 сутки наступает стационарная фаза, увеличения скорости роста колоний в этот период не наблюдается, но заметно интенсивное спороношение. На 30–58 сутки от начала эксперимента наступает резкое снижение ростовых процессов, сопровождающееся интенсивным спорообразованием и последующим отмиранием части мицелия. Затем весь цикл повторяется снова.


Интенсивный рост и развитие колоний плесневых грибов сопровождается синтезом значительного количества метаболитов – веществ, которые выделяют плесневые грибы. У развивающихся на поверхности гипсобетона и гипсового камня плесневых грибов преобладает кислотная продукция, а у растущих на поверхности полимерных образцов микромицет – ферментативная.

Активный рост плесневых грибов на поверхности полимерных композиционных строительных материалов способствует накоплению ферментативных метаболитов, стимулирующих окислительные и деструктивные процессы в полимерных материалах и вызывающих изменение их химического состава.

Исследовать рост и деятельность живых организмов действительно очень интересно. Появляются часто и совсем неожиданные результаты, поскольку предугадать ответную реакцию природы на деятельность человека не всегда возможно.

– Будет ли продолжена эта работа в дальнейшем?

– Будущие исследования целесообразно посвятить оценке глубины проникновения метаболитов в структуру материалов и анализу изменений микромицет в процессе роста колоний с целью выработки эффективных защитных мер по повышению грибостойкости гипсовых и полимерных материалов и композитов. 

Исследования грибостойкости и эффективности разрабатываемых мероприятий по защите исторических зданий, памятников архитектуры и современных зданий от биоповреждений очень востребованы в городах с влажным климатом – таких, как Санкт-Петербург.

Текст: Елена Шульгина

Узнайте больше об исследованиях кафедры технологии строительных материалов и метрологии, о преподавателях и учебных дисциплинах

Факультеты

  • Факультет инженерной экологии и городского хозяйства
    Факультет инженерной экологии и городского хозяйства
  • Автомобильно-дорожный факультет
    Автомобильно-дорожный факультет
  • Факультет экономики и управления
    Факультет экономики и управления
  • Архитектурный факультет
    Архитектурный факультет
  • Строительный факультет
    Строительный факультет
  • Институт безотрывных форм обучения
    Институт безотрывных форм обучения
  • Факультет судебных экспертиз и права в строительстве и на транспорте
    Факультет судебных экспертиз и права в строительстве и на транспорте
Форма обратной связи:
Ваше имя:
Ваш e-mail:
Сообщение:
Введите код с картинки: Обновить картинку

Обновить картинку