Содержание страницы
1. Биокоррозия: Невидимая угроза для зданий и сооружений
При проектировании, возведении и последующей реконструкции любых объектов капитального строительства — от частных домов до промышленных комплексов — первостепенное значение приобретает вопрос защиты конструкций от агрессивных факторов. Наряду с химическим воздействием, огромную угрозу представляет биологическая коррозия, часто недооцениваемая на начальных этапах. Игнорирование этой проблемы неизбежно ведет к преждевременному износу материалов, потере их эксплуатационных характеристик и, как следствие, к дорогостоящему ремонту.
Биологическая коррозия (биокоррозия) – это сложный физико-химический процесс разрушения материалов, инициированный или ускоренный метаболической активностью живых организмов. Ключевыми «агрессорами» или биодеструкторами выступают бактерии, микроскопические грибы (плесень), водоросли, мхи и лишайники, которые колонизируют поверхности строительных конструкций.
История борьбы с биоповреждениями так же стара, как и само строительство. Древние зодчие использовали для защиты древесины смолу, деготь и пропитку соляными растворами. Сегодня же, с появлением пористых минеральных материалов, таких как бетон и кирпич, проблема вышла на новый уровень, требуя современных, научно обоснованных решений.
Рисунок 1. Визуальный пример колонии микроорганизмов-биодеструкторов на бетонной поверхности.
1.1. Механизмы разрушения материалов
Микроорганизмы-биодеструкторы способны нанести непоправимый вред практически любым строительным материалам, от дерева до высокопрочного бетона. Механизм их разрушительного действия заключается в нарушении структурной целостности материала. Продукты их жизнедеятельности, в частности органические кислоты (щавелевая, лимонная, уксусная), вступают в химическую реакцию с гидроксидом кальция (Ca(OH)2) в цементном камне, образуя растворимые соли кальция. Это приводит к вымыванию связующего, увеличению пористости и, как следствие, к катастрофической потере прочности.
Процессы биокоррозии, в зависимости от расположения колоний микроорганизмов, можно классифицировать на два основных типа:
- Контактная биокоррозия. В этом случае микроорганизмы развиваются непосредственно на поверхности конструкции (или в порах материала). В процессе метаболизма они напрямую взаимодействуют с материалом, выделяя агрессивные вещества, что приводит к снижению прочности, изменению цвета, появлению пятен и сокращению общего срока службы.
- Дистанционная биокоррозия. При таком сценарии биоорганизмы не контактируют напрямую со строительной конструкцией, но являются продуцентами химически агрессивных веществ, переносимых средой (например, водой или воздухом). Классический пример — тионовые бактерии, обитающие в сточных водах. Они окисляют соединения серы до серной кислоты, которая, контактируя с бетоном коллекторов, вызывает его интенсивное разрушение (сульфатная коррозия), даже находясь на значительном расстоянии от самих бактериальных колоний.
Ключевыми факторами, создающими благоприятную среду для развития биодеструкторов, являются повышенная влажность (более 60%), наличие органических питательных веществ (пыль, грязь, жиры), недостаточная вентиляция и умеренная температура. Особенно интенсивно биокоррозия протекает в условиях техногенных сред: на объектах пищевой промышленности (мясокомбинаты, молокозаводы), в сельском хозяйстве, в подземных сооружениях и в зонах с высокой влажностью.
2. Стратегии и методы защиты от биокоррозии
Эффективная борьба с биокоррозией всегда строится на комплексном и превентивном подходе. Устранение последствий уже развившегося биопоражения — задача на порядок более сложная и затратная, чем его предотвращение. Основополагающим нормативным документом в России, регламентирующим защиту конструкций, является СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии».
Поскольку влага является катализатором для роста микроорганизмов, первоочередной мерой является надежная гидроизоляция и гидрофобизация конструкций. Это достигается применением современных материалов: проникающих составов, обмазочной и рулонной гидроизоляции, а также специальных защитных штукатурок и облицовочных систем.
Для прямого подавления жизнедеятельности микроорганизмов применяются химические средства — биоциды. Они делятся на:
- Фунгициды — препараты, нацеленные на уничтожение грибов и плесени.
- Бактерициды (антисептики) — средства для борьбы с бактериями.
- Альгициды — составы для уничтожения водорослей.
Современные биоцидные добавки, интегрируемые в состав строительных и отделочных материалов (краски, грунтовки, штукатурки), должны соответствовать строгим требованиям: быть высокоэффективными против широкого спектра микроорганизмов, безопасными для человека в процессе эксплуатации, экологичными и не оказывать негативного влияния на физико-механические свойства основного материала.
2.1. Примеры современных защитных материалов
На рынке представлен широкий ассортимент защитных составов. Рассмотрим принципы действия на примере двух типов продуктов, разработанных для превентивной защиты минеральных поверхностей.
Гидрофобизирующая пропитка типа «Аквасол»
Проникновение атмосферной влаги в пористую структуру бетона, кирпича или штукатурки запускает процессы разрушения, особенно в циклах замораживания-оттаивания. Использование гидрофобизирующих пропиток (гидрофобизаторов) позволяет кардинально снизить капиллярный подсос воды и влагопоглощение материала, что не только продлевает срок его службы, но и предотвращает появление высолов.
Принцип действия: Гидрофобизатор, такой как Аквасол, представляет собой раствор кремнийорганических соединений (силанов и силоксанов) в органических растворителях. После нанесения состав проникает в поры материала на глубину нескольких миллиметров. Растворитель испаряется, а активные компоненты полимеризуются на стенках капилляров, создавая тончайший водоотталкивающий слой, не образующий пленки и сохраняющий паропроницаемость материала («эффект лотоса»).
Область применения: Данный тип пропиток является практически обязательной профилактической мерой для защиты фасадов, цоколей, заборов, балконов, парапетов, тротуарной плитки, черепичных и шиферных крыш. Обработка гидрофобизатором особенно важна для объектов, где предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования.
- Способ применения: Состав готов к применению. Наносится на сухое, очищенное основание при температуре от +5°С до +30°С в 1-2 слоя методом «мокрый по мокрому» с интервалом 10-20 минут. Инструменты: кисть, валик.
- Расход: Варьируется от 150 до 250 г/м² в зависимости от пористости основания.
- Срок службы покрытия: При соблюдении технологии нанесения защитный эффект сохраняется до 10-12 лет.
Акриловая краска с фунгицидными добавками типа «Фасад-Люкс»
Фасадные краски выполняют не только декоративную, но и важнейшую защитную функцию. Краска Фасад-Люкс является примером современного материала на основе водной дисперсии акриловых смол, модифицированной полимерными и биоцидными компонентами.
Защитные свойства: После высыхания краска образует прочное, атмосферостойкое и долговечное покрытие. Эта эластичная полимерная пленка надежно защищает минеральную поверхность от проникновения влаги и углекислого газа, предотвращая разрушение бетона. Ключевым преимуществом является наличие в составе высокоэффективных фунгицидных добавок, которые подавляют рост грибка, плесени и других микроорганизмов, обеспечивая долговременную защиту от биокоррозии. Благодаря высокой влагостойкости, такие краски подходят не только для фасадов, но и для помещений с высокой влажностью (ванные комнаты, подвалы, автомойки).
Объекты применения:
- Пищевая и фармацевтическая промышленность;
- Торговые, складские, подсобные помещения;
- Стены и фасады общественных и жилых зданий;
- Фасадные плиты, пеноблоки и газоблоки;
- Железобетонные изделия (ЖБИ) и конструкции.
Нанесение осуществляется на очищенную и загрунтованную поверхность кистью, валиком или распылителем в 1-2 слоя при температуре не ниже +5°С. Время высыхания до отлипа (степень 3) при +20°С составляет около 1 часа.
Таблица 1. Типовые технические характеристики акриловой фасадной краски с биоцидами (на примере «Фасад-Люкс»)
| Показатель | Типичное значение |
|---|---|
| Основа материала | Водная дисперсия акриловых смол |
| Внешний вид пленки | Однородная глубокоматовая поверхность |
| Массовая доля нелетучих веществ, % | 57-62 |
| Условная вязкость по ВЗ-246 (сопло 4 мм), сек, не менее | 60 |
| Время высыхания до степени 3 при t (20±2)°С, ч, не более | 1 |
| Укрывистость сухой пленки, г/м², не более | 120 |
| Стойкость к статическому воздействию воды (по ГОСТ Р 52165), ч, не менее | 24 |
| Степень перетира, мкм, не более | 60 |
| Нормативный документ (пример) | ТУ 2316-027-98310821-2010 |
3. Защита гидротехнических и морских сооружений от биообрастания
Особый вид биологического повреждения — биообрастание. Металлоконструкции, оборудование, суда, портовые и гидротехнические сооружения, эксплуатируемые в речной или морской воде, подвергаются колонизации водными организмами. Поверхность обрастает водорослями, ракушками, мшанками, что становится причиной не только усиления коррозии металла, но и значительных экономических потерь.
Экономические и экологические последствия биообрастания колоссальны:
- Увеличение расхода топлива: Обрастание корпуса судна увеличивает гидродинамическое сопротивление, что ведет к перерасходу топлива более чем на 40%.
- Снижение эффективности и безопасности: Ухудшается маневренность судна, блокируются системы охлаждения.
- Высокие затраты на обслуживание: Стоимость постановки крупного судна в док для очистки и перекраски может превышать 1 миллион евро в день.
- Экологический ущерб: Инвазивные виды организмов могут переноситься на корпусах судов в новые экосистемы, разрушая их.
Для предотвращения обрастания применяются специальные противообрастающие лакокрасочные материалы (ЛКМ).
3.1. Типы противообрастающих покрытий
Биоцидные ЛКМ контактного действия
Традиционный подход заключается во введении в состав краски мощных биоцидов (антифоулингов), которые медленно выщелачиваются в воду, создавая у поверхности токсичный слой, препятствующий закреплению организмов. Ранее чрезвычайно эффективным был трибутилолово (ТБТ), однако его высокая токсичность и стойкость привели к накоплению в морской экосистеме. Международная конвенция IMO (AFS Convention) с 2008 года полностью запретила использование оловоорганических соединений.
Современные биоцидные ЛКМ, в основном, используют соединения меди (закись меди) в сочетании с органическими биоцидами (бустерами), такими как диурон и цинеб. Они менее токсичны, но срок их службы ограничен 2-3 годами, так как основан на постепенном растворении полимерной матрицы (канифоли) для высвобождения биоцида.
Безбиоцидные (Foul-release) покрытия
Это инновационный и экологически чистый подход. Его суть — создание идеально гладкой поверхности с очень низкой поверхностной энергией, к которой морские организмы просто не могут прочно прикрепиться. Налипшие отложения легко смываются потоком воды при движении судна (скорость свыше 18 узлов) или механической очисткой.
Основным пленкообразователем в таких ЛКМ выступают силиконовые и фторполимерные эластомеры. Эти покрытия не только экологичны, но и способствуют экономии топлива за счет снижения трения. Примерами промышленных систем являются Intersleek (Akzo Nobel) и Hempasil X3 (Hempel).
Перспективным направлением является применение нанотехнологий: создание наноструктурированных поверхностей или введение наночастиц (например, TiO₂, SiO₂), которые придают покрытию уникальные гидрофобные и противообрастающие свойства на физическом уровне, без использования химических токсинов.
4. Санация и защита подземных конструкций
Подземные части зданий (фундаменты, подвалы, цоколи) находятся в особо уязвимом положении. Постоянный контакт с грунтовыми водами, капиллярный подсос влаги и недостаток вентиляции создают идеальные условия для развития всех видов коррозии, в первую очередь — биологической.
Основным источником проблем для пористых материалов (кирпич, известняк, старый бетон) является капиллярный подсос влаги, который влечет за собой целый комплекс разрушительных процессов:
- Разрушение материала при циклах замораживания-оттаивания.
- Потеря теплоизоляционных свойств стен.
- Накопление в структуре материала агрессивных солей (сульфатов, хлоридов), приводящее к образованию высолов и внутренним напряжениям.
- Активное развитие грибка, плесени и бактерий, вызывающих биокоррозию.
4.1. Комплексная программа санации
Ремонт и защита заглубленных конструкций — это всегда комплекс мероприятий, а не просто нанесение одного чудо-средства. Процесс должен быть поэтапным:
- Диагностика: Проводится анализ влажности конструкций, микологическая экспертиза для определения видов биопоражений, а также химический анализ высолов.
- Устранение источника влаги: Это ключевой этап. Необходимо восстановить или создать заново наружную гидроизоляцию, а при капиллярном подсосе — выполнить отсечную горизонтальную гидроизоляцию (методом инъектирования). При необходимости проводится осушение помещений.
- Очистка поверхностей: Механическое удаление рыхлых слоев, продуктов коррозии, высолов и видимых колоний грибка.
- Противосолевая обработка: Нанесение специальных составов (флюатов), которые переводят растворимые соли в теле конструкции в нерастворимые, инертные соединения.
- Лечебная биоцидная обработка: Глубокая обработка очищенных поверхностей мощными антисептическими препаратами комплексного действия, такими как составы на основе «Картоцид-компаунд».
- Ремонт и гидроизоляция: Заделка трещин и швов ремонтными составами, последующее нанесение проникающей или обмазочной гидроизоляции (например, на цементной основе).
- Финишная отделка: Применение паропроницаемых отделочных материалов (санирующие штукатурки, краски) для обеспечения свободного выхода остаточной влаги из конструкции.
4.2. Пример комплексного антисептика: «Картоцид-Компаунд»
«Картоцид-Компаунд» (ТУ 2387-034-05784466-2000) — пример современного отечественного антисептика, сочетающего фунгицидные, инсектицидные, бактерицидные и альгицидные свойства. Препарат разработан для лечения уже пораженных материалов и для профилактической обработки.
Ключевые преимущества:
- Комплексное действие: Эффективен против всех видов биопоражений, включая насекомых-вредителей.
- Экологичность и безопасность: Изготовлен на водной основе, пожаробезопасен, имеет санитарно-эпидемиологическое заключение для применения в жилых и общественных зданиях.
- Универсальность и долговечность: Прост в применении (распыление, кисть), может добавляться в строительные растворы и краски. Двойная обработка в сочетании с гидрофобизацией обеспечивает защиту на неограниченный срок.
Препарат выпускается в виде различных марок (серии «Каменный доктор», «Древесный доктор»), предназначенных для конкретных материалов и задач. Применение таких составов требует строгого соблюдения технологии: предварительная обработка до начала очистки (чтобы не разносить споры), основная обработка после очистки и, при необходимости, введение антисептика в новые отделочные материалы.
5. Сравнительный анализ методов биозащиты
Выбор оптимальной системы защиты от биокоррозии зависит от типа конструкции, условий эксплуатации и бюджета. В таблице ниже представлено сравнение основных подходов.
Таблица 2. Сравнительная таблица методов защиты строительных конструкций от биокоррозии
| Метод защиты | Принцип действия | Преимущества | Недостатки | Основная область применения |
|---|---|---|---|---|
| Конструктивные методы | Предотвращение увлажнения (гидроизоляция, дренаж, вентиляция, правильная разуклонка) | Высокая долговечность, устраняет первопричину | Высокая стоимость, сложность реализации на существующих зданиях | Новое строительство, капитальный ремонт, подземные сооружения |
| Химическая обработка (пропитки-биоциды) | Глубокое проникновение в материал и уничтожение микроорганизмов в его структуре | Эффективен для лечения и профилактики, не изменяет внешний вид материала | Ограниченный срок действия (требует обновления), токсичность некоторых составов | Санация пораженных конструкций, защита древесины, обработка камня и кирпича |
| Поверхностные покрытия (биоцидные краски) | Создание на поверхности защитной пленки, содержащей биоциды, подавляющие рост организмов | Совмещение защитной и декоративной функции, простота нанесения | Требует периодического обновления, неэффективен при нарушении целостности пленки | Фасады, стены во влажных помещениях (ванные, кухни, подвалы) |
| Гидрофобизация | Создание водоотталкивающего барьера в порах материала при сохранении паропроницаемости | Сохраняет «дыхание» стен, предотвращает высолы, повышает морозостойкость | Не является лечебным средством (наносится на чистую поверхность), со временем деградирует | Защита фасадов из кирпича, бетона, натурального камня, штукатурки |
Заключение
Биокоррозия является серьезной и многофакторной проблемой, способной значительно сократить срок службы зданий и сооружений. Эффективная защита возможна только при реализации интегрированного подхода, который начинается еще на стадии проектирования. Он должен включать в себя конструктивные меры по отводу влаги, правильный подбор материалов и применение современных защитных составов.
Превентивная обработка конструкций гидрофобизаторами, антисептиками и биоцидными красками является экономически оправданной инвестицией, позволяющей избежать дорогостоящих ремонтно-восстановительных работ в будущем. Выбор конкретной системы защиты должен основываться на тщательной диагностике объекта, анализе условий его эксплуатации и строгом соблюдении технологий, предписанных производителями защитных материалов и действующими строительными нормами.
