BIOKOROZJA WYROBÓW BUDOWLANYCH

Transkrypt

1 BIOKOROZJA WYROBÓW BUDOWLANYCH pochodzenia nieorganicznego Niniejszy artykuł przybliża pojęcie biokorozji procesu niszczenia struktury wyrobów budowlanych, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów budowlanych pochodzenia nieorganicznego dr inż. Jan Antoni Rubin Politechnika Śląska, Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa Korozja (łać. corrosio zżeranie), jest definiowana jako proces/procesy stopniowej degradacji materiałów, zachodzące pomiędzy ich powierzchnią a otaczającym je środowiskiem. I tak, w zależności od rodzaju materiału, dominujące procesy mają charakter: reakcji chemicznych, procesów elektrochemicznych i mikrobiologicznych oraz fizycznych (np. przemiany fazowe, uszkodzenia radiacyjne, itd.). Pojęcie korozja jest używane w odniesieniu do procesu niszczenia struktury m.in.: metali (tzw. mechanizm elektrochemiczny lub chemiczny); materiałów niemetalicznych (np.: betonu i żelbetu fizykochemiczne, a także chemiczne niszczenie matrycy cementowej i kruszywa oraz elektrochemiczna korozja zbrojenia); drewna budowlanego (np. zgnilizna korozyjna drewna). Termin korozja wiąże się w technice ściśle z pojęciem trwałość. Trwałość w budownictwie definiowana jest jako zdolność zachowania właściwości użytkowych konkretnego materiału, konstrukcji lub budowli przez z góry zaplanowany okres czasu. Cecha ta jest jedną z istotniejszych właściwości technicznych przedmiotowych materiałów i konstrukcji budowlanych. RODZAJE KOROZJI MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH Materiały konstrukcyjne i wykończeniowe stosowane w szeroko pojętym budownictwie mogą ulegać następującym rodzajom korozji [1]: Korozji fizyczne - polegającej na niszczeniu materiału wskutek procesów fizycznych bez udziału reakcji chemicznych. Najbardziej typowym przykładem korozji fizycznej jest rozsadzające działanie wody zamarzającej w przestrzeni porowej np. materiałów kamiennych, betonów, itp. Korozji chemicznej - zachodzącej niemal wyłącznie przy udziale wody jako głównego czynnika, dlatego też zabezpieczenie przed wilgocią i migrującą wodą jest podstawowym środkiem ochronnym. Korozji elektrochemicznej- występującej wtedy, gdy metale lub ich stopy znajdują się w środowisku będącym de facto elektrolitem, a zatem głównie w roztworach wodnych. Korozji fizykochemicznej- bazującej na tym, iż wskutek reakcji chemicznych powstają substancje zwiększające swą objętość podczas procesu krystalizacji, co powoduje z kolei rozsadzanie porowatej struktury m.in. budowlanych materiałów kamiennych i wyrobów ceramicznych. 10 BRUKBIZNES nr

2 Biokorozji - wywoływanej przez jeden rodzaj czynników korodujących - czynniki biotyczne. W przypadku tej korozji najbardziej zagrożone są materiały pochodzenia organicznego (przede wszystkim drewno), ale nie tylko np. grzyby domowe potrafią skorodować także ceramikę i zaprawę budowlaną oraz beton. Zjawisko szeroko pojętej biokorozji mogą powodować np. rośliny, poprzez rozsadzające działanie systemów korzeniowych. Do korozji tej zalicza się także aktywność niektórych drobnoustrojów [2][3], rozwijających się na podłożu nieorganicznym, przez co niszczą one niektóre materiały kamienne oraz wyroby ceramiczne. Pewnego rodzaju biokorozją jest również destrukcyjna działalność zwierząt, szczególnie ptaków. Ich odchody zawierają bowiem mocno szkodliwe substancje chemiczne, takie jak mocznik oraz kwas fosforowy. BRUKBIZNES nr

3 MATERIAŁY POCHODZENIA NIEORGANICZNEGO Do materiałów budowlanych pochodzenia nieorganicznego można zaliczyć m.in. [4]: materiały kamienne; ceramikę budowlaną oraz silikaty; zaprawy budowlane na spoiwach mineralnych (np. zaprawy murarskie i tynkarskie); betony o matrycy cementowej (np. betony żwirowe); betony komórkowe (tzw. piano- i gazobetony); szkło budowlane mineralne. 12 BRUKBIZNES nr

4 Materiały kamienne [1] [4] stosowane w szeroko pojętym budownictwie są wynikiem naturalnego, bądź sztucznego rozdrobnienia skał litych i/lub głazów narzutowych. Kamienne wyroby budowlane służą do: wznoszenia murów (np. kamień łamany, ciosy proste i licowe oraz kształtki, itp.), wykonywania wykładzin poziomych i pionowych (np. płyty okładzinowe zewnętrzne i wewnętrzne, płyty cokołowe zewnętrzne, stopnice i podstopnice), konstruowania poszyć dachowych (np. pokrycia dachowe z łupka kamiennego), kształtowania kon- BRUKBIZNES nr

5 strukcji drogowych (np. kostka brukowa, płyty chodnikowe, krawężniki, słupki graniczne, oporniki). Naturalne materiały kamienne są skałami, które składają się z minerałów jedno- lub różnorodnych. Na kamień naturalny stosowany w budownictwie działają czynniki: fizyczne (woda i zmiany temperatury), chemiczne (agresywne związki chemiczne rozpuszczone w wodzie) oraz biologiczne (np. bakterie i porosty). Betonem kruszywowym określa się kompozyt powstały ze stwardniałej mieszanki, której podstawowymi składnikami są cement i woda, jak również kruszywo o frakcji drobnej i grubej, a także ewentualne domieszki chemiczne i dodatki mineralne [1]. Beton jako powszechnie stosowany materiał budowlany i najczęściej podlegający silnej ekspozycji na warunki atmosferyczne, ulega różnego rodzaju działaniom destrukcyjnym. W szeroko pojętym budownictwie rozróżniamy następujące rodzaje korozji betonu [1][4]: korozja ługująca, korozja ogólno kwasowa, korozja węglanowa, korozja siarczanowa i korozja chlorkowa. CZYNNIKI BIOKORODUJĄCE Czynniki biotyczne, zwane także szkodnikami biotycznymi substancji budowlanej, to w warunkach polskich przede wszystkim: grzyby domowe i pleśniowe, glony i porosty, owady oraz bakterie, a także mszaki (głównie mchy). Grzyby [5] są to organizmy pośrednie pomiędzy roślinami a zwierzętami. Charakteryzują się brakiem chlorofilu, należą do plechowców (Thallophyta) i w odróżnieniu od roślin nie mogą pobierać dwutlenku węgla CO2 z powietrza i syntezować z niego związków organicznych. Z tego powodu żywią się gotowymi substancjami organicznymi. W budownictwie kubaturowym wyróżniamy tzw. grzyby domowe oraz grzyby pleśniowe. Grzyby domowe z uwagi na zdolność zakwaszania środowiska potrafią powodować korozję m.in.: murów i ścian, cegły i pustaków ceramicznych, zaprawy budowlanej i betonu cementowego. Grzyby domowe pobierają pokarm z rozkładanego drewna (lub innej materii organicznej) i zużytkowują go częściowo na budowę nowych związków organicznych oraz swoich komórek, resztę zaś wydzielają w postaci licznych produktów przemiany swej materii, takich jak: woda, dwutlenek węgla, różnorakie kwasy organiczne, itp. Wspomniane związki chemiczne wydzielane są przez strzępki grzybni do otoczenia działając nań szkodliwie. Jeśli w zasięgu ich działania znajdzie się mur bądź też ściana wykonana z elementów ceramicznych łączonych zaprawą wapienną, to w obszarze działania grzybów domowych spoiwo wapienne przestaje wystarczająco scalać ziarna kruszywa budowlanego. Wyroby z betonów cementowych również ulegają powolnej biodegradacji. Glony (Algae) [7] tworzą liczną i urozmaiconą grupę roślin rozwijających się w środowiskach lądowych i wodnych. Podstawowym warunkiem jest, aby środowiska te podlegały stałemu lub okresowemu zawilgoceniu (tzw. aerofity). Ponieważ glony są tzw. organizmami zielonymi (obecność chlorofilu w ich ciele), posiadają zdolność syntezy substancji organicznych. Są znajdywane na elementach kamiennych wbudowanych we współczesne i zabytkowe obiekty budowlane, spotyka się je również na tynkach mineralnych, w miejscach dostępnych dla wody i światła słonecznego. Omawiane glony mogą powodować uszkodzenia mechaniczne murów betonowych, już przez sam fakt ich zasiedlenia. Glony potrafią podczas swego wzrostu poszerzać spękania podłoża na którym bytują, w czym wspomagają je mrozy powodujące zamarzanie we wspomnianych spękaniach wody. Glony wytwarzają również kwasy organiczne, pod wpływem których węglan wapnia - CaCO3 ulega rozpuszczeniu. Porosty (Lichenes) [7] są to organizmy z królestwa grzybów, które dzięki zdolności współżycia (tzw. symbiozy) z glonami asymilującymi uzyskały nowe możliwości życiowe. W porostach grzyb jest organizmem dominującym. Niektóre gatunki porostów występują na skałach granitowych oraz piaskowcowych, jak również na głazach narzutowych, cegle ceramicznej i na elementach betonowych. Porosty, podobnie jak ich pobratymcy glony, przyczyniają się do degradacji zewnętrznych powierzchni tak współczesnych jak i zabytkowych budynków oraz pomników kamiennych. Różne gatunki porostów rosnące na wspomnianym podłożu kamiennym, w funkcji czasu przyczyniają się do jego erozji. W procesie tym biorą udział m.in. takie mechanizmy jak: 14 BRUKBIZNES nr

6 zdolność porostów do silnej adsorbcji wody, która zamarzając w zimie w szczelinach podłoża rozsadza je; mikro uszkodzenia podłoża poprzez jego mechaniczną penetrację plechą; ogromna ilość organicznych kwasów porostowych reagujących z podłożem mineralnym, doprowadzających per saldo do jego korozji chemicznej. Owady (Insecta) [5] to gromada stawonogów. W przyrodzie występuje ponad milion gatunków owadów. W budownictwie mówimy o tzw. technicznych szkodnikach drewna, czyli o owadach i ich larwach żerujących na drewnie budowlanym (tzw. drewno martwe ). Dla materiałów budowlanych pochodzenia nieorganicznego wzmiankowane owady nie stanowią bezpośredniego zagrożenia. Bakterie (Schizomycetae) [7] są to najmniejsze organizmy żywe (ok. 1μm). Mogą rozwijać się na organicznych materiałach budowlanych, takich jak drewno i materiały drewnopochodne (np. płyty wiórowe oraz sklejki), na tkaninach technicznych i wykładzinach podłogowych, na tekturach technicznych i papach, szczególnie w miejscach ich silnego i stałego zawilgocenia. Bakterie powodują wówczas rozkład związków organicznych o charakterze mokrej zgnilizny, z jednoczesnym wydzielaniem substancji o przykrym zapachu, jak również powierzchniową biokorozję materiałów. Ale co ciekawe, bakterie potrafią skorodować również materiały nieorganiczne. Mszaki [7] są to samożywne rośliny lądowe, stanowiące grupę przejściową między plechowcami, a organowcami. Należą niewątpliwie do pionierów świata roślinnego, np. na nagich skalnych powierzchniach w ich zagłębieniach oraz szczelinach osiedlają się najpierw glony, następnie zaś mszaki. Z punktu widzenia zagrożenia ze strony tychże roślin, ważne są m.in. mszaki występujące na wszelkiego rodzaju murach i ścianach oraz na starych pokryciach wykonanych z tzw. dachówek cementowych. Mszaki tworzą darnie, które zatrzymują znaczne ilości wody. Skutkuje to w okresie zimowym tym, iż zamarzająca woda rozsadza podłoże na którym one bytują, doprowadzając ostatecznie do jego destrukcji. Zaschnięte i obumarłe oraz zbrylone fragmenty mszaków mogą skutecznie zablokować rynny i rury spustowe. W tym przypadku podczas obfitych opadów, przelewająca się woda ścieka po ścianach zawilgacając je. Poza tym, mszaki posiadają zdolność do penetrowania niektórych rodzajów kamieni naturalnych swoistymi chwytnikami, przy pomocy których mogą także pobierać wodę z rozpuszczonymi w niej solami mineralnymi. Wiele gatunków mszaków potrafi bytować na podłożu betonowym oraz ceramicznym. W funkcji czasu, prędzej czy później dochodzi do korozji nieorganicznych materiałów budowlanych inicjowanej przez mszaki. Dlatego ich rozwój na obiektach budowlanych jest co najmniej niepożądany i w związku z tym należy je w sposób mechaniczny usuwać. PODSUMOWANIE Biokorozja materiałów kamiennych i betonów, którą inicjują drobnoustroje i porosty oraz mchy, jest najczęściej procesem długotrwałym. Proces ten może trwać całe lata, a nawet dziesięciolecia. Przeciwdziałanie biodegradacji budowlanych konstrukcji wykonanych np. w technologii betonowej jest problemem złożonym. Czynniki wywołujące korozję, praktycznie rzecz ujmując nie występują samoistnie. Są to na ogół zespoły czynników korodujących, które oddziaływają addytywnie, a nawet synergistycznie. LITERATURA [1] Stefańczyk B. i inni: Budownictwo ogólne. Tom 1. Materiały i wyroby budowlane. Arkady. Warszawa, 2005 r. [2] Kozarski P.: Konserwacja domu. Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa. Wrocław, 1997 r. [3] Zyska B.: Mikrobiologiczna korozja materiałów. Wydawnictwa Naukowo Techniczne. Warszawa, 1977 r. [4] Szymański E., Kołakowski J.: Materiały budowlane z technologią betonu. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa, 1986 r. [5] Praca zbiorowa pod redakcją Ważnego J. & Karysia J.: Ochrona budynków przed korozją biologiczną. Arkady. Warszawa, 2001 r. [6] Czajnik M. i inni: Impregnacja i odgrzybianie w budownictwie. Arkady. Warszawa, 1970 r. [7] Zyska B.: Zagrożenia biologiczne w budynku. Arkady. Warszawa, 1999 r. BRUKBIZNES nr