физхим. реферат Хуснутдинова Н 8ЭН02. Реферат по дисциплине Физикохимические основы оценки состояния объектов недвижимости
 Скачать 47.77 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций Реферат по дисциплине «Физико-химические основы оценки состояния объектов недвижимости» на тему: «Биокоррозия бетонов» Выполнил: студент гр. 8ЭН02 Хуснутдинова Н.И. Проверил: к.х.н., доц. каф. ТСМИК Фахрутдинова В.Х. Казань, 2020 Содержание Введение…………………………………….…………………………...….3 Понятие биокоррозии……………………………………………………...4 Бетоны. Общее понятие……………………………………………………6 Биокоррозия бетонов………………………………………………………9 Защита от биокоррозии…………………………………………………...15 Заключение………………………………………………………………..16 Список использованной литературы………………………………….…17 Введение Биокоррозия (от греч. bios - жизнь и позднелат. corrosio - разъедание) ― это разрушение конструкционных материалов и противокоррозионных защитных покрытий под действием присутствующих в среде микроорганизмов. К таким организмам относятся бактерии, морские водоросли, грибки, лишайники, мхи и т.д. В разрушении бетонов распространены и другие виды коррозии, например, химическая и щелочная, однако биологическая коррозия также приносит ощутимый вред, приводит к постепенному снижению эксплуатационной надежности изделий и конструкций в зданиях и сооружениях, требуя значительных затрат на ремонт бетона. Именно поэтому изучение темы биологической коррозии бетонов столь важно в строительной области. Цель работы: изучить биокоррозию бетонов, особенности ее развития и рассмотреть способы защиты от данного вида коррозии. Понятие биокоррозии Биокоррозия (биологическая коррозия) - тип коррозионного разрушения в условиях воздействия микроорганизмов. Продукты жизнедеятельности различных микроорганизмов, которые присутствуют в воде, грунте, интенсифицируют процесс коррозии. Биокоррозию можно рассматривать, как самостоятельный вид разрушения, но чаще всего процессы биологической коррозии протекают параллельно с другими, например, почвенной (грунтовой), морской, атмосферной, коррозией в неэлектролитах, водных растворах. Повреждениям от биокоррозии подвергаются различные подземные конструкции (трубопроводы, резервуары, сваи, метро и т.п.), сооружения и трубопроводы, находящиеся в воде. Биокоррозия – неотъемный спутник нефте- и газопромышленности. Первые догадки о влиянии на процесс коррозионного разрушения биологических организмов появились только в конце ХIХ века. В результате протекания биокоррозии на поверхности металла появляются небольшие углубления (блестящие либо шероховатые), раковины, неровности, которые могут быть заполнены продуктами коррозии. Биокоррозия в большинстве случаев носит язвенный либо питтинговый характер. Чаще всего биокоррозия является локальным разрушением. Виды биологической коррозии(биокоррозии). Биокоррозия подразделяется на бактериальную, микологическую. Иногда разрушение может быть вызвано присутствием в коррозионной среде дрожжей, других микроорганизмов. Все микроорганизмы делятся на аэробные и анаэробные. Аэробные существуют и размножаются только при наличии кислорода. Анаэробным же для нормальной жизнедеятельности кислород не требуется. Среди аэробных микроорганизмов наиболее опасными являются серобактерии и железобактерии (обитают в почве). В природных средах аэробные и анаэробные микроорганизмы существуют совместно. Чаще всего протекает бактериальная биокоррозия. Она же и наиболее разрушительна. Данный вид встречается в воде, почве, топливе при наличии бактерий. Бактерии очень быстро размножаются и легко приспосабливаются к всевозможным условиям окружающей среды. Бактериальная биокоррозия может протекать при рН среды от 1 до 10,5 и температуре (чаще всего) 6 – 40°С при наличии различных органических и неорганических веществ, содержащих кислород, углерод, водород, железо, азот, калий, серу и т.д. Характерными признаками биоповреждений строительных материалов (древесины, камня, бетона, кирпича, связывающих) являются появление цветных пятен; визуально заметный налет (порошкообразный и войлочный); снижение механической прочности материалов; размягчение и раскрашивание материалов. Основными биодеструкторами строительных материалов являются бактерии, мицелиальные грибы, актиномицеты. Бетоны. Общее понятие Бетоны на основе неорганических вяжущих веществ представляют собой искусственные строительные конгломераты, получаемые в результате твердения рациональной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси из вяжущего вещества, воды и заполнителей. Кроме основных компонентов в состав бетонной смеси могут вводиться дополнительные вещества специального назначения. Среди других ИСК бетоны относятся к самым массовым по применению в строительстве вследствие их высокой прочности, надежности и долговечности при работе в конструкциях зданий и сооружений. Кроме высокой прочности, у бетонов на основе неорганических вяжущих веществ имеется много и других достоинств: легкая формуемость бетонной смеси с получением практически любых наперед заданных форм и размеров изделий и конструкций, доступность высокой механизации технологических операций и т. п. Большая экономичность изделий из бетона состоит в том, что для их производства применяют свыше 80% объема местного сырья — песка, щебня, гравия, побочных продуктов промышленности в виде шлака, золы и др. Для бетонов применяются почти все разновидности неорганических вяжущих, соответственно чему бетоны разделяются на цементные, гипсовые, силикатные, шлаковые, специальные (на фосфатных, магнезиальных и других вяжущих). Для них применяются также все разновидности заполнителей, соответственно чему бетоны разделяют на плотные, пористые, специальные. При объединении вяжущих и заполнителей в принятых по составу количествах получают множество технических решений при производстве искусственных строительных конгломератов различного назначения. Если этих двух компонентов окажется недостаточно, тогда вводят дополнительные вещества (добавки). К одному из показателей заданных свойств относится средняя плотность бетона. Величина средней плотности бетона зависит от разновидности заполнителя, а отчасти обусловлена пористостью цементного камня. Особо тяжелые со средней плотностью свыше 2500 получают при заполнителях в виде железной руды, барита, чугунного скрапа, обрезков стали или чугуна. Тяжелые— средней плотности 2200... 2500 получают применением в них в качестве заполнителя щебня из плотных горных пород — гранитов, диабаза, песчаника и др.; облегченные — со средней плотностью 1800... 2200. В легких бетонах со средней плотностью 500 ...2000 кг/м3 используется легкий заполнитель, природный или лскусственный, в том числе пемза, туфы, керамзит, аглопорит, вакулит, а также в них нередко отсутствует песчаная фракция, вследствие чего возникают пустоты между щебнем, а сам бетон именуется крупнопористым легким бетоном. Особо легкие бетоны (теплоизоляционные) со средней плотностью менее 500 кг/м3 характеризуются тем, что функции своеобразного заполнителя в них переданы воздушным или газовым ячейкам. При наибольшей крупности заполнителя до 10 мм — бетоны мелкозернистые, более 10 мм — крупнозернистые. В зависимости от производственного назначения бетоны разделяют на конструкционные, предназначенные для изготовления бетонных и железобетонных внутренних и наружных конструкций промышленных и гражданских зданий и инженерных сооружений (колонны, балки, плиты); гидротехнические — для строительства плотин, шлюзов, облицовки каналов и других гидротехнических сооружений; дорожные — для строительства дорожных и аэродромных оснований и покрытий; специальные — для использования при устройстве жароупорных покрытий, кислотоупорных изделий. Каждой разновидности бетона присущи свои особенности: гидротехнический должен быть предельно плотным, водонепроницаемым, морозостойким, стойким против коррозии, тогда как бетон для жилищного строительства, тем более ограждающих конструкций (стен, перекрытий), должен быть малотеплопроводным, поддерживать и сохранять хорошую звукоизоляцию и пр., а бетоны дорожные должны быть не только морозостойкими, но и устойчивыми к динамическим воздействиям транспортных нагрузок, к истираемости и износу под колесами автомобиля в сложных климатических условиях. Область применения бетона обширна — от строительства атомных электростанций до внутренних отделочных работ. Используют бетон в строительстве жилья, качественного и долговечного дорожного полотна, молов, волнорезов и причалов. Характеристики используемого для различных целей материала существенно разнятся. Например, в строительстве атомных электростанций используют особо тяжелый бетон. 1 м³ этого вещества весит 2,5 т. При строительстве фундаментов многоэтажных домов, а также при изготовлении прочных железобетонных плит используют тяжелый бетон, 1 м³ которого весит от 1,8 до 2,5 т. Легкий бетон, вес которого находится в диапазоне от 0,5 до 1,8 т/м³, используется для изготовления стеновых панелей, блоков и перекрытий. Существует и особо легкий бетон, который предназначен преимущественно для наружной теплоизоляции зданий и сооружений. Его вес не превышает 0,5 т/м³. Биокоррозия бетонов Как известно, множество строительных материалов (бетон, кирпич, дерево и т.д.), потенциально являются благоприятной средой обитания для микроорганизмов (бактерий, грибов, лишайников и т.д.), что оказывает влияние как на прочностные, декоративные свойства материала, так и на срок их службы. Следует отметить, что опасность и интенсивность биологических разрушений и загрязнений различных зданий и сооружений неуклонно возрастает в большей степени для городов, в пределах которых находятся крупные промышленные предприятия. Она усугубляется пренебрежением экологическими нормами при строительстве зданий и сооружений, невыполнением норм при их эксплуатации, а также средой в которой эксплуатируются здания и сооружения. Микроорганизмы-биодеструкторы способны уничтожить буквально любые строительные материалы и конструкции. Биоповреждения минеральных строительных материалов сводятся к нарушению сцепления составляющих компонентов этих материалов в результате воздействия органических кислот микробного происхождения. Бетонные конструкции разрушаются вследствие химических реакций между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. С точки зрения условий развития процессов биологической коррозии, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов, следует различать два основных случая биокоррозии. В первом случае биоорганизмы находятся в непосредственном контакте с наружной или внутренней (для пористых материалов) поверхностью строительной конструкции. В процессе метаболизма они взаимодействуют с материалом, в результате чего снижается прочность или ухудшаются другие эксплуатационные качества материала (происходит повреждение материала и сокращение сроков его службы). Пористая структура бетона способствует вовлечению микроорганизмов в коррозионные процессы. Во втором случае биоорганизмы являются продуцентами веществ, агрессивных по отношению к строительному материалу, но непосредственно со строительной конструкцией не связаны. Коррозионные процессы могут развиваться на расстоянии от места обитания биоорганизмов, вырабатывающих агрессивные вещества. Например, тионовые бактерии, поселяющиеся на поверхности карбонатного слоя бетона, разрушают цементный камень, изменяя рН прилегающей воды за счет образуемой ими кислоты. Бетоны обладают большой поверхностной активностью и способны адсорбировать самые различные вещества, в том числе микроорганизмы. Основными биодеструкторами строительных материалов являются бактерии, мицелиальные грибы, актиномицеты. Степень разрушительного воздействия микроорганизмов определяется многими факторами. Особенностью биокоррозии является то, что степень агрессивности сред в этом случае может проявляться не только непрерывно, но и скачкообразно. Поражение наиболее интенсивно идет при повышенной влажности, относительно высоких температурах, обилии пыли и загрязнений органической природы. Основным фактором, способствующим развитию микроорганизмов на материалах, является вода. Причем влага может вноситься за счет самих микробных клеток, которые содержат ее 80 % и более. Омываемый жидкостью бетон фильтруют воду, а мелкие частицы и микроорганизмы задерживаются на поверхности материала и вступают с ним во взаимодействие. При благоприятных для развития микроорганизмов условиях разрушительные процессы начинаются с переноса их на поверхность изделий, адсорбции, образования и роста микроколоний за счет разрастания гифов и спор, сопровождающегося выделением продуктов метаболизма и коррозионным воздействием. Наиболее активными коррозионными агентами из бактерий являются тионовые и нитрофицирующие, создающие кислые агрессивные среды, а также сульфаторедуцирующие, образующие коррозионно активные метаболиты (NH3, H2S, CO2, органические кислоты). Для мицелиальных грибов характерными метаболитами являются органические кислоты, окислительно-восстановительные и гидролитические ферменты. Продукты жизнедеятельности микроогранизмов 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, сульфат закиси железа, 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 есть особые энзимы - 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 органических материалов - разъедание, снижение веса, изменение окраски, потерю прочности - так называемые вторичные явления. Агрессивной к бетону в случае биокоррозии может быть и углекислота так как в результате биохимических процессов происходит обогащение раствора (воды) углекислотой. Вода, в которой  ,  и  находятся в равновесном состоянии, не способна растворять карбонатную пленку, т.е. по отношению к цементному камню она не агрессивна. Увеличение СО2 сверх равновесного создает условия для растворения карбонатной пленки, т.е. вода приобретает агрессивные свойства по отношению к цементному камню бетона. Т.е. чем больше агрессивной Н2СО3, тем выше кислотные свойства раствора и скорость коррозии.При контакте с поверхностью бетона воды, содержащей углекислоту, будет нейтрализовываться гидрооксид кальция с образованием карбоната кальция, а затем новые количества углекислоты будут растворять и вновь образовывающийся гидрооксид кальция, и существовавший в поверхностном слое – как результат карбонизации цементного камня углекислотой воздуха. Таким образом, бетон на обычных цементах подвержен действию любой кислоты, но агрессивность кислот зависит от концентрации и от растворимости их кальциевых солей, так как образующая в процессе коррозии пленка продуктов коррозии будет по разному тормозить процесс коррозии, создавая препятствие проникновению (диффузии) кислоты вглубь бетона. Отличия и особенности протекания биокоррозии цементных бетонов в сравнении с другими видами коррозионных процессов. Из раздела химической кинетики известно, что повышение температуры среды вызывает ускорение химической реакции. При биокоррозии повышение температуры среды может приводить как к ускорению, так и замедлению или прекращению разрушения материала. Высокие температуры убивают многие микроорганизмы, а соответственно и источники продуцирования агрессивных сред. Убивают микроорганизмы, а соответственно способствуют уменьшению биокоррозии ультрафиолетовые лучи, радиоактивные излучения в больших дозах, ультразвук. Микроорганизмы в отличие от других сред могут стимулировать коррозию в широких интервалах температур и относительной влажности. Они могут создать местные условия, например, локально повышать влажность, температуру, что ускоряет коррозию материала. Обычная химически активная среда такими свойствами не обладает. Кроме того, микроорганизмы способны образовывать специальные формы – споры, цисты, силероции которые могут оставаться невредимыми в жестких условиях эксплуатации. Они сохраняются десятки лет в высушенном состоянии при высоких температурах. Некоторые споры могут выдерживать длительное кипячение. Затем при попадании в другие условия они развиваются и приводят к разрушению материала. Ничего подобного не происходит при действии других сред, окружающих бетоны. Стоит отметить еще ряд отличительных признаков биокоррозии. К одному из них можно отнести синергизм разрушения на последней ее стадии, что является результатом воздействия ряда факторов, взаимно стимулирующих процесс деструкции, а также развития биоценоза. Другой особенностью биокоррозии является ее избирательность к материалу и возможность адаптации микроорганизмов в случае его совершенствования. Появление защищенных от биокоррозии цементных бетонов ускоряет эволюцию микроорганизмов. Они совершенствуют свой аппарат по выработке ферментов и усиливают агрессивность продуктов метаболизма, в результате чего защита материала также должна с течением времени совершенствоваться. Нельзя не отметить особенность микробиологических трансформаций по сравнению с химическими реакциями и процессами. Трансформации осуществляются, как правило, действием нескольких ферментов. В результате жизнедеятельности микроорганизмов продуцируется сочетание агрессивных сред (например, органических кислот). Грибы на загрязненных цементных материалах могут образовывать биоценозы, т.е. сообщества разных видов грибов или совместно с бактериями. Известно, что эти сообщества оказывают на цементные материалы более разрушительное действие, чем каждый вид в отдельности. Процесс разрушения цементного бетона может начинаться с поселением специфических для данного материала микроорганизмов с соответствующими ферментами и продуктами метаболизма. С течением времени эти микроорганизмы могут сменяться другими, более приспособленными, для которых пищей могут служить продукты жизнедеятельности начальных микроорганизмов. И наконец, наступает очередь микроорганизмов, которые питаясь загрязнениями и продуктами жизнедеятельности других видов, продуцируют агрессивные среды, приводящие к быстрому разрушению. То есть микроорганизмы создают условия для отбора агрессивных сред. Защита от биокоррозии Как уже было описано выше, коррозия ведет к постепенному снижению несущей способности конструкций и ухудшению эксплуатационных качеств сооружений и зданий в целом. В любом случае предотвратить возникновение коррозии гораздо легче, чем бороться с ее последствиями. Поскольку биологическая коррозия развивается в условиях повышенной влажности, эффективными средствами профилактики для защиты материала являются его надежная гидроизоляция с помощью: пропитки природными или синтетическими смолами, окраске, оклейке рулонными материалами, защитной штукатурке, облицовки. Также широко используемыми способами борьбы с биокоррозией являются обработка поверхности конструкций хлорсодержащими составами, озоном высокой концентрации в газообразной форме, в виде водного раствора или аэрозоля или анодным гелем, получаемым при электродном разложении воды постоянным электрическим током. В штукатурных составах применяются пентахлорфенолят натрия, цетазол и трилан. Для защиты бетонных полов используются медный порошок, оксихлорид магния и формалин. Если все же конструкция подверглась воздействию микроорганизмов необходимо удалить поврежденный слой материала. Просушить конструкцию и обработать поверхность дезинфицирующим составом не менее чем в два приема и после этого вновь ее оштукатурить. Заключение Биологическая коррозия - прямое или косвенное воздействие низших форм живых организмов, влияющих на внешний вид или технические свойства бетона (снижение механической прочности материалов). Бетонные сооружения разрушаются вследствие химических реакций между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Поражение наиболее интенсивно идет при повышенной влажности, относительно высоких температурах, обилии пыли. Приведенные в работе отличительные признаки, которые характеризуют действие микроорганизмов на цементные бетоны, позволяют сделать вывод, что биокоррозия является самостоятельным, особым видом коррозии. Выделение биокоррозии цементных бетонов в особый отдельный вид определяет и особые меры защиты материала. Список использованной литературы Ерофеев В.Т., Федорцов А.П., Богатов А.Д., Федорцов В.А. БИОКОРРОЗИЯ ЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ, ОСОБЕННОСТИ ЕЕ РАЗВИТИЯ, ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-4. – С. 708-716; Мудрук А. С, Гончаренко П. В. Коррозия и вопросы конструирования.— К.: Техника, 1984. [Электронный ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/Бетон (дата обращения: 29.04.2020); [Электронный ресурс] http://moimozg.ru/biologicheskaya-korroziya-betona/ (дата обращения: 30.04.2020) [Электронный ресурс] https://www.freepapers.ru/104/biologicheskaya-korroziya/225472.1523400.list2.html (дата обращения: 30.04.2020) |