Попихина Е.А., Трепова Е.С., Хазова С.С. Защита строительных материалов от биоповреждения // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. Вып. 2. С. 178–187. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.2.178-187

ВВЕДЕНИЕ

Очаги биологических повреждений строительных и отделочных материалов при эксплуатации зданий и сооружений возникают из-за протечек кровли, проникновения влаги через ограждающие конструкции, нарастания культурного слоя вокруг фундаментов и стен, нарушения гидроизоляции, некачественных водостоков и отмостков, выведения из строя вентиляционных каналов и дренажных систем [1–3]. Таким зданиям необходим биологический контроль и анализ поверхности строительных материалов [4–6], поскольку микроскопические грибы, обладая разнообразными типами метаболизма, способны развиваться на поверхности большинства материалов и резко ухудшать их эксплуатационные характеристики [7–10].

Кроме диагностики биологической коррозии, одним из процессов санации служит обработка конструкций биоцидным препаратом и производство отделочных работ с использованием антисептиков [11, 12]. Своевременное начало работ по устранению источника влаги, а также грамотный подбор эффективных биоцидов — залог успешных результатов по ликвидации биоповреждения [13].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В данной работе исследовали 10 образцов кирпичной кладки и облицовки наружных стен промышленного здания, регулярно подвергающегося поступлению грунтовых вод и скоплению влаги на горизонтальных поверхностях крыш после сильных дождей. Образцы отбирали на участках с твердыми налетами, которые предположительно являлись структурами биологического характера.

Зараженность определяли высевом суспензии, приготовленной из расчета 1 г материала на 100 мл дистиллированной воды, на твердую питательную среду Чапека-Докса в чашках Петри (метод Коха). Суспензию равномерно распределяли шпателем Дригальского по поверхности. Инкубирование проводили в термостате при температуре 29±2 °С. Через 7–9 суток осуществляли подсчет выросших колоний и пересчитывали на количество микроорганизмов в 1 г исследуемого материала. Содержание жизнеспособных микроорганизмов менее 1000 КОЕ/ г материала считается удовлетворительным [14]. Для качественной оценки зараженности использовали метод прямого высева образцов на поверхность питательной среды Чапека-Докса.

Идентификацию выделенных микромицетов выполняли на основе их морфолого-культуральных особенностей с помощью микроскопа Leica, при- меняя определители отечественных и зарубежных авторов [15–20]. Наименования таксонов представлены в соответствии с электронной базой данных в области микологической номенклатуры Index Fungorum.

Одна из активно использующихся и хорошо зарекомендовавших себя групп биоцидов в настоящее время — это препараты, в состав которых входят производные на основе изотиазола, сочетающие хорошие биоцидные свойства с относительной малой токсичностью [21, 22]. Среди представленных на рынке марок препаратов, содержащих в качестве основного действующего агента изотиазол или его производные, наиболее известны, легкодоступны следующие: Санатекс Универсал (ООО «Тиккурила»), Macrosept (Tury Valo), Rocima GT (Dow Chemical Company), Rocima 243 (Dow Chemical Company), Neomid 440 Eco (ООО «Неохим»), средство от плесени концентрат Neomid Home Series 1:1 (ООО «Неохим»). Препараты Санатекс Универсал, Macrosept, Neomid 440 Eco и Neomid Home Series исследовали в концентрациях, рекомендованных соответствующими производителями. Концентрации препаратов группы Rocima выбирали из практического опыта их использования для обработки строительных конструкций, ввиду отсутствия рекомендаций производителя.

Для выявления устойчивости микроскопических грибов, выделенных из исследуемых строительных материалов, к биоцидным препаратам применяли диско-диффузионный метод [23] в модификации определения фунгицидного действия (ГОСТ 9.050-75. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Методы лабораторных испытаний на устойчивость к воздействию плесневых грибов. М., 1975. 7 с. ) На поверхность твердой питательной среды ЧапекаДокса в чашках Петри наносили суспензию спор микромицетов с концентрацией 0,2 млн спор/мл, затем на поверхность зараженной среды помещали диски фильтровальной бумаги, пропитанные биоцидами в соответствующих концентрациях. Инкубировали в течение 14 суток при температуре 29±2 °С, после чего проводили измерение зоны угнетения роста грибов (зона ингибирования), которую определяли как среднее расстояние от края образца до границы роста микромицетов. В качестве контроля чистоты эксперимента использовались не обработанные препаратами бумажные диски.

Эффективность обработки биоцидными препаратами, проявившими способность угнетать развитие микромицетов, выделенных ранее из поврежденных строительных материалов, контролировали при помощи бакпечаток RIDA®STAMP YM-P со стерильной питательной средой, пригодной для роста дрожжей и грибов. Пробы отбирали как до, так и после нанесения антисептика на поверхность ограждающей конструкции при помощи распылителя. Инкубирование проводили при температуре 29±2 °С в течение 2–5 суток, после чего устанавливали количество выросших колоний на поверхности питательной среды в бакпечатке и пересчитывалип олученное значение на КОЕ/дм2 поверхности.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Обследовали образцы кирпичной кладки, красочного слоя и обшивки здания, на поверхности которых обнаружены налеты черного цвета (рис. 1), также отбирали пробы с участков поверхности строительных конструкций около основания здания, на которых были видны повреждения в виде отслоения, растрескивания и вспучивания красочного слоя.

Рис. 1. Примеры поврежденных участков обследуемых конструкций
Рис. 1. Примеры поврежденных участков обследуемых конструкций

Согласно СП 28.13330.2017 (защита строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды), наружным строительным конструкциям и отделочным материалам здания присвоена I степень биоповреждения — поверхностный плесневый налет без видимого повреждения.

С целью обнаружения в пробе грибной биоты соскобы строительного материала, снятые с участков с видимыми налетами, подвергали микроскопированию: для этого их предварительно выдерживали 10 минут в 1%-ном растворе гидроксида натрия и подкрашивали метиленовым синим для увеличения контрастности структур. В большинстве анализируемых проб в значительном количестве присутствовали шаровидные темноокрашенные споры 4–4,5 мкм в диаметре (рис. 2).

Рис. 2. Споры грибов, обнаруженные при микроскопировании черных налетов (400x)
Рис. 2. Споры грибов, обнаруженные при микроскопировании черных налетов (400x)

При определении зараженности материалов строительных конструкций здания высевом суспензии по методу Коха через семь суток культивирования в чашках Петри наблюдался активный рост микроорганизмов, что свидетельствует об их жизнеспособности. Результаты микробиологического анализа образцов представлены в табл. 1.

Табл. 1. Зараженность образцов строительных материалов, КОЕ/г
Табл. 1. Зараженность образцов строительных материалов, КОЕ/г

Количество жизнеспособных микроорганизмов, обнаруженное в образцах строительных конструкций и материалов здания, превышало допустимое значение в 12–287 раз и свидетельствовало об активном протекании процесса биодеструкции. Количество бактерий превышало количество грибов в среднем в 38 раз, что косвенно свидетельствует о высокой влажности конструкций. Количество микромицетов в восьми из десяти проб превышало нормативные значения в 1,5–11 раз, а в пробе № 5 — в 114 раз (табл. 1).

Из образцов строительных материалов выделены микромицеты 23 видов, относящиеся к 12 родам: Acremonium rutilum W. Gams, Alternaria alternata (Fr.) Keissl, Alternaria consortialis (Thüm.) J.W. Groves & S. Hughes, Backusella lamprospora (Lendn.) Benny & R.K. Benj., Aspergillus flavus Link, Aspergillus niger Tiegh., Chaetomium globosum Kunze, Fusarium sporotrichioides Sherb., Mucor plumbeus Bonord., Penicillium aurantiogriseum Dierckx, Penicillium chrysogenum Thom, Penicillium commune Thom, Penicillium granulatum Bainier, Penicillium lanosum Westling, Penicillium oxalicum Currie & Thom, Penicillium purpurogenum Stoll, Penicillium roqueforti Thom, Penicillium solitum Westling, Sarocladium strictum (W. Gams) Summerb., Talaromyces funiculosus (Thom) Samson, Talaromyces ruber (Stoll) N. Yilmaz, Houbraken, Frisvad & Samson, Rhizopus stolonifer (Ehrenb.) Vuill., Trichoderma viride Pers.

Таксономическая структура приведена в табл. 2. Выделенные микромицеты относились к двум отделам: Mucoromycetes и Ascomycota. Отдел Ascomycota являлся лидирующим и насчитывал 88 % всего видового богатства микромицетов. Наибольшим видовым богатством отличался класс Eurotiomycetes, доля представителей от общего числа видов в отделе Ascomycota составляла 67 %.

Среднее число родов в составе семейства — 1,7. Коэффициент средней видовой насыщенности рода составил 2,0. Лидером в спектре видового богатства является род Penicillium: количество его представителей — 31 %. Представителей рода Aspergillus — 25 %, доля остальных родов варьировалась от 5 до 13 % всего видового богатства (рис. 3).

Рис. 3. Доля родов микромицетов (%) строительных материалов
Рис. 3. Доля родов микромицетов (%) строительных материалов

Среди контаминантов строительных материалов обследованного здания обнаружены семь видов, относящиеся к категориям «агрессивные» и «очень агрессивные» биодеструкторы различных материалов согласно СП 28.13330.2017: Alternaria alternata, Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Chaetomium globosum, Penicillium chrysogenum, Penicillium oxalicum и Trichoderma viride. Доминирующий вид на данном объекте — A. niger с частотой встречаемости 80. Виды микромицетов A. alternata, Fusarium sporotrichiella и Penicillium aurantiogriseum отнесены к часто встречающимся видам с частотой встречаемости — 30. Остальные виды охарактеризовали как редкие с частотой встречаемости менее 20.

Отбор биоцидных препаратов проводили диско-диффузионным методом, который технологически прост и дает хорошо воспроизводимые результаты. В качестве тест-культур использовали агрессивные и очень агрессивные штаммы микромицетов, выделенные из зараженных материалов кирпичной кладки и облицовки.

Тестирование биоцидных препаратов показало полное отсутствие развития микромицетов в чашках Петри с бумажными дисками, обработанными препаратами Neomid 440 Eco и Rocima 243. Диффузия в агаризованную среду препаратов Rocima GT, Санатекс Универсал и Macrosept происходила в меньшей степени, и следовательно, зона ингибирования роста менее выражена: от 15 до 25 мм (табл. 3). Средство от плесени Neomid Home Series не оказало никакого ингибирующего действия на развитие грибов: зона ингибирования отсутствовала, наблюдался рост на всей поверхности бумажного образца. Контрольные образцы без обработки антисептиком также покрыты спороносящим мицелием грибов, и зона задержки их роста отсутствовала.

Таким образом, диско-диффузионный метод дал возможность отобрать пять биоцидных препаратов, обладающих биоцидным действием по отношению к агрессивным и очень агрессивным микромицетам-биодеструкторам для последующего тестирования эффективности: Санатекс Универсал, Macrosept, Rocima GT, Rocima 243 и Neomid 440 Eco. Для продолжения испытаний были выбраны образцы кирпича (№ 5, табл. 1) и обшивки (№ 10, табл. 1), отобранные на участках с твердыми налетами и содержащие максимальное количество микромицетов. Образцы обрабатывали растворами биоцидов при помощи распылителя, высушивали, после чего определяли содержание микроорганизмов в обработанных образцах по методу Коха.

Использование биоцидов в большинстве случаев приводило либо к полному элиминированию присутствующих в материалах микромицетов (при использовании препаратов Neomid 440 Eco и Rocima GT), либо к снижению их количества ниже минимально допустимой нормы в 1000 КОЕ/г (табл. 4). В то же время после обработки всеми испытываемыми биоцидами из образцов обоих строительных материалов выделены бактерии в количестве от 4,0 · 102 до 1,0 · 107 КОЕ/г (табл. 4), что в некоторых случаях превышало начальное количество бактерий. Подобный результат можно объяснить развитием бактерий в отсутствии микромицетов, подавленных действием биоцидов, обладающих только фунгицидным действием.

Выделенный из образцов кирпича и наружной обшивки здания вид Aspergillus niger обладал устойчивостью к препаратам Санатекс Универсал и Rocima 243, вид Aspergillus flavus устойчив к препарату Санатекс Универсал, вид Chaetomium globosum обладал устойчивостью к препарату Macrosept.

На заключительном этапе оценивали эффективность работы препаратов Санатекс Универсал, Macrosept, Rocima GT, Rocima 243 и Neomid 440 Eco на локальных поверхностях поврежденных ограждающих конструкций с отслоением краски, осыпанием штукатурки и наличием налетов предположительно биологического происхождения. Стены обрабатывали согласно указаниям СП 28.13330.2017, распыляя биоцид на поверхность, высушивали и отбирали пробы при помощи бакпечаток и высевом суспензии по методу Коха. Количество микроорганизмов на поверхности стены после обработки антисептиками значительно снизилось и не превышало нормативных значений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Из образцов строительных материалов (кирпича и отделочных материалов) выделены микроскопические грибы, некоторые из них относятся к категориям «агрессивные» и «очень агрессивные» биодеструкторы: Alternaria alternata, Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Chaetomium globosum, Penicillium chrysogenum, Penicillium oxalicum и Trichoderma viride. Наиболее устойчивыми к биоцидным препаратам оказались виды A. flavus, A. niger, Ch. globosum.

В результате испытаний для дезинфекционной обработки поврежденных строительных материалов подобраны эффективные антисептики по отношению к микромицетам, выделенным с обследуемого объекта: Санатекс Универсал и Macrosept в концентрации 100 %, Rocima GT в 20%-ной концентрации и препараты Rocima 243 и Neomid 440 Eco в концентрации 10 %.

При обработке объектов следует обратить внимание на то, что ни один из исследуемых антисептиков не подавлял бактериальный рост.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

  1. You S., Li W., Ye T., Hu F., Zheng W. Study on moisture condensation on the interior surface of buildings in high humidity climate // Building and Environment. 2017. Vol. 125. Pp. 39–48. DOI: 10.1016/j. buildenv.2017.08.041
  2. Lee H.H., Oh H.R., Lim J.H., Song S.Y. Evaluation of the thermal environment for condensation and mold problem diagnosis around built-in furniture in korean apartment buildings during summer and winter // Energy Procedia. 2016. Vol. 96. Pp. 601–612. DOI: 10.1016/j.egypro.2016.09.108
  3. Улыбин А.В., Старцев С.А., Зубков С.В. Контроль влажности при обследовании каменных конструкций // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 7 (42). С. 32–39. DOI: 10.5862/MCE.42.5
  4. Gámez E., Bellotti N., Deya C., Cabello M. Mycological studies as a tool to improve the control of building materials biodeterioration // Journal of Building Engineering. 2020. Vol. 32. DOI: 10.1016/j. jobe.2020.101738
  5. Sequeira S.O., Coutinho M.L., Lima J.C., Phillips A.J.L., Macedo M.F., Cabrita E.J. 4-MUF-NAG for fungal biomass determination: scope and limitations in the context of biodeterioration studies // Journal of Cultural Heritage. 2016. Vol. 22. Pp. 992–998. DOI: 10.1016/j.culher.2016.06.002
  6. Guerra F.L., Lopes W., Cazarolli J., Lobato M., Masuero A.B., Dal Molin D.D. et al. Biodeterioration of mortar coating in historical buildings: Microclimatic characterization, material, and fungal community // Building and Environment. 2019. Vol. 155. Pp. 195–209. DOI: 10.1016/J.BUILDENV.2019.03.017
  7. Nielsen K.F., Holm G., Uttrup L. P., Nielsen P.A. Mould growth on building materials under low water activities. Influence of humidity and temperature on fungal growth and secondary metabolism // International Biodeterioration & Biodegradation. 2004. Vol. 54. Issue 4. Pp. 325–336. DOI: 10.1016/j.ibiod.2004.05.002
  8. Udawattha C., Galkanda H., Ariyarathne I.S., Jayasinghe G.Y., Halwatura R. Mold growth and moss growth on tropical walls // Building and Environment. 2018. Vol. 137. Pp. 268–279. DOI: 10.1016/j.buildenv.2018.04.018
  9. Stefanowski B.K., Curling S.F., Ormondroyd G.A. A rapid screening method to determine the susceptibility of bio-based construction and insulation products to mould growth // International Biodeterioration & Biodegradation. 2017. Vol. 116. Pp. 124–132. DOI: 10.1016/j.ibiod.2016.10.025
  10. Cuzman O.A., Tapete D., Fratini F., Mazzei B., Riminesi C., Tiano P. Assessing and facing the biodeteriogenic presence developed in the Roman Catacombs of Santi Marco, Marcelliano e Damaso, Italy // European Journal of Science and Theology. 2014. Vol. 10. Issue 3. Pp. 185–197.
  11. Li T., Hu Y., Zhang B. Evaluation of efficiency of six biocides against microorganisms commonly found on Feilaifeng Limestone, China // Journal of Cultural Heritage. 2019. Vol. 43. Pp. 45–50. DOI: 10.1016/j. culher.2019.11.006
  12. Favero-Longo S.E., Brigadeci F., Segimiro A., Voyron S., Cardinali M., Girlanda M. et al. Biocide efficacy and consolidant effect on the mycoflora of historical stuccos in indoor environment // Journal of Cultural Heritage. 2018. Vol. 34. Pp. 33–42. DOI: 10.1016/j. culher.2018.03.017
  13. Pfendlera S., Borderiea F., Boustab F., AlaouSossea L., Alaoui-Sossea B., Aleyaa L. Comparison of biocides, allelopathic substances and UV-C as treatments for biofilm proliferation on heritage monuments // Journal of Cultural Heritage. 2018. Vol. 33. Pp. 117–124. DOI: 10.1016/j.culher.2018.03.016
  14. Попихина Е., Хазова С. Инструкция по отбору микробиологических проб с поверхностей в хранилищах // Лабораторные методики и технологические инструкции по практической консервации документов. 2019. С. 73–79.
  15. Егорова Л.Н. Почвенные грибы Дальнего Востока: Гифомицеты. Л. : Наука, 1986. 191 с.
  16. Литвинов М.А. Определитель микроскопических почвенных грибов: (порядок Moniliales, за исключением подсемейства Aspergilleae). Л. : Наука, 1967. 304 с.
  17. Raper K.B., Thom C. A manual of the Penicillia. Baltimore : The Williams &Wilkins Company, 1949.
  18. Rifai M.A. A revision of the genus Trichoderma // Mycological Papers. 1969. Vol. 116. Pp. 1–56.
  19. Thom C., Raper K.B. A manual of the Aspergilli. Baltimore : The Williams &Wilkins Company, 1945.
  20. Domsch K.H., Gams W., Anderson T.H. Compendium of soil fungi, 2nd. taxonomically revised edition by W. Gams. Eching : IHW-Verlag, 2007. 627 p.
  21. Maienfisch P., Edmunds A.J.F. Thiazole and Isothiazole Ring–Containing Compounds in Crop Protection // Advances in Heterocyclic Chemistry. 2017. Vol. 121. Pp. 35–88. DOI: 10.1016/bs. aihch.2016.04.010
  22. Ram V.J., Sethi A., Nath M., Pratap R. The Chemistry of Heterocycles. Elsevier ; Amsterdam, 2019. DOI: 10.1016/C2015-0-05990-1
  23. Поздеев О.К. Медицинская микробиология : учеб. для студ. мед. вузов. М. : ГЭОТАР Медицина, 1998. 764 с.

Об авторах

Елена Анатольевна Попихина — ведущий специалист по обеспечению сохранности документов НИЛ Федерального центра консервации библиотечных фондов; Российская национальная библиотека (РНБ); 191069, г. Санкт-Петербург, ул. Садовая, д. 18; РИНЦ ID: 903424; popikhina@mail.ru;

Екатерина Сергеевна Трепова — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НИЛ Федерального центра консервации библиотечных фондов; Российская национальная библиотека (РНБ); 191069, г. Санкт-Петербург, ул. Садовая, д. 18; РИНЦ ID: 903430; k.trepova@gmail.com;

Светлана Сергеевна Хазова — научный сотрудник НИЛ Федерального центра консервации библиотечных фондов; Российская национальная библиотека (РНБ); 191069, г. Санкт-Петербург, ул. Садовая, д. 18; РИНЦ ID: 903388; seti_77@mail.ru.