Способы защиты материалов от биоповреждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОПОВРЕЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Биоповреждения - эколого-технологическая проблема

1.2 Понятие биоповреждения строительных материалов

2. ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ БИОПОВРЕЖДЕНИЙ

2.1 Микроорганизмы

2.2 Насекомые - разрушители материалов

2.3 Грызуны - разрушители материалов, изделий, сооружений

2.4 Биоповреждения в водных средах

3. СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ ОТ БИОПОВРЕЖДЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Строительные материалы могут ухудшать экологическую ситуацию в зданиях и сооружениях не только при выделении токсичных и радиоактивных веществ, но и способствуя росту микроорганизмов и других представителей биоты (сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи; в состав биоты входят как представители клеточных организмов (растения, животные, грибы, бактерии и пр.), так и бесклеточные организмы (например, вирусы).

В настоящее время важной экологической проблемой является биоповреждение микроскопическими грибами промышленных и строительных материалов и сооружений, в частности в городской среде. В XXI веке в городах будет проживать не менее 90% населения планеты и находиться внутри городских зданий около 95% своего времени. Это означает, что для сохранения здоровья человечества необходимо обеспечить высокое качество внутренней среды городских построек. Микроскопические грибы резко ухудшают эксплуатационные характеристики тех материалов, на которых растут, вызывая биоповреждения и биоразрушения последних. Крайним проявлением такого ухудшения в отношении бетонных элементов является их частичное или полное обрушение. С другой стороны, микромицеты (грибообразные организмы микроскопических размеров) способны вызывать микогенные аллергии, микозы, микотоксикозы, вероятность возникновения которых значительно возрастает в среде с высоким содержанием этих организмов.

В связи с вышесказанным представляется необходимым контролировать развитие микромицетов внутри зданий с целью поддержания их численности на безопасном для человека уровне, а также изыскивать эффективные способы предотвращения процесса биповреждений строительных материалов, из которых возведены эти здания. В настоящее время экологическим аспектам биодеградации микроорганизмами материалов и сооружений в городской среде уделяется все большее внимание. Во многих городах России уже созданы местные программы по защите городской среды от биоповреждений. Для осуществления таких программ необходимы сведения о концентрации, закономерностях распределения микромицетов в воздухе и на материалах, о видовом многообразии деструкторов в зданиях различного назначения, об экологических, физиологических, биохимических особенностях микодеструкторов (в частности и тех, которые определяют их медицинскую значимость). Выявленные закономерности далее должны использоваться при разработке защитных мероприятий как при создании и применении новых рецептур строительных материалов, устойчивых к микологическому воздействию, так и при строительстве, эксплуатации и ремонте зданий.

Однако работ, сочетающих все указанные аспекты, очень мало. Кроме того, до последнего времени изучение микобиоты построек в нашей стране проводилось в основном на промышленных объектах. Фактическая база в отношении микромицетов, обитающих в гражданских зданиях, только формируется. Положение осложняется отсутствием в России единых норм содержания КОЕ микромицетов в воздушной среде, единой системы контроля за микологической обстановкой. Особенно мало сведений о биоповреждении микромицетами бетонов наиболее распространенных материалов современного домостроения.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОПОВРЕЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Биоповреждения - эколого-технологическая проблема

Для борьбы с различными биоповреждающими агентами и защиты от них человечество использует различные методы - химические, механические и т.д. Средства разные, но подходы в сущности были одинаковые: обнаружил биоповреждающее действие - защищайся, нет биоповреждающего действия - живи спокойно. Такая стратегия, направленная на то, чтобы защититься от уже возникших неприятных ситуаций, ликвидировать их последствия, с давних времен была основной в борьбе с биоповреждениями. Она является основной и в настоящее время. Она защищала материалы и изделия в прошлом, она защищает их теперь. Но мы все отчетливее ощущаем недостатки подобной системы и вынуждены все чаще задумываться о ее модернизации. В самом деле, «сиюминутная» стратегия имеет ряд крупных недостатков.

Во-первых, она не обеспечивает прогнозирования и не способна предусмотреть защиту от биоповреждений в условиях завтрашнего дня; она, собственно, и не ставит таких задач ни перед учеными, ни перед практиками. А такая задача очень важна: одни изделия работают годы, другие - десятки лет, третьи, как, например, архивные ценности, мы просто обязаны хранить столетиями. Что ждет изделия завтра, об этом ученые и практики должны думать сейчас. В химическую структуру создаваемых полимеров должны вноситься элементы, обеспечивающие материалу биоцидные свойства, способные защищать материал от живых организмов долгие годы. Пропитывая древесину, мы должны думать о завтрашнем дне, о ее сохранности на долгие годы вперед.

Во-вторых, подобная стратегия не учитывает взаимодействия живых организмов - биоповреждающих агентов между собой. Между тем, биоповреждающее действие сплошь и рядом является результатом атак не одного вида, а многих, принадлежащих к разным, подчас далеким систематическим группам. Днища кораблей обрастают моллюсками, ракообразными, водорослями. Древесину поражают многие виды грибов и насекомых, шерстяные изделия портят несколько видов молей, с самолетами сталкиваются чайки, врановые, голуби и т.д. Биоповреждающие действия - это суммарный эффект их соединенных усилий, и этот эффект зависит от состава участников и их взаимоотношений между собой. И конечно, от этого зависят те меры защиты, которые мы должны применять.

В-третьих, «сиюминутная» стратегия не учитывает связей живого организма - биоповреждающего агента с окружающей средой. Заметим, что это обстоятельстве существенно влияет на биоповреждающий эффект и средства защиты, которые против него применяют. В одних условиях защищают одни средства, в других- иные. В различных условиях биоповреждающее действие на один и тот же материал оказывают разные виды. Степень биоповреждающего действия зависит от окружающих условий. Не учитывать этого обстоятельства не может ни практик, ни ученый.

В-четвертых, стратегия, направленная на решение узких конкретных задач, не предусматривает общих экономико-статистических оценок биоповреждающего действия и защиты от него в масштабах страны и не может обеспечить получение таких оценок. А без этого трудно разрабатывать меры защиты, оценивать их эффективность, давать рекомендации различным отраслям народного хозяйства. [3]

Следовательно, если говорить кратко, разработка эффективных мер защиты от биоповреждений требует комплексных подходов как в научно-исследовательской работе, так и в проводимых практических мероприятиях. На какой основе мы должны вырабатывать такие комплексные подходы, которые объединят бесконечное разнообразие ситуаций, связанных с биоповреждениями?

Попробуем взглянуть на проблему биоповреждений с обще экологической точки зрения. В широком смысле биоповреждения - реакция окружающей среды, биосферы на то новое, что вносит в нее человек. Создаваемые человеком материалы и изделия включаются в естественные биоценозы, становятся их функционирующей частью, вовлекаются в естественные процессы, протекающие в биосфере. В некоторых случаях биосферная роль материалов и изделий настолько активна, что они группируют вокруг себя новые, искусственные сообщества, становятся их важнейшим звеном. В этом случае биоповреждающее действие будет усиливаться или ослабляться в зависимости от того, какие партнеры по сообществу с ними взаимодействуют и их окружают. «Единицей» биоповреждающего действия становится не один вид, а целое сообщество, сформировавшееся вокруг этого вида.

Человек заинтересован в том, чтобы созданные им новые материалы и изделия в определенных экологических условиях работали, не подвергаясь нападению живых организмов, а затем, отработав, разрушались с их помощью. Образно говоря, задача сводится к тому, чтобы материалы и изделия обладали экологическим «иммунитетом» по отношению к живым организмам, который определял бы оптимальный для человека регламент их существования. Таким образом, во всех ситуациях, связанных с биоповреждениями, взаимодействуют два начала. Одно из них - живой организм и окружающая среда, в которой он живет и в которой существует объект его нападения - мишень, представленная творениями рук человека и олицетворяющая собой второе начало. Это дает нам основание считать проблему биоповреждений эколого-технологической проблемой, изучающей взаимоотношения, взаимодействия двух компонентов - экологического и технологического - прежде всего с точки зрения их значения для хозяйственной деятельности и существования человека в окружающей среде. Признание этого обстоятельства означает важный шаг в решении проблемы.

Основная стратегия борьбы с биоповреждениями сегодня - локальная защита материалов и изделий, решение конкретных «сиюминутных» задач. В соответствии с этим на первых этапах проблема развивалась по отдельным узким направлениям, почти не связанным между собой. Жизнь показала неправильность таких подходов, поставила вопрос о комплексировании, взаимодействии. В настоящее время между отдельными направлениями налаживаются связи, складывается ядро участников. Ученые и практики обсуждают круг основных задач, терминологию. Проблема приобретает свое лицо как самостоятельная область, возникшая на стыке различных наук и отраслей хозяйства. Контакт биологических, химических и технических партнеров имеет особое значение в решении проблемы биоповреждений. От них пришли сюда идеи и методы. Они поставляли кадры, успешно работающие в области защиты от биоповреждений. Сегодня они активно участвуют в инвентаризации биоповреждений и в решении других задач.

Инвентаризация биоповреждающих агентов, повреждаемых ими материалов, и изделий имеет огромное значение. Каталог биоповреждений, включающий живые организмы, повреждаемые объекты, а также методы защиты, необходим для разработки программ по прогнозированию и перспективным мероприятиям, для создания новых материалов с биоцидными свойствами. За весь предшествующий период сделаны только первые шаги в выявлении биоповреждений, их каталогизации. Это объясняется не только разнообразием живых организмов, нападающих на материалы и изделия, но и тем, что круг организмов - биоповреждающих агентов - все расширяется. Появляются новые материалы и изделия, и биосфера использует новые средства и формы защиты. В этом смысле задача каталогизации является «вечной» и в то же время она должна решаться сегодня. Важным этапом этой работы должна стать классификация биоповреждений. Классификация определит направления дальнейших поисков, позволит прогнозировать хозяйственные ситуации, связанные с биоповреждениями. [6]

На пути создания классификации мы встречаем немало трудностей. Первой из них является незавершенность инвентаризации. На сегодняшний день наши знания о биоповреждениях напоминают сложную мозаику «конфликтных» взаимоотношений живых организмов, материалов и изделий в условиях почвы, водной и наземной сред. Оценка и анализ хозяйственных ситуаций, связанных с биоповреждениями, не могут осуществляться путем перебора всех ячеек мозаики - это делает задачу классификации невыполнимой, по крайней мере, в обозримое время. В проявлении биоповреждающих свойств в различных группах животных, растений и микроорганизмов, различных классах материалов и изделий, в их взаимоотношениях друг с другом следует искать сходные, параллельные черты, познание которых может послужить основой для классификации.

Изучая живые организмы как Биоповреждающие агенты, мы должны учитывать, - что эти организмы в естественных биоценозах имеют свои природные мишени, «защищённые» самой природой. Взаимоотношения организмов с объектами их нападения в природных условиях могут подсказать новые подходы к разработке классификации биоповреждающих явлений и новые способы защиты от биоповреждений.

Проблема биоповреждений ни в теоретическом отношении, ни практически не может решаться вне обще экологических и технологических программ, направленных на защиту окружающей среды от загрязнений. Используя живые организмы, мы очищаем планету от старых отработавших свой срок материалов и изделий. Защищая действующие нужные нам материалы и изделия от биоповреждений с помощью химических средств защиты, мы в то же время в какой-то степени загрязняем этими средствами окружающую среду. Процессы биоповреждения действующих материалов и биоразрушения отработавших протекают в одних и тех же экологических условиях, и наша задача заключается в том, чтобы защититься от одних и поставить на службу человеку другие. [2]

1.2 Понятие биоповреждения строительных материалов

В литературе приводятся многочисленные данные о биологическом разрушении грибками поливинилхлоридного линолеума, а также о повреждениях теплоизоляционных материалов на минеральной основе с полимерными органическими наполнителями. Разбуханию, вспучиванию и другим повреждениям подвергаются не только естественные, но и синтетические строительные материалы. Некоторые микроорганизмы, например, мицелиальные грибки, не в состоянии сразу проникнуть в плотную и пористую структуру цементных компонентов. Однако в условиях экологически загрязненной среды отмечена их значительная обрастаемость грибками.

Биоповреждения, вызванные различными микроорганизмами, значительно ухудшают не только товарный вид, но и физико-механические свойства материалов, а также негативно влияют на микроклимат в помещениях.

В отличие от микроскопических грибов и других микроорганизмов воздействие бактерий внешне может не проявляться, однако влияние их на физические свойства и химический состав не менее значителен, что может приводить к развитию биокоррозии. Биокоррозионному разрушению подвержены металлы, бетон, древесина, полимерные материалы с низкой биостойкостью пластификаторов, и т.д. На поверхности корродируемого материала (металлические и неметаллические конструкции) под воздействием продуктов метаболизма микробов, а именно различных органических и неорганических кислот, СО2, Н2S и NH3, происходят электрохимические реакции, и строительный материал деградирует, вплоть до полного разрушения. [3]

Выделяют два вида биокоррозии: анаэробную, которая протекает без доступа кислорода и аэробную (в присутствии кислорода). Тионовые бактерии в аэробных условиях могут вызывать коррозию подземных сооружений. Железобактерии нередко выводят из строя систему стальных дренажных труб, закупоривая отверстия микробными клетками и образующимися оксидами железа. Сульфатовосстанавливающие бактерии коррозируют металлические конструкции в сырых помещениях.

Принято считать, что основную роль в разрушении строительных минеральных материалов играют автотрофные бактерии, которые способны получать необходимую энергию при окислении или восстановлении таких элементов и соединений, как сера, азот, железо, различные органические кислоты.

На основании анализа и обобщения накопленного опыта была выдвинута эколого-технологическая концепция биоповреждений, согласно которой биоповреждения рассматриваются как реакция окружающей среды, биосферы на то новое, что вносит в нее деятельность человека. Строительные материалы и изделия, подвергаемые «нападению» микроорганизмов, рассматриваются как составная часть естественных биоценозов, вовлекаемых в общий круговорот веществ.

Механизм биоповреждений весьма сложен. Микроорганизмы могут непосредственно разрушать материал конструкций, но чаще они стимулируют процессы биоповреждений. Классификация процессов биоповреждений по видам, механизму и условиям их протекания представлена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация процессов биоповреждений

Классификация биоповреждений построена с учётом биофакторов и подверженных их воздействию объектов. На основании накопленного фактического материала за основу можно взять среду обитания, биофактор или повреждаемые материалы.

По среде обитания следует различать биоповреждения в почве, грунте, в водной среде, в органических средах, например продуктах нефтепереработки, в наземной (воздушной) среде, в космосе.

По биофакторам различают:

а) воздействие микроорганизмов (простейшие, грибы, бактерии, лишайники. Все микроорганизмы относят к прокариотам (бактерии) и эукариотам (грибы, простейшие). Лишайники обычно состоят из водорослей и грибов):

1) Биокоррозия подразделяется на бактериальную (в водных средах, при наличии особого вида бактерий в почве, воде, топливе) и грибную (в атмосферных условиях, при контакте с почвой, при увлажнении поверхности, наличии загрязнений, спор и мицелия грибов).

2) Значительные эффекты разрушения материала в результате сочетания процессов с разными механизмами могут привести к внезапным отказамтехники, находящейся в эксплуатации.

3) Повреждения в водных средах, в том числе при воздействии обрастателей, разрушение железобетонных сооружений, заглубленных в почву, при воздействии грибов, бактерий и других микроорганизмов.

б) воздействие макроорганизмов (растения, животные с клеточным, органным и системным уровнями организации (беспозвоночные и хордовые):

1) По механизму процесса, можно рассматривать биоповреждения как физическое, биохимические.

2) По поврежденным материалам различают действие: на кирпич, камень, здания, сооружения, стекло, силикаты, оптику, дорожные покрытия, древесину и изделия из нее, металл, металлоизделия, полимеры, резину, нефть, нефтепродукты, бумагу, документы, фото, книги, музейные коллекции, краски, клей, кожи, шерсть, одежду, обувь, радио- и электрооборудование. [4]

Эколого-технологической эта проблема названа потому, что в биодеструктивном процессе всегда взаимодействуют два начала: с одной стороны, живой организм (или его сообщество), с другой - абиотический компонент, т.е. строительные материалы, изделия и конструкции.

2. ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ БИОПОВРЕЖДЕНИЙ

2.1 Микроорганизмы

Благодаря широкому распространению в природе, разнообразному набору ферментов микроорганизмы способны использовать для питания и местообитания различные субстраты, вызывая разного рода их разрушения или приводя их в состояние негодности. Такими субстратами могут быть промышленные изделия, деловая древесина и постройки из нее, топливо, смазочные масла и другие нефтепродукты, музейные ценности, книги, документы и всевозможные изделия из бумаги, оптическое стекло и многое другое. Например, по данным литовских ученых, наблюдается постоянное развитие грибов на деталях телевизоров, изготовленных из фенопласта, смолы капроновой, на некоторых покрытиях и красителях и прочих материалах. Повреждающими агентами могут быть грибы, особенно микроскопические, бактерии, отчасти водоросли и лишайники, иногда высшие растения. Грибы - наиболее активные и наиболее частые виновники биоповреждений, поэтому основное внимание в данном разделе мы уделим этим организмам.

Воздействие микробов на изделия и материалы может быть прямым и косвенным. При прямом воздействии весь материал или его составная часть, используемая микробами в качестве источника энергии и необходимых для него питательных веществ, приходят в негодное состояние. Например, гриб Cladosporium rcsi-пае использует углеводороды продуктов переработки нефти в качестве единственных источников углерода. От этого портятся нефтепродукты, а скопление сгустков мгшслня в путях подачи топлива в моторы может быть причиной аварии самолетов. О случаях аварий самолетов, связанных с развитием в реактивном топливе микроорганизмов, сообщают американские ученые. Кроме того, этот гриб при развитии на нефтяных маслах образует органические кислоты (винную, щавелевую), которые вызывают коррозию резервуаров для хранения топлива и являются субстратом для вторичной микрофлоры, довершающей разрушение нефтепродуктов. [2]

Большинство грибов, вызывающих повреждения, - сапротрофы, встречающиеся в природе на различных субстратах (в почве, органических остатках, в воде) и оттуда переходящие на материалы и изделия. Свойство ассимилировать углеводороды (парафин, дизельное топливо) широко распространено у мукоровых, пенициллов, аспергиллов и фузарнев, обычно живущих в почве или в других местах, как сапротрофы. Это указывает на то, что все подобные грибы при попадании на нефтепродукты могут быть причиной их повреждений. Однако не всегда материалы и изделия заражаются извне. Некоторые грибы, повреждающие древесину, начинают свою разрушительную деятельность, поселяясь сначала на живых деревьях, а затем продолжают ее уже на мертвой древесине и на различных изделиях из нее. Группа грибов, называемых домовыми, не живет на живой древесине, а разрушает деревянные постройки или деревянные конструкции зданий. Шпалы чаще всего разрушает так называемый шпальный гриб, известны грибы, преимущественно развивающиеся на столбах и заборах. [3]

На некоторых субстратах сложился постоянный состав повреждающих их микроорганизмов, причем часто наблюдается довольно хорошо выраженная последовательность заселения ими того или иного материала или изделия. Сначала поселяются наиболее специфичные для данного субстрата микроорганизмы, обладающие coответствующими ферментами и начинающие процесс разрушения. Затем их сменяет - группа микробов, использующих уже начинающий разрушаться субстрат, и наконец, наступает очередь организмов, живущих уже на полностью разрушенных материалах. Таким образом, материалы (особенно уже давно используемые человеком) представляют собой экологическую нишу обычно с постоянным составом и уже сложившейся сменяемостью поселяющихся на них микроорганизмов.

Лишайники, в основном корковые, растут на наружных стенах соборов и церквей, в местах скопления влаги. Водоросли, чаще хлорококковые, встречаются на освещенных и увлажненных участках монументальной живописи. Наиболее сильно от воздействия микроорганизмов, в основном плесневых грибов, страдают произведения изобразительного и прикладного искусства. Микроскопические грибы поражают станковую и монументальную живопись, текстильные художественные ткани, изделия из дерева, кожи, кости, перламутра, керамики. В Италии в результате наводнения отмечалось обильное развитие грибов на фресках и иконах. В музеях Индии плесневые грибы поселялись на изделиях из кожи и текстиля. Наиболее часто на произведениях искусства встречаются грибы из родов Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Cephalosporium.

Развитие микроорганизмов на материалах и - изделиях приводит к ухудшению их физико-химических и эксплуатационных свойств, поэтому повышение биостойкости материалов и изделий, а также защита их разными способами - задача первостепенной важности, особенно в свете необходимости улучшения их качеств. [1]

2.2 Насекомые - разрушители материалов

Красочный мир насекомых поражает богатством и разнообразием форм, а по численности видов и обилию населения он не имеет равных среди животных. Насекомые присутствуют во всех географических зонах Земли от северных полярных островов до антарктического побережья, достигая наибольшей численности в тропическом поясе. Они заселили всевозможные водоемы, почву, травянистую и древесную растительность, сожительствуют с разнообразными животными и проникают в жилище человека. В тайге и степи, в пустыне и на болоте, в поле и на лугу, в городе н селе - всюду обитают эти шестиногие существа.

Пищевые связи насекомых столь многообразны, что в природе трудно найти какой-либо субстрат, растение или животное, которые бы в той или иной степени не подвергались нападению насекомых. Вместе с тем в каждом конкретном случае пищевая специализация отдельных видов более или менее узко определена, и питание их может быть приурочено не только к определенным видам растений, но и к отдельным органам н тканям. Так, среди растительноядных насекомых - фитофагов можно выделить короедов, лубоедов, заболонников и дровосеков. Все они относятся к стволовым вредителям, но повреждают разные ткани дерева.

Листья, составляющие основную массу зеленого царства растений, подвергаются нападению особенно многих насекомых. Среди них встречаются такие прожорливые, как саранча, колорадский жук, гусеницы многих бабочек, которые полностью уничтожают листву и часто губят посевы культурных растений. Некоторые мелкие гусеницы, не способные целиком сгрызать весь лист, выедают мягкие его ткани, лишая растение способности к фотосинтезу. Тли, червецы, щитовки высасывают соки растений, а галообразователи, воздействуя на их ткани, вызывают причудливые разрастания и изменение биохимического состава.

Однако человек не может вести себя нейтрально по отношению ко всем насекомым, часть которых давно стала его злейшим врагом. Практические потребности вызвали необходимость развития как общей энтомологии - науки о насекомых, так и ее прикладных направлений - сельскохозяйственной, лесной и медицинской энтомологии. В поле зрения последней находятся многочисленные кровососущие насекомые, которые, в массе нападая на человека, не только причиняют ему беспокойство, резко снижают производительность труда, но и могут быть переносчиками опасных заболеваний.

В лесном хозяйстве вред от насекомых особенно остро проявляется в периоды вспышек массового размножения вредителей, которые приводят к полному оголению лесов «и часто сопровождаются пожарами и размножением вторичных» вредителей. В итоге гибнут большие лесные массивы. Чтобы предотвратить огромные потери леса, приходится прибегать к массовой авиахимической обработке, которая имеет многочисленные отрицательные побочные следствия, уничтожая полезную фауну и загрязняя ядохимикатами большие территории, в том числе и водоемы. В последние годы на смену химическим обработкам все чаще приходят биологические методы борьбы с помощью либо самих насекомых, паразитирующих на вредителях, либо специфических микроорганизмов, поражающих только определенные виды вредных насекомых. [5]

С древнейших времен человек окружал себя различными вещами - орудиями труда, предметами быта, строил жилища, шил одежду и обувь. Для этого использовались прежде всего природные растительные и животные материалы. Естественно, вслед за этими материалами в дома и другие постройки двинулись насекомые из окружающей природы. В течение последнего века количество п разнообразие вещей, которыми пользуется человек в быту и на производстве, увеличились в сотни и тысячи раз. Соответственно возросло и экономическое значение повреждении их биологическими агентами, среди которых немалая роль принадлежит насекомым.

Только на территории нашей страны зарегистрировано более 200 видов насекомых, способных повреждать различные материалы и изделия. Конечно, не все они в одинаковой степени опасны; проявляют себя наиболее часто п причиняют особенно значительный ущерб примерно 80 видов. Большинство из них относится к двум крупнейшим отрядам и включает около 50 видов жуков и более 20 видов бабочек. Остальные единичные виды вредителей представляют отряды термитов, сеноедов, перепончатокрылых и щетинохвосток.

Наиболее тесная связь насекомых наблюдается с материалами растительного и животного происхождения, которым они причиняют пищевые повреждения. Круг растительных материалов и изделий, которые страдают от насекомых, довольно широк. В него входят древесина всех пород в виде бревен, досок и других строительных материалов; мебель, изделия из древесины, луба, пробки, соломы, хлопка, льна; продукты переработки древесины: бумага, картон, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, фанера и ряд других. Из материалов животного происхождения насекомые повреждают шерсть, кожу, меха, волос, щетину, пух, перо и всевозможные изделия из этих продуктов. Часто важным стимулирующим фактором для насекомых является наличие в изделиях мучного или костного клея, способствующею наиболее интенсивному повреждению.

Кроме пищевых повреждений, которые часто приводят к полному уничтожению материала, насекомые иногда могут портить и несъедобные для них изделия. Если пищевой субстрат насекомые активно разыскивают и часто размножаются в нем в больших количествах, то непищевые повреждения носят обычно случайный характер и чаще появляются там, где в элементы конструкций или изделий входят также природные органические материалы. При миграциях для окукливания или в поисках пищи насекомые могут повреждать самые разнообразные материалы. Среди них искусственные, синтетические и стеклянные ткани, синтетические пленки, электроизоляционные материалы, резина, многие пластмассы, тепло- и звукоизоляционные материалы и даже свинец. [2]

Случайные повреждения изделий и материалов обычно не достигают такого масштаба, как пищевые, да и степень уничтожения материала при этом бывает значительно меньше. Обычно насекомые проделывают а несъедобном материале отдельные отверстия или выгрызают в нем немногочисленные полости. Однако, как показывает практика, и такие повреждения могут быть весьма опасны для ряда сложных радиоэлектронных установок и дорогого оборудования, где даже незначительные нарушения изоляции электрических цепей способны вывести из строя всю систему.

При развитии насекомые не только уничтожают материал, но и загрязняют его экскрементами, личиночными шкурками, паутиной, увеличивая тем самым размеры вреда. Мелкие личинки молей и кожеедов могут причинять особый ущерб, проникая внутрь точных приборов. Оплетая их детали паутиной и даже ничего не поедая, они приводят ответственные приборы в нерабочее состояние. Известны случаи гибели самолетов из-за разрушения молью фетровых прокладок в точных приборах.

Жуки-точильщики. Известно около 20 видов, вредящих постройкам, мебели, музейным экспонатам и другим изделиям из древесины. Личинки этих жуков развиваются во внутренних частях деревянных деталей, часто превращая их в труху, а снаружи видны лишь довольно мелкие круглые летные отверстия, через которые взрослые жуки покидают изделие.

Материалы неорганического происхождения больше всего повреждаются кожеедами из рода дерместес. Очень часто их личинки выгрызают многочисленные ходы в стенах каменных и деревянных построек, разрушают всевозможные звуко- и теплоизоляционные материалы. Неоднократно отмечались повреждения кожеедами различных тканей, пленок, асбеста, особенно если они пропитаны какими-нибудь веществами растительного или животного происхождения, например, костным клеем. Неоднократно отмечались также повреждений мебели, тары, различных упаковочных материалов. По данным зарубежных авторов, кожееды являются одними из серьезных разрушителей кабелей. Их личинки легко прогрызают свинцовую оболочку кабеля и могут полностью вывести его из строя. биоповреждение строительный материал сооружение

Минимальные сроки, за которые кожееды могут повредить те или иные материалы, зависят от их прочности, времени года, биологических особенностей вредителя и других условий. Практически можно считать, что для существенных повреждений материалов животного происхождения (кожа, клей и др.) необходимо не менее двух педель. Повреждение других материалов, которыми кожееды непосредственно не питаются, может наблюдаться не ранее чем через месяц после контакта этих вредителей с объектом.

В природе кожееды размножаются в птичьих гнездах, в норах грызунов, на павших животных. Жуки разлетаются на довольно большие расстояния и могут залетать в помещения через окна. Поэтому для предотвращения размножения кожеедов большое значение имеют санитарно-гигиенические мероприятия, поддержание чистоты в помещениях и на прилегающей территории, регулярные осмотры кожевенного сырья и другой продукции, подверженной нападению этих вредителей, применение репеллентов типа нафталина и паради хлорбензола. В случае обнаружения кожеедов следует немедленно их уничтожать с помощью инсектицидов. Наилучшие результаты дает фумигация бромистым метилом. [1]

К непищевым относятся повреждения материалов при строительстве гусеницами паутинных ходов и личиночных чехликов, стенки которых они инкрустируют отгрызенными кусочками материалов, а также при миграциях, вызванных поисками пищи или подходящих мест для окукливания, если повреждаемый материал служит препятствием для их движения. Голодные гусеницы могут повреждать такие непищевые, но доступные их челюстям материалы, как бумага, картон, ткани хлопчатобумажные, льняные и синтетические, пленки полнин-нилхлоридную и полиэтиленовую, изоляцию телефонных проводов и др.

Распространены моли повсеместно, в разных местах меняется лишь набор их видов. За Исключением платяной моли, которая постоянно связана c человеком, они обитают в гнездах птиц, в норах грызунов, на падали. Из природных очагов моли легко переходят на различные пригодные для их питания материалы в жилых и хозяйственных помещениях.

Платяная моль - космополит, она проникает за человеком даже в места, крайне неблагоприятные для жизни в открытой природе, и, как правило, встречается лишь в постройках человека, где при непрерывном развитии в зависимости от температуры дает 2-7 поколений в год. Вредная деятельность молей в отапливаемых помещениях может продолжаться круглый год, в не отапливаемых - при температуре выше 15 °С.

Термиты. Термиты - теплолюбивые общественные насекомые. Они живут большими семьями в земляных или древесных гнездах и широко распространены в странах с сухим и влажным тропическим климатом. Южные районы пашей страны захватывают лишь небольшую часть ареала этих насекомых, на которой известно всего семь видов термитов.

Вред, причиняемый термитами в странах с тропическим климатом, настолько велик и многообразен, что иногда этих насекомых относят к всеядным. На самом же деле термиты питаются в основном мертвой древесиной и травой. Естественно поэтому, что наибольшую опасность они представляют для деревянных конструкций и материалов, содержащих клетчатку. Размножаясь в больших количествах, термиты приводят в полную негодность деревянные жилые дома, промышленные и гидротехнические сооружения, разрушают железнодорожные шпалы и столбы линий связи. Термиты охотно поедают бумагу, картон, хлопчатобумажные и льняные ткани. Материалы животного происхождения в меньшей степени привлекают термитов. Однако кожа, войлок, шерстяные ткани довольно сильно повреждаются термитами и, вероятно, частично могут использоваться ими в качестве дополнительного источника пищи. [3]

Обладая весьма крепкими и сильными челюстями, термиты могут повреждать и многие несъедобные для них материалы. Они выгрызают глубокие ходы и камеры в ряде минеральных строительных материалов (сырцовый кирпич, глина, гипс, известь), существенно изменяя внутреннюю структуру материала и прочность конструкции. Сильно повреждаются фибролитовые и арболитовые плиты, рыхлые теплоизоляционные материалы, ткани из стеклянного волокна, в том числе электроизоляционные лакоткани. Из металлов заметный ущерб термиты могут причинять алюминиевой фольге и свинцу.

Синтетические материалы также не всегда устойчивы к воздействию термитов. Они прогрызают всевозможные пленки, искусственные кожи, ткани и другие изделия. В некоторых пенопластах термиты выгрызают обширные полости и заселяют их. Также легко они повреждают пористые резины.

Особую заботу вызывают повреждения термитами кабельных изделий. Топкие обмоточные провода термиты могут перекусывать, вызывая обрыв электрической цепи. С более толстых монтажных проводов термиты счищают изоляцию из пластмассы, лаков, бумаги, хлопчатобумажной пряжи, шелка и стекловолокна; насквозь прогрызают свинцовую оболочку кабелей. Забираясь внутрь различных механизмов и аппаратов, термиты натаскивают туда землю и прикрепляют ее к различным деталям. При этом они не только загрязняют систему, но могут изменять ее электрические параметры, мешать взаимодействию отдельных ее узлов.

Скрытная деятельность термитов сильно затрудняет выявление причиненного ими вреда. В жилых домах он часто обнаруживается уже на такой стадии, когда проваливаются половые доски и перекрытия. В результате нападения термитов редко полностью разрушаются целые поселки деревянных и глинобитных домов. Сильнейшее землетрясение 1948 года в Ашхабаде обнажило огромную разрушительную работу, проделанную термитами, в результате которой прочность большинства зданий была значительно ослаблена.

Защите промышленных материалов и изделий первым из европейских государств стала придавать серьезное значение Германия в период второй мировой войны, когда значительно пострадало от термитов военное снаряжение се войск в Африке. Но в то время потери ограничились интендантским хозяйством и повреждениями.

В мирные дни жертвами термитов становятся не только современные постройки, но и знаменитые памятники древнего зодчества. В Хиве в музее под открытым небом значительному разрушению подверглись резные деревянные колонны, двери и потолки старинных мечетей и других зданий. В начале 60-х годов в хранилище древних книг и рукописей библиотеки иранского парламента (меджлиса) были погублены термитами многие древние произведения.

Интерес к термитам в последние годы усилился в связи с расширением поставок промышленного оборудования и других товаров в тропические страны. При этом защита от термитов стала неотъемлемой частью «тропикализации» материалов, т.е. повышения их устойчивости К воздействию всего комплекса разрушающих факторов, действующих в странах с тропическим климатом.

Точного учета потерь от термитов и расходов на компенсацию их вреда нет ни в одной стране. Наиболее подробные подсчеты проведены в США, где термиты не очень многочисленны и не представлены агрессивными тропическими видами.

2.3 Грызуны - разрушители материалов, изделий, сооружений

Грызуны (Rodentia), наиболее многочисленный отряд класса млекопитающих (2800 видов из 5400), отличаются не только разнообразием, но и высокой численностью, а также активностью. Они широко распространены по земному шару, а в нашей стране заселяют все районы и зоны от жарких пустынь Средней Азии до тундр и островов Ледовитого океана, поднимаясь и горы до высоты 4,5 тыс. м над уровнем моря.

Название отряда дано за специфическое строение челюстного аппарата: сильно развитые резцы имеют долотообразную форму и постоянно растут.

Освоение человеком новых территорий, строительство железных дорог, гидротехнических сооружений, разработка полезных ископаемых и т.д. изменяют условия существования и приводят к тому, что местные виды грызунов заселяют сооружения человека, становясь частичными или условными синантропами. В Якутии, например, в населенных пунктах, где отсутствует домовая мышь, в роли синантропных грызунов выступают сибирская красная и узкочерепная полевки, а также полевка-экономка. Они заселяют жилые и надворные постройки, держатся в них круглый год, размножаясь в жилых постройках и зимой. Серый хомячок на юге встречается в жилищах человека и хозяйственных постройках. В таких городах, как Ашхабад, Фрунзе, Ереван, он заселяет многоэтажные дома до самых чердаков, обитая совместно с домовой мышью, иногда превосходя ее по численности. [5]

Добираясь до пищи, грызуны повреждают тару (упаковку), прогрызают отверстия в полу или стенах амбаров, складов, зернохранилищ. Кроме продуктов питания, грызуны портят на складах ткани, меха, обувь и другие предметы. Отмечались повреждения крысами водопроводных труб из свинца, трубок из алюминия и др. Повреждения несъедобных предметов носят обычно случайный характер и вызваны необходимостью преодоления преград на пути к пище, воде, убежищу. Иногда повреждения обусловливаются исследовательским поведением. Некоторые материалы грызуны используют для устройства гнезд. В жилых помещениях и других постройках грызуны делают гнезда из бумаги, тряпок, паты. В экспериментах крысы и другие грызуны использовали в качестве гнездового материала пенопласт, куски резиновых и поливинилхлоридных изоляционных материалов, куски тонкой проволоки и т.п.

Значительный ущерб грызуны наносят, повреждая кабели и провода, что приводит к авариям, нарушению движения поездов, связи, пожарам и человеческим жертвам. В Японии из-за повреждения кабеля и узлов автоматической световой сигнализации на железной дороге не раз нарушалось движение электропоездов. Повреждение кабеля ЭВМ домовыми мышами в Центральном банке Буэнос Айреса привело к приостановке. некоторых операций на бирже и банках города. В иранском городе Ахваз крысы Очень сильно повредили линии связи в подземных коммуникациях. В течение нескольких дней во многих учреждениях и жилых домах не работали телефоны. Боясь крыс, работники отказывались ремонтировать кабель в подземных коллекторах.

Экспериментально показано, что грызуны могут повреждать кабели и провода, находящиеся под напряжением, без особого вреда для себя. Американские грызуны гоферы (Geomys), известные как вредители сельского хозяйства и материалов, повреждали электрический провод с напряжением 700 В и не погибали. О причинах повреждений кабелей грызунами известно немного. Полагают, что зверьков может привлекать разрытая при прокладке кабеля земля; возможно, они иногда грызут кабель, как и другие твердые предметы, для затачивания резцов или грызут его, когда он является препятствием их передвижению.

Передки повреждения, связанные с роющей деятельностью грызунов. Поселяясь по берегам каналов за облицовочными плитами, в плотинах и дамбах, грызуны роют поры в насыпях, прокладывая ходы часто ниже уровня воды. Это способствует усилению фильтрации воды и может вызвать разрушение насыпей, прорыв плотин и даже наводнения. Серьезный вред ирригационным сооружениям в Западной Европе причиняет ондатра. В нашей стране оросительным системам вредят также пластинчатозубая крыса и песчанки.

Повреждения материалов, сырья и изделий грызунами происходят в различных условиях, и немалую роль здесь играет элемент случайности. Это свидетельствует о том, что среди грызунов нет специализированных вредителей материалов, по практически все виды грызунов потенциально опасны в этом отношении. Повреждения имеют «непищевой характер» и являются результатом грызущей и роющей деятельности, когда возникает необходимость преодоления преград на пути к пище, воде, убежищу и т.п., или могут быть результатами исследовательского поведения животных.

Повреждения кабелей грызунами влекут за собой подчас серьезные аварии. Поэтому максимум внимания во всех странах мира уделяют вопросам их защиты. Химический способ защиты заключается во введении в пластмассовые или резиновые оболочки проводов и кабелей веществ, обладающих отпугивающим действием, либо предлагают этими веществами покрывать оболочки снаружи. Одни из перспективных репеллентов - упомянутые выше R-55 и ВЮ=МеТ|2.

Механические способы защиты предусматривают кабели, бронированные стальной или медной лентой или оплеткой из стальных оцинкованных проволок. Японские ученые для защиты проложенных в земле силовых ц коммуникационных кабелей предлагают помещать их в желоба, засыпанные плотным сыпучим материалом. Для предотвращения доступа грызунов в щель, образованную кабелеукладчиком, применяют устройство, уплотняющее слой земли над кабелем. Поскольку грызунов привлекает разрытая земля, необходимо после прокладки кабеля заравнивать поверхность почвы.

2.4 Биоповреждения в водных средах

Морское обрастание. Морскую воду по праву можно называть живой потому, что она переполнена живыми существами и их зародышами. 68 из 70 классов животных живут в море. Каждый погрузившийся в воду предмет сразу атакуют оседающие зародыши морских микроорганизмов, водорослей, животных как место поселения и перехвата из толщи вод кислорода и пищи. Начинается обрастание этого предмета организмами обрастателями. При хорошем доступе пищи, тепла и кислорода создаваемая телами, постройками и выделениями обрастателей корка оброста быстро растет. На еще живой или отмерший нижний слой организмов-обрастателей из толщи вод оседают все новые и новые зародыши. Отмершие и слабые становятся добычей подвижных трупоедов и хищников. Идет сукцессия - подавление и замещение одних видов другими. Развивается, стареет и изменяется по возрасту и по сезонам сообщество организмов - биоценоз обрастателей. В изменении его состава участвуют как сами обрастатели, так и подвижные пришельцы - обитатели оброста. [6]

Постройка островов и естественных защитных волноломов (например, Барьерного рифа Австралии), укрепление берегов, создание прочного камня - ракушечника и строительного известняка - не единственная польза от обрастателей. Беспозвоночные животные-обрастатели - мощнейшие фильтраторы и седнментаторы - очистители вод. Из всех обитателей моря именно они в наибольшей мере осветляют взмученную в шторм или потоками с гор морскую воду, переводя мутевые взвеси в донный ил, который добывают во многих странах со дна мелководий и используют как превосходное удобрение. Они же очищают воду и от отбросов, и от болезнетворных микробов. Многие обрастатели изымают из нее и обезвреживают избытки токсических и вредных органических и неорганических веществ, накапливая их в своих телах и переводя в донные отложения. Водоросли-обрастатели завершают биологическое самоочищение вод, насыщая их кислородом.

Каждый вносимый в воду предмет позволяет осевшим на него организмам-обрастателям перехватывать из мимо протекающих вод растворенные и взвешенные вещества и пищевые частицы. Отбросы их жизнедеятельности также легко уносятся прочь. Поэтому темпы роста организмов-обрастателей нередко на порядок выше темпов роста тех же видов в донных сообществах (бентосе), где водообмен слабее, а воды благодаря жизнедеятельности организмов-соседей, беднее пищей и кислородом и богаче вредными отбросами.

Ущерб от обрастания огромен. Это потеря 20-42% скорости судов, засорение, перегрев и преждевременный износ систем и двигателей, потеря хода, вибрация, кавитация' и коррозия винта. Обрастают даже сетчатые стенки садков для рыб. Оброет корпусов судов и буев, свай, эстакад и вышек усиливает в несколько раз разрушительное воздействие ударов волн. Обрастание подводных приборов искажает их показания и выводит приборы из строя. Практически все обрастатели способствуют коррозии: своим присутствием создают дифференциальную аэрацию, воздействуют выделениями, некоторые разрушают защитные от коррозии покрытия. Кроме обрастания и биокоррозии, организмы могут вызвать засорение водоводов, защитных решеток гидросооружений и т.п. Здесь важны и обрастатели, и подвижные обитатели оброста, и даже планктсры (выход из строя водозаборов при нагоне ветром медуз).

В проектах водных сооружений необходимо предусматривать возможность эксплуатационных условий, благоприятствующих не только местным, но и чужеродным организмам, постоянно заносимым при транспортных и акклиматизационных перевозках в новые места. На местах вселения обычны вспышки размножения. В Каспии вселенные акклиматнзанты (червь-нереис и двустворка-синдеемня) и завезенные судами (водо-росль-рнзосолення, двустворка-митиластер, баланусы, мшанки, червь-мерцнерелла, крабик-рнтропанопеус) намного превзошли по численности и биомассе коренных обрастателей и, несколько потеснив их, стали наиболее массовыми организмами.

Организмы разрушают в море не только дерево, но камень и бетон.

Значительные разрушения камней и дна могут выбывать и раки. Так, в Новой Зеландии морские мокрииысферомы сильно источили грунт, основания волноломов и молов, вызвав оползни в одном из портов.

Меры защиты от повреждения камнеточцами должны и каждом случае исходить из особенностей экологии вида, выявленного в качестве разрушителя.

3. СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ ОТ БИОПОВРЕЖДЕНИЯ

На сегодняшнем этапе развития наук наиболее приемлемыми считаются химические средства защиты. В качестве указанных: средств применяют:

- фунгициды для защиты от различных видов грибков, повреждающих строительные материалы;

- бактерициды для защиты от различных видов бактерий;

- альгициды и моллюскоциды для защиты от обрастания в водной среде соответственно водорослями и моллюсками трубопроводов, гидротехнических сооружений, систем водоснабжения и др.;

- инсектициды для защиты древесины, полимерных и других материалов от древоточцев, термитов и других насекомых.

Вещества и препараты, используемые для химической защиты от биоповреждений, называют биоцидами.

Исследованиями установлено, что одним из основных способов подавления обрастания строительных материалов микроорганизмами является введение в их состав добавок с фунгицидными свойствами. Токсическое действие фунгицидов основано на их способности ингибировать метаболизм микроорганизмов и нарушать их клеточную структуру.

Отмечено, что при введении биостойких составов одновременно с приданием фунгицидных свойств существенно повышаются прочность материала, его водостойкость и морозостойкость.

Для предотвращения поселения биологических агентов в теле бетона или в строительном растворе поверхность сооружений покрывают биоцидными и пленкообразующими составами, пропитывают биоцидными растворами или вводят модификаторы биоцидного действия в бетонную смесь с водой затворения.

Биоцидные препараты могут представлять собой смеси различных веществ, усиливающих активность отдельных компонентов (синергисты).

Способы применения и защитное воздействие биоцидов определяются их растворимостью и рядом других физических и физико-химических свойств. По этим признакам биоциды подразделяют на водорастворимые, малорастворимые и растворимые в органических растворителях. По отношению к воде биоциды могут быть невымываемыми (трудновымываемыми) и легковымываемыми. По агрегатному состоянию биоциды бывают твердые (порошки), жидкие и газообразные (фумиганты, летучие фунгициды и др.). [3]