Bakteriálna korózia betónu

1. Oddelenie minerálnych biotechnológií Ústav geotechniky - Slovenská akadémia vied Watsonova 45, 043 53 Košice Bakteriálna korózia betónu Adam Lupták, 3. A

2. Úvod Mikroorganizmy sa nachádzajú všade na Zemi, aj na takých miestach, kde by iná forma života nemohla už existovať. Ich základnou funkciou je aktívna účasť v biologickom kolobehu prvkov v prírode. Existuje obrovské množstvo rôznych mikroorganizmov. Ich základné rozdelenie je nasledovné(Obr.1): Obr. 1. Základné rozdelenie mikroorganizmov

3. MO získavajú energiu pre svoj rast, pohyb a rozmnožovanie a zároveň tak látky rozkladajú - katabolické procesy (uvoľňovanie energie)alebo syntetizujú - anabolické procesy. V podstate ide o rôzne typy chemických reakcií, Mikroorganizmy získavajú energiu pre svoj rast, pohyba rozmnožovanie na základe rôznych typov chemických reakcií.Týmto spôsobom látkyrozkladajú (katabolické procesy) alebo syntetizujú (anabolické procesy). „Mikroorganizmy samy o sebe nie sú zlé ani dobré, záleží na okolnostiach” Postage (1982) Dôsledky existencie a metabolizmu MOmôžu byť „pozitívne“ alebo „negatívne“ .

4. V predkladanej práci som sa zaoberal so síru-oxidujúcimi baktériami Aciditiobacillus thiooxidans a síran-redukujúcimi baktériami Desulfovibrio desulfuricans., ktoré sa zúčastňujú biologického kolobehu síry v prírode a predstavujú tzv. ,,Sulfuretum“. Dôsledky existencie a metabolizmu ,,Sulfureta“ môžu byť taktiež pozitívne alebo negatívne: „pozitívne“ -účasť v biologickom kolobehu síry, odstraňovanie ťažkých kovov a síranov z priemyselných odpadových vôd, bioluhovanie sulfidických minerálov, odstraňovanie síry z nafty,benzínov a uhlia „negatívne“ -biokorózia kovových potrubí a zariadení (podzemná korózia), biokorózia betónov a stavebných materiálov, znehodnocovanie leteckých palív.

5. Koróziaje vo všeobecnosti považovaná za prirodzený proces degradácie a postupného znehodnocovania materiálov pôsobením okolitého prostredia. Jej vznik a priebeh je podmienený mnohými vplyvmi, medzi ktoré okrem najviac študovaných fyzikálnych a chemických, nesporne patria aj biologické vplyvy. Tieto predstavujú vplyv vegetácie a vplyv činnosti mikroorganizmov a spôsobujú tzv. biokoróziu. Nežiadúce zmeny vlastností materiálov spôsobené vplyvom mikroorganizmov sú v odbornej literatúre označované ako mikrobiálna korózia. Mikroorganizmy (MO) sa značnou mierou podieľajú aj na degradácií a znehodnocovaní rôznych stavebných materiálov. Štúdiom nežiadúcich zmien stavebných materiálov pôsobením MO sa zaoberá vedný odbor – Biodeteriorácia stavieb a MO sú v tomto prípade označované ako biodeteriogény.

6. K najčastejšie používaným stavebným materiálom patrí betón. Aj v prípade betónu môžeme pozorovať preukázateľný výsledok pôsobenia MO. Biokoróziu betónu spôsobujú rôzne typy mikroorganizmov (pliesne, baktérie, aktinomycéty, riasy, sinice a pod.). Biokoróziu betónových kanalizačných rúr (Obr. 2A, B, C) spôsobujú najmä síru-oxidujúce baktérie rodov Acidithiobaccillus, Leptospirillum a síran-redukujúce baktérie (SRB) rodov Desulfovibrio, Desulfotomaculum. (A) (B) (C) Obr. 2. Biokorózia betónovej kanalizačnej rúry

7. Obrázok č.3 znázorňuje priebeh biokorózie betónovej kanalizačnej rúry. Na dne rúry v spodnej časti prepravovanej vody, ktorá skoro vždy obsahuje sírany sa nachádzajú SRB, ktoré redukujú sírany na sulfán. Ten potom stúpa do hornej časti potrubia, kde kondenzuje. Tu sa nachádzajú síru-oxidujúce baktérie, ktoré oxidujú sulfán na kyselinu sírovú, ktorá koroduje betón. Postupne dochádza k rozpínaniu betónu, vzniku trhlín a prasklín, strate pevnosti a k celkovému rozpadu betónu. Obr. 3. Priebeh biokorózie betónovej kanalizačnej rúry

8. Cieľ práce - pozorovanie zmien povrchu betónových vzoriek pod vplyvom baktérii Acidithiobacillus thiooxidans aDesulfovibrio desulfuricans

9. Experimentálna ćasť Mikroorganizmy • síru-oxidujúce baktérie - Acidithiobacillus thiooxidans(Obr. 4.) • - vyizolované z kyslej banskej vody (acid mine drainage - AMD), vytekajúcej so šachty Pech (Obr. 5.) , z ložiska Smolník, • na izoláciu a následnú kultiváciu bola použitá selektívna živná pôda podľa Waksmana a Joffeho. Obr. 4.Baktérie Acidithiobacillus thiooxidans vyizolováné z AMD zo šachty Pech, ložisko Smolník. Obr. 5. Výtok AMD z banskej šachtyPech (ložisko Smolník)

10. Mikroorganizmy • síran-redukujúce baktérie - Desulfovibrio desulfuricans(Obr. 6) • - vyizolované zozmiešanej bakteriálnej kultúry, získanej z pitnej minerálnej vody Gajdovka (Obr. 7) ,Košice-sever, • na izoláciu a následnú kultiváciu bola použitá selektívna živná pôda podľa Postgate. Obr. 7. BaktérieDesulfovibrio desulfuricansvyizolované z pitnej minerálnej vody (Gajdovka). Obr. 6. Prameň Gajndovka- pitná minerálna voda, Kosice-sever.

11. Vzorky betónu Skúšobné vzorky betónu vo forme valcov boli vyhotovené z betónových blokov (Obr. 8A) najskôr pomocou vŕtacieho zariadenia STAM s jadrovým vrtákom. Takto vyvŕtané betónové valce, boli následne narezané kotúčovou pílou na menšie vzorky (Obr. 8B a 8C), ktoré boli ešte pred vlastným použitím v experimente obrusované a leštené. (B) (A) (C) Obr. 8.Betónové vzorky

12. Biokorózia vzoriek betónu prebiehala v laboratórnej aparatúre zobrazenej na Obr.9, ktorá umožňovala simuláciu sulfureta, teda simultánne pôsobenie baktérií Acidithiobacillus thiooxidans (A.t.) a Desulfovibiro desulfuricans (D.d.) v modelových podmienkach. Laboratórna aparatúra pozostávala z dvoch sklenených nádob, vzájomne prepojených s exikátorom, ktorý svojou konštrukciou najviac vyhovoval našim experimentálnym podmienkam. V prvej nádobe sa nachádzala aktívna bakteriálna SRB a v druhej nádobe octan kademnatý pre zachytenie prebytočného biogénného sulfánu. Octan kademnatý Exikátor Baktérie Desulfovibrio desulfuricans Obr. 9.Použitá laboratórna aparatúra

13. Vzorky betónov boli uložené do kadičiek, naplnených odpadovou vodou (kadička č.1), kyslou banskou vodou (kadička č.2), živným médiom pre A.t. (kadička č.3) a destilovanou vodou (kadička č.4). a následne boli uložené do exikátora na povrch porcelánovej platne (Obr. 10). Kadička č. 1 Kadička č. 3 Kadička č. 4 Kadička č. 2 Obr. 10. Exikátor s nainokulovanýmí betónovými vzorkami uloženými v kadičkách

14. Potom bol povrch vzoriek inokulovaný baktériami A.t. Dno exikátora až po úroveň cca 1 cm nad úroveň porcelánovej platne bolo naplnené destilovanou vodou. Po uzatvorení exikátora a jeho prepojenia s nádobami, nasledoval kontinuálny prívod bakteriálne vyprodukovaného sulfánu pomocou inertného plynu – dusíka, z prvej nádoby na dno exikátora. Potom bol systém uzatvorený. Inokulácia vzoriek betónov baktériami A.t. bola realizovaná v 7 dňových intervaloch. V tých istých intervaloch bola realizovaná aj výmena selektívného živného média DSM-63 pre rast síran-redukujúcich baktérii. Bakteriálne vyprodukovaný sulfán bol pôsobením baktérií A.t. oxidovaný na H2SO4, ktorá korodovala vzorky betónov.

15. Výsledky A Obr. 11. Vzorka betónu na začiatku experimentu - hladký povrch výplne medzi kamenivom. Kryštáliky CaSO4 Obr. 12. Vzorka betónu po 30 dňoch - povrch výplne medzi kamenivom je porušený a pokrytý bielymi kryštálmi pravdepodobne sadrovca, čo znamená, že dochádza k uvoľňovaniu Ca z betónového matrixu pod vplyvom bakteriálne vyprodukovanej H2SO4, čím postupne dochádza k narúšaniu štruktúry betónu. Niektoré zložky kameniva boli úplne odstránené (bod A ).

16. Ďakujem za pozornosť.