Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микробная коррозия минеральных строительных материалов

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Микробная коррозия минеральных строительных материалов"

Ко ОД

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВА Инга Маратовна

МИКРОБНАЯ КОРРОЗИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

03. 00. 23. - биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Пл-ербург- 1997

Работа выполнена на йафедре молекулярной биотехнологии Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

научный консультант: кандидат биологических наук, доцент

ВИНОГРАДОВ Евгений Яковлевич

НЯНИКОВА Галина Геннадьевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, академик МАИ

ЗЛОБИН ' Виктор Сергеевич

доктор технических наук, профессор.

СЕДЫХ Николай Васильевич

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б. Е. Веденеева (г. Санкт-Петербург). -о

Защита состоится "А^ " л/^-ух/ ¡997 Г- в' /Х- час, 'на заседании диссертационного Совета Д 063. 25. 09. в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института,

Замечания и отзывы по данной работе, заверенные печатью, в одном экземпляре просим направлять по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26, Сш ист- Петербургски!! государственный технологический инстпуг (технический университет), Ученый Совет.

Авторефератразослан" ^ Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат технических наук С^-.

1997 г.

Т. Б. Лнсицкая

ОБЩАЯ ХАРКТЕРИСТИКА РАБОТЫ;

Актуальность темы. Влияние микроорганизмов на формирование и изменение микроструктуры, химико-минералогического состава и структурно-механических свойств минеральных материалов в процессе их изготовления и использования является, актуальной темой в связи с проблемой биоповреждений строительных материалов. Известно, что более 50% от общего объема биоповреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Наиболее подвержены воздействию микроорганизмов деревянные и металлические конструкции/но в определенных климатических условиях или в связи с активным загрязненгем окружающей среды объекты, - построенные ' из минеральных материалов, также испытывают их влияние. К примеру, на гидротехнических сооружениях, которые имеют большие площади соприкосновения поверхностей с водой и воздухом, происходит формирование различных биоценозов, в которых большую роль играют микроорганизмы. Стены зданий могут загрязняться органическими веществами, контактировать с почвой и водой, что приво-дитк активному развитию различных видов микроорганизмов, грибов и высших растений, вызывающих разрушение сооружений. Это влечет .за собой значительное сокращение срока эксплуатации сооружений и соответствующее увеличение расходов на их ремонт.

В связи с этим знание того, как влияют микроорганизмы на структуру минеральных материалов, имеет принципиальное значение для понимания хода бнокоррозиошшх процессов в строительных обьектах, а также при создании новых материалов на минеральной основе.

Цель н задачи исследования. Цеяыо настоящей работы являлось исследование состава микрофлоры гидротехнических сооружений для выяснения соотношения между коррозионно активными группами микроорганизмов и изучение влияния Вас, тисИп§1по$из на микроструктуру, химический состав и структурно-механические свойства минеральных материалов, используемых в строительстве. Для достижения этой цели было предусмотрено решение следующих задач:

- выделение мшерооргаиизмов ,цз образцов, отбираемых на гидротехнических сооружениях, находящихся в различных природных зонах;

- исследование воздействия Вас. тисПа&пояиз и других коррозионных агентов на микроструктуры минеральных строительных материалов; .

- исследование влияния Вас. тиы^тояиз н других коррозионных агентов па изменение химического состава минеральных строительных материалов;

- исследование влияния Вас. тиЫ^тозия на структурно-механические свойства цемснтио-песчаных смесей.

Научная новизна. В бетоне гидротехнических сооружений, помимо хорошо известных коррозионно опасных групп микроорганизмов, отмечено повышенное содержание клеток Вас. тисИсщтозиз, которые обладают породораствор^ющими свойствами. Показано распределение коррозпоино активных групп микроорганизмов и Вас. тис1^то.тиз в зависимости от гндротсрмического показателя природной зоны, в которой находится электростанция. :

Впервые установлено, что под действием Вас. тисИа^тозш и Т. Шорагиз при минимальном присутствии в среде органических веществ на поверхности и в более глубоки/ слоях цементных смесей и цементного камня появляются новообразования игольчатой формы и в форме трнгопальных сканеноэдров, которые приводят к. упрочнению структуры, а при больших количествах органических веществ в среде на поверхности образуются микросферолнты и фромбондальные сферолиты, которые приводят к снижению прочности материала. Химическая коррозия цементных смесей и цементного камня характеризуется образованием частиц пнпокоидиои формы и гипсовых ДРУЗ.

Установлено, что микробиологическое воздействие па поверхность минеральных материалов приводит к усложнепшо и упорядочению мшфостругауры, тогда как при химическом воздействии происходит формирование микроструктуры с хаотичной организацией се элементов.

Для оценки интенсивности воздействия коррозионных агентов на микроструктуру минеральных объектов, нредаожепно использовать показатель степени переработки (±М%), который учитывает образование и исчезновение элементов микроструктуры.

Изучено влияние Вас. тасИацЬюзиз иа прочностные свойства цементных смесей и реологические свойства суспензии пресноводного озерного ила. Показано, что прочностные свойства цементных смесей

при введении различных биодобавок ухудшаются. Под действием Вас. nnicilaginostts снижается вязкость иловой суспензии и увеличивается ее текучесть:

Практическая значимость рпботы. Показано . отличие микробиологического воздействия _ на, микроструктуру минеральных материалов от химического, что дает возможность прогнозировать коррозионные процессы.

Разработана технология изготовления нового вида строительного пластификатора .марки "АПИ" на основе пресноводного озерного ила, предварительно обработанного культурой Бас. mucilaginosus.

Разработан селективный способ цементации слабых грунтов, при котором производят раздельную закачку в укрепляемый 1рунт раствора пластификатора и цементного раствора. Данный способ применялся для укрепления свайных фундаментов жилых строений в условиях лесотундры Пуровского района Тюменской области.

Принципиальная новизна разработок подтверждена положнтсльнмм решением по поводу заявки на патент, выданный Госкомизобретенпп н открытий (4° 96104648/03 (00Г.716) МПК E023D3/12). Заявл. 21. 03. 96.

ПуП.итпш:». Основное содержание диссертации отражено в девяти печатных работах.

Апробация рпЪот. Основные результаты работы обсуждались на 2 международных, 2 всероссийских и 1 региональной конференциях и симпозиумах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 5 глав, выводов, библиографии (175 наименований), приложения. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц и 39 рисутгов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы. Качественный и количественный состав мнкро'фпоры определялся в образцах корродированного бетона н продуктах его выщелачивания, отобранных па Братской, Усть-Йлимскон, Усть-Каменогорской, Бухтарминской, Шульбинской, Чиркейскои, Мнатлннской ГЭС, Кнслогубскон ПЭС и АЭС "Вушер". Выделяли бактерии, относящиеся к трем физиологическим группам, являющимся наиболее опасными для бетона - аммонифицирующей, нитрифицирующей и железобактериям, а также Thiobacillus thiopanis и Bacillus

mucilaginosus. Количество клеток в 1 грамме пробы определяли методом предельных десятикратных разведений с высевом на селективные среды. Аммонифицирующие бактерии выделялись на МПБ с последующим высевом «а МПА. Нитрифицирующие бактерии выделяли на жидкой и плотной срсцс Виногр адского. Thiobacillus thioparus выделяли на среде Бсйершгка и па тиосульфатном агаре Бейершша. Гетеротрофные железобактерии выделяли на среде Калииегасо. Bacillus mucilaginosus выделяли па жидкой питательной среде с основой гидролизата казенка, содержание амшшого азота 80 -120 мг%, с добавлением 2 % гшокозы. Для получения плотной среды добавляли 2 % агар-агара.

Для выяснения характера воздействия Bacillus mucilaginosus и других коррозионных агентов на цементный камень (ЦК), цементно-песчаную (ЦПК) и цементио-опаловую смеси (ЦОК), полевой шпат и опал, а также на водно-иловую суспензию было поставлено несколько серий экспериментов. В работе использовалась культура слизистых бацилл Bacillus mucilaginosus, штамм ВКМ В - 1446 Д, взятая из коллекции кафедры молекулярной биотехнологии и дикий штамм Thiobacillus ihioparus, который был выделен по стандартной методике из продукта выщелачивания бетона Шульбннскон ГЭС. В качестве химического коррозионного агента использовался 0,1 и раствор серной кислоты.

Эксперименты проводились по методикам, принятым для изучения коррозионных процессов» минеральных материалах. Первая серия экспериментов проводилась для изучения изменения микроструктуры поверхности образцов и их химического состава иод воздействием различных коррозионных агентов, вторая - для изучения влияния, биодобавок на структурно - механические и реологические свойства исследуемых образцов.

Изучение микр о структуры образцов проводилось с применением методов электронной микроскопии. Для исследований использовался микроскоп мгрки " САМ SCAN - 4 Структуру поверхности и сколов образцов изучали при 100 - кратом и 1000 - кратном увеличении. Полученные фотографии 'Поверхностей и сколов образцов обрабатывались с помощью компьютерной технологии обработки видеоизображении системы В.ИДЕОЛАБ, разработанной в Тверском НПГП "ГЕРС". С помощью этой системы бь.л проведен морфологический анализ поверхности и сколов исследованных образцов.

Исследование химического состава образцов проводилось рентгенофлуоресцентным методом. Для анализа использовался зонд марки FX - 2000 (Link), совмещенный с растровым микроскопом CAMSCAN - 4. Рентгенофлуоресцецтный зонд позволяет исследовать объект как в целом, так и в отдельных точках. Помимо этого использовался реатгенофлуоресцентный анализ предварительно измельченных и таблетиррваиных образцов. Масса приготовленной таблетки 2 г, диаметр около 25 мм. Методика основана на применении рснтгенофлуоресцеитного анализатора, включающего блок, детектирования рентгеновского излучения полупроводникового типа ЕДРК-1-25 с энергетическим разрешением 275 эВ на линии 5,9 кэВ в комплексе с регистрирующей аппаратурой.

Обработка подученных данных во всех сериях экспериментов велась с применением программного комплекса "АНАЛИЗ", разработанного в Тверском НПГП "ГЁРС". В программном комплексе "АНАЛИЗ" использованы методики, основанные на линейной регрессии.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ -

Анализ группового состава микроорганизмов на гидротехнических сооружениях.

Отбор образцов корродированного бетона н продуктов его выщелачивания для микробиологического анализа велся на 7 гидроэлектростанциях, приливной и атомной станциях, находящихся в разных природных зонах с неодинаковыми гидротермическими условиями.

Кнслогубская ПЭС находится в Оенно - Скандии в Тундровой зоне Кольской провинции.

Ангарские гидроузлы. Усть-Илнмская и Братская ГЭС располагаются в' Средней Сибири в зоне тайга в Приангарской провинции.

Иртышские гидроузлы. Шульбинская ГЭС находится в центральном Казахстане в Степной зоне Прииртышской провинции. Усть-Каменногорская и Бухтарминская ГЭС располагаются в горах Южной Сибири в Алтайской области Западно-Алтайской провинции.

Сулакские гидроузлы. Чиркеискад и Миатшшская ГЭС находятся в Крымско - Кавказской горной стране в области Большого Кавказа в Дагестанской провинции.

АЭС "Бушер" находится в Иране, в Полупустынной зоне.

Образцы исследовались на наличие микрофлоры. Средние данные численности микроорганизмов" по группам приведены в таблице!. ...

Таблица 1

Средняя численность бактерий в корродированном бетоне >. продуктах его выщелачивания (кл/г) на электростанциях.

пп № Электростанция Аммонифицирующие бактерии Ншрнфн-дирующие бактерии ПюЪасШиз гЫорагиз ВааШа тис1-

I Кислогубская ПЭС 3,7-Ю7 3,7-102 3,7-Ю3 _

II Братская ГЭС З.З-Ю5 2,5104 2,8-Ю3 7,8-105

III Усть-Илимская ГЭС 5,5-Ю6 7,8-102 5,3-102 5,0-Ю7

IV Шульбинская ГЭС 2,4-108 8,2-10' 3,0-Ю2 6,0-10е

V Бухтарминская ГЭС 1,8-Ю7 5,0-105 10' 5,5-Ю2

VI Усть-Каменогорская ГЭС 4,0-Ю5 3,7-Ю5 0 7,0-Ю2

VII Чиркейск^я ГЭС 5,3-Ю4 5,0-Ю2 5,5-10' ' 2,8-104

VIII Миатлипская ГЭС 105 10* 3,7-Ю2 3,7-Ю5

IX АЭС "Бушср" - . 10' Ю7

Полученные данные о количестве микроорганизмов на исследуемых объектах рассматривались в зависимости от индекса сухости (1г), который является одним из показателей гидротсрмичсскпх условий и определяется как отношение солнечного радиационного баланса к количеству тепла, необходимому для испарения годовой суммы осадков.

Количество бактерий аммонифицирующей группы имеет общую тенденцию к снижению при переходе от тундровой к полупустынной зоне. Известно, что наиболее биологически продуктивные ландшафты характеризуются значениями индекса сухости, близкими к единице. Эти ландшафты определяются большим содержанием органических веществ. На Шульбинской плотине обнаружено максимальное количество бактерий аммонифицирующей группы (2,4-108кл/г), а индекс сухо-

ста для территории, где находится плотина, составляет 0,9. Высокий тчтр ам м они ф н цирую щих бактерий на приливной электростанции объясняется морской водой, насыщенной веществами, необходимыми для развития организмов.

Большое количество аммонифицирующих бактерий обнаруживается на Бухтарминской ГЭС - в среднем 1,8-107кд/г. Минимальное количество бактерий этой группы, в среднем 5,3-Ю4кл/г, выделено из образцов, отобранных на Чиркейской ГЭС, находящейся в Дагестане.

Максимальное количество бактерий нитрифицирующей группы, в среднем 5 -10^л/г, выделено из образцов, отобранных на Бухтарминской ГЭС. Большое количество этих бактерий наблюдается также на Усть-Каменогорской ГЭС, в среднем 3,7-Ю5кл/г. Шульбинская и Миатшпюлая ГЭС характеризуются минимальным количеством нитрифицирующих бактерий, в среднем 8,2-10'кл/г и Югкя/г соответственно.

На всех станциях наблюдается небольшое количество Т. гЫорагия, а на Усть-Каменогорской ГЭС они совсем не обнаруживается. Наибольшее количество этих бактерий определяется в образцах, отобранных на Кислогубской ПЭС, в среднем 3-10%л/г, и .на Братской ГЭС, в среднем 2,8-103 кл/г. •

Наибольшое количество • Вас. тисИазтояя выделяется из образцов, отобранных на Усть-Илимской ГЭС, в среднем 5-107кд/г, и на АЭС "Еушер", в среднем 6,7-107кд/г. Минимальное количество этих бактерии обнаруживается в образцах, отобранных на Бухтарминской ГЭС, в среднем 5,5-102кл/г, и Усть-Каменогорской ГЭС, в среднем 7-102кл/г, которые находятся в Алтайской области.

Таким образом, на гидроузлах, где отмечается максимальное количество бактерий аммонифицирующей и нитрифицирующей группы, количество Т. ¡Ыорапя и Вас. тисИа§Ыош5 снижается до минимальных значений. Распределение Вас. тисНа§1псти по ириродиьт зонам аналогично распределению Т. Морапч. По отношению к расп-ределешпо, найденному для аммонифицирующих бактерий, распределение для Вас. тис^Ьюап демонстрирует противоположную картину.

Исследование микроструктуры цементных тесен, подвергавшихся воздействшо микроорганизмов.

Исследовалось влияние Вас. тисПазтотз и Т. гЫорагиз и 0,1 н раствора серной кислоты на цементпо-песчаную смесь.

Типичные формы новообразований в исследованных образцах приведены в таблице 2. "

Поверхность контрольной цементно-песчаной смеси в форме кубика, находившегося в течение трех месяцев в водяном затворе, имела светло-серую окраску, бесформенную микроструктуру, крупные замкнутые поры. Внутренняя поверхность кубика по сколу характеризуется серым цветом, монолитной структурой с включением кристаллов полевого шпата, а также порами, образованными защемленным воздухом.

Под воздействием. Вас. тисг^тож при последовательном культивировании Бас. тисИа£'то$и$ и Т. Морагиз на поверхности ЦПК и ЦК образуются новообразования в форме тригоиальных скансноэдров. В случае последовательного культивирования организмов новообразования имеют форму недоразвитых сканеноэдров непр"внлыюй формы с неровной поверхностью плоскости. В вариантах, где в качестве коррозионного агента используется культура Т. Шорагих, в более глубоких слоях ЦПК наблюдаются участки с игольчатой структурой. Глубина измененного слоя колеблется от 50 до 300 мкм, а в случае ЦК от 5 до 10 мкм.

Поверхность ЦПК и ЦК под воздействием 0,1 и раствора серной кислоты покрылась частицами обломочного вида с оплавленными гранями, которые можно охарактеризовать как комбинации нескольких разновидностей пииокоидов, которые характерны для гипса, а на поверхности ЦК наблюдалось образование друз из кристаллов гипса.

/ Полевой шпат имеет выраженную каркасную структуру, для • которой характерно сочленение тетраэдров в бесконечные трехмерные. решетки. Жизнедеятельность Т. ¡Ыорагиз приводит к более четкому проявлению каркасной структуры на поверхности образца полевого шпата, под воздействием 0,1 и раствора серной кислоты наблюдается появление каверн округлой формы и оплавленных каркасных структур сложной конфигурации.

Нами также была проведена серия опытов, в которой Вас. тис!-¡а^оян культивировали на казеиновом бульоне, а действию этого организма подпер пищ цементио-песчапую, цемецтно-опаловую смеси 1 и от ал.

Под воздействием Вас. пшсйолЬюнк на поверхности образцов образуются мелкокристаллические агрегаты, формирующие губчатую

и

Таблица 2

Выявленные формы новообразований в цементных смесях и

цементном камне.

Объекты и варианты воздействия Форма новообразования

Поверхность ЦЦК вариант воздсйстбия Вас. тисНаппозю в физиологическом растворе Трнгонаяьные сианеноэдры

Скол ЦИК вариант в содействия Вас. тисИа^то^ в физиологическом растворе Тригопальиые сканеноэдры Кристаллы игольчатой формы

Поверхность ЦПК вариант воздействия Вас. тисИа§мо$и1 на казеиновом бульоне- Микросферолиты

Поверхность ЦОК вариант воздействия Вас. тисПарпояиз на казеиновом бульоне Млкр о сф ер олпты, октаэдры Фромбопдалыше сферолиты Тригопаль'ные ^(пирамиды

Поверхность ЦПК вариант воздействия Т. Морагиз и Вас. тисИа$-пони в физиологическом растворе Недоразвитые тригоналыше сканеноэдры

Скол ЦПК вариант воздействия Т. Морагиз и Вас. тис^Шзия в физиологическом растворе Мелкие трнгоиалыше скаиеиоэдры Кристаллы Игольчатой формы

Поверхность ЦПК вариант воздел ставя Т. Шсратт в физиологической растворе Тригожйьше сканеноэдры

Скол ЦПК вариант воздействия Т. гМорапи . в физиологнческеом растворе •. Тротональные сканеноэдры Кристаллы игольчатой фомы

Поверхность цементного' камня вариант воздействия Т. Шорцш в физиологическом растворе Трнгоиалыше скаиеиоэдры

Поверхность ЦПК вариант воздействия 0,1 н раствора серной кислоты Часяг'д.! обломочного вида с оплавленными гранями, то есть комбинации некоторых разновидностей тШокоидов

Поверхность цементного камня вариант воздействия 0,1 и раствора серной кислоты Гипсоьые друзы неориентированные удштенные к центру образца частицы пинокоид-пой формы .

Примечание: ЦШС - цементпо-иесчаныи кубик; ЦОК - цемептно-опаловый кубщ{.

структуру, а также обнаружены участки кздьцитв в виде микросфе-ролитов и фромбоидальных сферолитов

Опал оказался невосприимчивым к воздействию Вас. тис11а§то-Поверхностная структура. контрольного образца ничем не отличается от поверхностной структуры образцу, подвергавшегося воздействшо микроорганизма. ■

Таким образом, в среде, не содержащей органические вещества, на поверхности цсментно-песчацых кубиков и цементного камня под воздействием мшфоорганизмов образуется слой кристаллов в форме тригональных сканеноэдрос. При последовательном культивировашш Т. Шорагих и Вас. тисЦс^Ьгош кристаллы укрупняются, тенденция к принятию ими формы тригонального сканепоэдра сохраняется, но не развивается. В более глубоких слоях образцов образуется Игольчатая форма кристаллов. *

При культме ир о в ании Вас. птсИа^Ыозиз в казеиновом бульоне на поверхности цементно-песчаиых и цемептно-опаловых уубиков образуются в основном частацы ьнкросферолилюй и фромбоидальро сферолитной формы, а также встречаются частицы охстаэдровой и трнгоналыю дипирамидальной формы. Преобладание частиц сферо-питиых форм может быть косвенным показателем наличия большого количества органических веществ щ поверхности минеральных материалов.

Можно предполонапъ, что мшср о структур а с преобладающими тригоншилю-скапеноэдровыми формами частиц и особенно с игольчатыми иовоо.бразовашшш прочнее мшфоструктуры, где преобладают микросферолнтиые ц фромбондалыю сферодитные формы частиц. . *

■ Степень влияния различных агентов на микроструктуру митральных материалов во многой зависит ие только от коррозионных агентов, но н от х?:1Ц!кр-шщд5алоп1че(жрго состава материалов, а также от их плотности и пористости. Изменения микроструктуры цементио-песчаного н цементно-олалового кубиков сильнее, а глубина проникновения агентов больше, чем для цементного камня или минералов, которые . отличаются плотными крпсташшзационно-конденсацпошшмн и кристашю-хнмнческнмп структурами.

Микроструктура образцов характеризуется содержанием положительных элементов поверхности (условно называемых частицами) и отрицательных элементов поверхности (условно называемых порами).

Степе-ь воздействия коррозионных агентов на поверхностную структуру образцов оценивалась по следующим показателям:

1. Распределение поверхностных элементов микроструктуры по размерам С группировкой по условным фракциям: мелкая, эквивалентный диаметр элемента до 1 .да (К1%); крупная, эквивалентный диаметр от 1 мкм до 7,5 мкм(К2%). 2. Средняя площадь элемента поверхности (Бср мкм2). 3. Удельная поверхность элемента (Буд см*'). 4. Средний форд» фактор- (Ффср), являющийся одним из показателей антооднаметрическнх свойств структуры поверхности. 5. Показатель степени переработки поверхности (±М%). (Таблица 3).

Таблица 3

Средние данные характеристик элементов микроструктуры поверхности смесей. _

Вариант опыта Содер , фракц d<ljixu калие нй, % <1=1-7,5мют общна псказатий. nqiepaSoT-kii ±М,% Сод S¡02 гржаине соедош Л12Оз хпмичк ниш, % Fe203 ских СаО

ЦПК- ютггроль 46.6 54,8 53.4 45,2 ' 10,6 2.5 2,0 75,5

ЦПК- Bacjnutila ginosus 16.8 71,2 83.2 . 28,8 36.5 14,9 8,2 .2,4 1,6 79,2

ЦПК-0,liip-p H2so4 41.6 ' '78,2 '58.4 ; 21,8 14,9 25,3 29,9 9,8 4,7 22,3

Примечаний числитель - данные дал положительных элементов мгасроструктуры (частиц); знаменатель - данные для отрицательных элементов микроструктуры (hop).

При биологическом воздействии на ЦПК ü ЦОК наблюдается увеличение количества крупных частиц и мелких пор на поверхности цементных шйсен, соответстветга уменьшается количество, мелких частиц it Крупных пор. Увеличение размеров частиц tía поверхности цементно-песчаных и цсментно-опалопых кубиков под воздействием микроорганизмов более чем до 2 мкм может привести к снижению физико-химической активности корродированной поверхности.

Интенсивность воздействия Вас. тисИа§тотз на изменение микроструктуры поверхности ЦПК выше, чем действие 0,1 н раствора серной кислоты, однако значительно уступает преобразующему совместному действию на ЦПК Т. Морагиз и Вас. тиа^толиз и в особенности чистой культуры Т. Морагиз. Так, снижение содержания мелких частиц (с! < 1мкм) при последовательном воздействии культур в 3 раза больше, чем при действии Вас. тиа^'тоги и в_ 4 раза больше, чем в случае Т. Морагш. -

Увеличение содержания частиц с с1=1,0-7,5мкм на поверхности ЦПК при воздействии 0,1 н раствора серной кислоты и микроорганизмов сопровождается закономдшым . снижением . удельной поверхности образцов в 1,1-2,4 раза. Наибольшее снижение удельной поверхности образцов (в 2,1 - 2,4 раза) наблюдается при воздействии Вас. mucilag¡nosus в физиологическом растворе. . :

Для обобщенной количественной оценки влияния коррозионных агентов на поверхностную структуру образцов мы ввели показатель степени переработки (±М%), характеризующий общее изменение микроструктуры поверхности, который рассчитывается путем суммирования положительных и отрицательных разностей содержания элементов структуры поверхности (частиц или пор), по их'эквивалентным диаметрам, в контрольном образце й образце, подвергшемся воздействию кешого::(ш6о агента.

При микробиологическом воздействии в среде с небольшим содержанием органических веществ степень переработки поверхности значительно выше, чем при наличии органических веществ, в среде н химическом воздействии.

Таким образом, при микробиологическом воздействии происходит формирование более организованной микроструктуры, чем при прямом воздействии химических агентов.

Исследование химического, состава цементных смесей, подвергавшихся воздействию лиисрооргатщюп.

В результате . жизнедеятельности Вас. тиа^тояш па поверхности ЦПК количество кремнезема уменьшается по сравнешпо с контрольным образцом в 1,3 раза, содержание окиси алюминия практически не изменяется, количество оксидов железа, калия и натрия уменьшается в 1,2 раза, а содержание оксида кальция возрастает в 1,1 раза

При культивировании Бас. тиЫ^тоягиг на казеиновом бульоне на поверхности ЦПК наблюдается появление оксида фосфора (30,5%), который является продуктом жизнедеятельности микроорганизмов в прнсутствпг большого количества органических веществ. В этом варианте наблюдается значительное снижение оксида кремния, его количество уменьшается в Я,8 раза. Значительно снижается содержание оксидов - алюминия в 6,25 раза, железа в 2,2 раза, калия в 20 раз и кальция в 1,25 раза. При общем снижении количества всех перечисленных соединений происходит увеличение содержания оксида натрия в 4,6 раза.

Действие Вас. тисПа^пона па- поверхность ЦОК тш культивировании микроорганизмов па казеиновом бульоне приводит к появлешпо большого количества оксидов фосфора (19,1%) и увеличению содержания оксида натрия (в* 3,2 раза), количество оксида кремния снижается в 11,3 раза, количество оксидов алюминия, калия и железа - в 1,7-2,3 раза.

Поверхность ЦПК после последовательного воздействия на нее Т. Морагия н Вас. тисИа^то!т на 97,4 % состоит нз оксида кальция -это в 1,3 раза больше, чем в контрольном образце. Количество оксида кремния уменьшилось в 53 раза, а оксидов 'алюминия, железа, калия и натрия - в 16-25 раза. * <-

. • Установлено, что на лощтюсгй образца после воздействия Т. (Ыорапа количество оксида кальция увеличилось в 1,28 раза, а содержание остальных элементов значительно снизилось.

При действии 0,1 н. раствора серной кислоты на поверхности ЦПК происходатушсличеннеЗсОличества кремнезема в 2,8 раза, оксида алюминия - в 3,9 раза, окейда железа - в 2,4 раза, оксида калия - в 1,8 раза. Значительно, увеличилось содержание оксида серы (на 21,05%). Для . этого типа коррозии характере»-значительный вынос оксида кальция, его количество уменьшается в 3,4 раза.

Таким образом, прй- мшфЬбнояошческоц воздеиешш на поверхности ЦПК увеличивается количество оксида кальция с уменьшением содержания других породообразующих химических элементов (кремния, железа, алюминия, кдаод). Под воздействием 0,1 н раствора серной кислоты происходит значительный вынос оксида кальция и относительное накопление оксидов крештя, алюминия,, калия, натрия и серы на поверхности образца. Когда в среде присутствует много органических веществ, па поверхности ЦПК

иакаг швается большое количество оксидов фосфора и натрия, что может служить косвенным показателем жизнедеятельности микроорганизмов.

Распределите химических элементов по слоям показало, что при всех типах воздействия наибольшее изменение претерпевает первый слой образцов (до 100 мкм). Установлено, что Т. Морагиз более активно влияет на изменение химического состава ЦПК, чем Вас. тисИа£то5ш, а 0,1 н раствор серной кислоты активно влияет на изменение химического состава не только в первом, но и во втором и третьем слоях (до 1000 мкм).

Установлений, что при увеличении оксидов кремния и алюминия на поверхности ЦПК наблюдается спижение степени переработки поверхности (±М%), а при увеличении содержания оксида кальция степень переработки (±М%) увеличивается.

Количественная оценка степени дифференцированностн химических элементов на поверхности исследуемых образцов при микробиологическом и химическом воздействиях проводилась с использованием геохимических индексов Гаррассовица, а именно, для характеристики Каркасной структуры минерального сырья использовался сиалнтпый .индекс К=31/А1, а для-'периферийной области кристаллических структур, исследуемых . материалов -этовиально-аккумулптнвньш индекс (Эа), характеризующий акку-муляцшо (+) иш1 вынос (-) подвижных форм химических элементов. Отмечено, что при микробном воздействии' на минеральные материалы преобладают положительные, а при' химическом воздействии отрицательные значения элювиально-аккумулятивного индекса (За). Для расчетов Эа использовались данные о содержания кремнезема в образцах.

Использование Вас. тисИа^'то.щ в производство новых видов материалов для строительства.

Влияние Вас. тис^^то'згя па струнтурпо-механмческие свойства строительных материалов изучалось па примере цементных смесей и пресноводного озерного ила.

Как показали проведенные эксперименты, внесение бнодобавок (в виде водной суспензии биомассы Вас. тисИс^тохш, отделенной центриф>гироваинем слизи этого микроорганизма, культуральной жидкости) в цементные смеси приводит к значительному снижению

прочности образцов, особенно в случае внесения микробной слизи Ваг, тисИа&'пояа (Табл. 4).

Исследования изменения реологических свойств суспензии пресноводного • озерного ила, который используется в строительном производстве в качестве пластифшсатора, для укрепления слабых грунтов, пропшофильтрэционных завес и т. д., под воздействием Вас. пшс1^1пох1и! показали, что в результате жизнедеятельности этого" орга-

Таблица 4

Влияние бподобавок на прочность цементного камня и цементно-песчанои смеси. ■ ,

Вариант опыта Прочность, сгсж мПа.

ЦК • | ЦПК

Контроль 110,1 17,95

Биомасса Вас, тис1^тояа 104,¡6 17,33

Культур алый я аз (дкоегь' 96, 16 12,12

Слизь Вас. тис^тояа 4,0 0,42

низма вязкость (1]хш ) иловой суспензии снижается в 1,5-2 раза, что в свою очередь приводит к увеличению текучести системы ( Фг ) 13 2 раза и увеличению се пластичности'( 14/2 ) в 2 « 3 раза. Прочность вновь образованной структуры материала ( % = Р,п / Рг) возрастаете 1,2 - 1,3 раза.

На основании проведенных исследований был разработан пластификатор марки "АПИ". Технология изготовления пластификатора ■ марки "АПИ". состоит из следующих цшоюв: подготовка" сырья; подготовка посевного материала; получение продукта.

Пластифш<атор марки "АПИ" представляет собой микробиологически обработанные тонкодисперсиые фракции пресноводного озерного нла . вязко-пластичной консистенции, обогащенные продуктами метаболизма Вас. тисИв$по5и$, которые способствуют формированию адсорбционного слоя па поверхиости активных пор, усиливающего взаимодействие частиц цементного раствора с частицами каркаса грунта. Предложен селективный способ укрепления слабых грунтов, при котором сначала загачивается под давлением суспензия пластификатора, а затем при том же давлении закачивается цементный растоор

Производственные испытания селективного способа цементации с применением пластификатора марки "АПИ" проводились в условиях лесотундры Пуровского района Тюменской области. Утеплялись свайные основания жилых строений, которые подвергаются значительным деформациям в результате неравномерной осадки фундамента до 0,28 м. Предлагаемый селективный способ цементации с применением пластификатора марки "АПИ" может найти широкое применение при цементации слабых грунтов в строительных работах, на буровых скважинах и т. д.

, ВЫВОДЫ.

1. Впервые проведен сравнительный анаши группового состава микроорганизмов на гидротехнических сооружениях в разных природных зонах. Установлено, что ца электростанциях, где отмечается ' максимальное количество Bacillus mucilaginasus и Thiobacillus thiqparus, количество бактерий аммонифицирующей и нитрифицирующей групп снижается до минимальных значений.

2. Выявлено, что . микробное воздействие на поверхность минеральных материалов приводит к усложнению н упорядочению микроструктуры, тогда как при химическом воздействии происходит формирование мшфоструктуры с хаотичной организацией се элементов. "

3. Установлено, что под действием Bacilhis mucilaginosus и Thiobacillus thiopanis при мишшальнол» присутствии в среде органических веществ на поверхности цементных смесей и цементного камня появляются новообразования в форме трлгональиых сканеноэдров, октаэдров и трнгональных дипирамид, а в более глубоких слоях появляются кристаллы игольчатой формы, которые приводят к уплотнешио структуры. При- больших количествах органических веществ в среде на поверхности образуются мнкросферолнты и1 ^¡ромбоидальные сферолнты, которые приводят к разуплотнению материала. Химическая коррозия, цементных смесей и цементного камня характеризуется образованием частиц пинокоидпой формы и гипсовых друз.

4. Предложено использовать ;.дя оценки интенсивности воздействия коррозионных агентов на микроструктуру минеральных объектов показатель степени переработай (±М%), который учитывает образование и исчезновение элементов микроструктуры.

5. Показано, что при увеличении количества оксидов кремния н алюминия на поверхности цемеитно-песчанои смеси снижается степень переработки поверхности, а при увеличении количества оксида кальция степень переработки увеличивается.

6. Разработана технология изготовления нового вида пластификатора марки " АПИ", предназначенного для использования в строительном производстве, на основе пресноводного озерного ила путем его обработки культурой Bacillus mucilaginosus (Положительное решение по поводу заявки на патент № 96104648/03 (008716) МПК E023D3/12),.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ • ' ДИССЕРТАЦИИ .

1. Кузнецова Л. М., Дурчева В. IL, Попов М. В. Биокоррозия бетона II VII Междунар. конф. по фнзнко-химни торфа и сапропеля: Матер, докл. Тверь, 1994. С. 132-133.

2. Изменение- химического состава бетона в результате био-коррозин/И. М. Кузнецова,. В. Н. Дурчева, В. В. Степаток, М. В. По-нов//Матср. докл. VII Междунар. конф. по фнзико-химии торфа и сапропеля, Матер, докл. Тверь,1994. С.138-139.

3. Изучение воздействия микроорганизмов на бетон / И. М. Кузнецова, Г. Г. Няникова, В. Н. Дурчева, Е. ЯЯЗиноградов, М. В. Попов// Тез. докл. конф. по биоповрежденням в промышленности, 25-26 октября 1994 г. Пенза, 1994. С.8-10.

4. Кузнецова И. A f., Няникова Г. Г., Виноградов Е. Я. Влияние мтфоорганнзмов па структуру бетона // Сб. науч. трудов. Орел, 1995. С. 344-346.

5. Кузнецова И. М. Микробиологическое выветривание полевого шпата и опала//Конф. молодых ученьхх ir специалистов Тверского региона: Тез. докл. Тверь, 1995: С. I03-Í04.

6. Воздействие микроорганизмов иа мшфоструктуру поверхности цемецтио-песчаного камня/ И. М. Кузнецова, Г. Г. Няникова, Е. Ю. Кнприна //Тез. докл. конф. молодых учепых н специалистов Тверского региона, Í4-16 ноября 1995 г. Тверь, 1995. С. 105,

7. Исследования продукта выщелачивания плотины Шуль-бпнекой ГЭС/И. М. Кузнецова, Г. F. Няникова, Е. Я. Виноградов, М. В. ПоповЯМатер. конф. по бидлогнчегпшм проблемам экологического матдзналоведешш, 25-26 тстября 1995 г. Пенза, 1995. С. 53-55,

8. Влияние Bacillus mucilaguiosus на цемент/И, М. Кузнецова, Г. Г. Нянмкова, М. В. * Синявская, Е. Я. Вшюградов/Юхраиа етфуж. среды, вопросы эколог, и кошр. качест. продукции: Сб. М.: НИИ-ТЭХИМ, 1996. Вып. 1.С. 11 -13. '

9. Application of X-ray-fluorescent analyses for appraising of microbiological corrosion of hydrotechnical constructions/1. M. Kuznetsova, A. J. Trishiaa, G. G. Nianikova et al.// Chromatography and Spectroscopy in Environmental Analysis and Toxicology: the 2nd Int. Symp., June 18 -21, 1996. P. 153.

21.10.97 Зак 158-75.РГП ИК СИНТЕЗ Московский пр.26