Влияние стеарата кальция на микробиологическую коррозию цементного камня бетона

Для предотвращения биообрастания цементного камня и повреждения его грибковыми микроорганизмами предложено вводить в цементную смесь 0,5 мас. % стеарата кальция. Для обеспечения объемной гидрофобизации цементного камня добавка измельчается до наноразмерных частиц. Отверждение цементного камня проводилось на воздухе в течение 28 сут. Для изучения грибковой коррозии поверхность цементного камня обрабатывалась суспензией пор грибков Aspergillus niger. Выявлено, что гидрофобная поверхность цементного камня не поддалась биообрастанию грибковыми микроорганизмами Aspergillus niger в течение 6 мес нахождения образцов во влажной среде, а на поверхности обычного цементного камня за этот период времени произошло развитие очагов черной плесени. Действие грибков и выделяемых ими продуктов жизнедеятельности вызвало уменьшение количества кальция в цементном камне на 9%, а на гидрофобизированный цементный камень не оказало влияния. Вследствие невосприимчивости цементного камня с гидрофобизатором к действию микроорганизмов и к воде не происходит вывода свободного гидроксида кальция из структуры, но некоторое количество вымывается из поверхностного слоя и поровой жидкости. Значительное замедление массопереноса в цементном камне при действии жидкостей обеспечивается гидрофобностью поверхности цементного камня и стенок пор и капилляров, придаваемой стеаратом кальция, а также частичной кольматацией поровой структуры введенной добавкой.

К.Б. СТРОКИН¹, д-р экон. наук, советник РААСН (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.А. ГАЛЬЦЕВ¹, старший преподаватель (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.С. КОНОВАЛОВА², д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Б.Е. НАРМАНИЯ³, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Сахалинский государственный университет (693000, г. Южно-Сахалинск, Коммунистический пр-т, 33)
² Ивановский государственный политехнический университет (153000, г. Иваново, Шереметевский пр-т, 21)
³ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Manso S., Calvo-Torras M.Á., De Belie N., Segura I., Aguado A. Evaluation of natural colonisation of cementitious materials: Effect of bioreceptivity and environmental conditions. Science of The Total Environment. 2015. Vol. 512–513, pp. 444–453. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.01.086
2. Stohl L., Manninger T., von Werder J., Dehn F., Gorbushina A., Meng B. Bioreceptivity of concrete: A review. Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 76. 107201. http://dx.doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107201
3. Соломатов В.И., Ерофеев В.Т., Фельдман М.С. Биологическое сопротивление бетонов // Вестник Мордовского университета. 1995. № 2. С. 50–54.
3. Solomatov V.I., Erofeev V.T., Fel’dman M.S. Biological resistance of concrete. Vestnik of the Mordovian University. 1995. No. 2, pp. 50–54. (In Russian).
4. Guillitte O. Bioreceptivity: a new concept for building ecology studies. Science of The Total Environment. 1995. Vol. 167, Issues 1–3, pp. 215–220.https://doi.org/10.1016/0048-9697(95)04582-L
5. Bryukhanov A.L., Vlasov D.Y., Maiorova M.A., Tsarovtseva I.M. The role of microorganisms in the destruction of concrete and reinforced concrete structures. Power Technology and Engineering. 2021. Vol. 54, pp. 609–614. https://doi.org/10.1007/s10749-020-01260-5
6. Shuying G., Xiaoning T. Impact mechanism of marine biofilm on concrete durability. Chemical Engineering Transactions. 2018. Vol. 64, pp. 613–618. https://doi.org/10.3303/CET1864103
7. Ерофеев В.Т., Аль-Дулайми Салман Давуд Салман, Федорцов А.П., Богатов А.Д., Федорцов В.А. Биологическая коррозия бетонов // Строительные материалы. 2020. № 11. С. 13–23. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-786-11-13-23
7. Erofeev V.T., Al-Dulaimi Salman Davud Salman, Fedortsov A.P., Bogatov A.D., Fedortsov V.A. Biological corrosion of concrete. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2020. No. 11, pp. 13–23. (In Russian). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-786-11-13-23
8. Chromková I., Čechmánek R. Influence of biocorrosion on concrete properties. Key Engineering Materials. 2018. Vol. 760, pp. 83–90. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.760.83
9. Karačić S., Modin O., Hagelia P., Persson F., Wilén B.M. The effect of time and surface type on the composition of biofilm communities on concrete exposed to seawater. International Biodeterioration&Biodegradation. 2022. Vol. 173. 105458. http://dx.doi.org/10.1016/j.ibiod.2022.105458
10. Логинова С.А., Петренко А.А. Исследование различных видов биологической коррозии бетона // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2022. Т. 49. № 2. С. 150–157. http://doi.org/10.21822/2073-6185-2022-49-2-150-157
10. Loginova S.A., Petrenko A.A. Investigation of various types of biological corrosion of concrete. Vestnik of the Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2022. Vol. 49. No. 2, pp. 150–157. (In Russian). http://doi.org/10.21822/2073-6185-2022-49-2-150-157
11. Kiledal E.A., Keffer J.L., Maresca J.A. Bacterial communities in concrete reflect its composite nature and change with weathering. mSystems. 2021. Vol. 6. Iss. 3. e01153-20. http://doi.org/10.1128/mSystems.01153-20
12. Erofeev T., Masenina E., Zaharova E., Erofeeva I., Tolmacheva V., Kotlyarskaya I. Microbiological contamination of reinforced concrete structures in the poultry complex. AlfaBuild. 2022. Vol. 25. Iss. 5. 2501. https://doi.org/10.57728/ALF.25.1
13. Yakovleva G., Sagadeev E., Stroganov V., Kozlova O., Okunev R., Ilinskaya O. Metabolic activity of micromycetes affecting urban concrete constructions. The Scientific World Journal. 2018. Vol. 2018. 8360287. https://doi.org/10.1155/2018/8360287
14. Sand W. Microbial mechanisms of deterioration of inorganic substrates — a general mechanistic overview. International Biodeterioration&Biodegradation. 1997. Vol. 40. Iss. 2–4, pp. 183–190.
https://doi.org/10.1016/S0964-8305(97)00048-6
15. Светлов Д.А., Качалов А.Н. Микробиологическая коррозия строительных материалов // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». 2019. Т. 6. № 4. 19SATS419. https://dx.doi.org/10.15862/19SATS419
15. Svetlov D.A., Kachalov A.N. Microbiological corrosion of building materials. Transportnyye sooruzheniya Internet-journal. 2019. Vol. 6. No. 4. 19SATS419. (In Russian). https://dx.doi.org/10.15862/19SATS419
16. Bertron A. Understanding interactions between cementitious materials and microorganisms: a key to sustainable and safe concrete structures in various contexts. Materials and Structures. 2014. Vol. 47, pp. 1787–1806. https://doi.org/10.1617/s11527-014-0433-1
17. Dubey R.S., Shandilya Y. Microbiologically influenced corrosion of concrete: a review. International Journal of Current Research. 2019. Vol. 11. Iss. 06, pp. 4282–4287. https://doi.org/10.24941/ijcr.35365.06.2019
18. Строганов В.Ф., Сагадеев Е.В. Биоповреждение строительных материалов // Строительные материалы. 2015. № 5. С. 5–9.
18. Stroganov V.F., Sagadeev E.V. Biodeterioration of building materials. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 5, pp. 5–9. (In Russian).
19. Giannantonio D.J., Kurth J.C., Kurtis K.E., Sobecky P.A. Effects of concrete properties and nutrients on fungal colonization and fouling. International Biodeterioration&Biodegradation. 2009. Vol. 63. Iss. 3, pp. 252–259.https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2008.10.002
20. Ondrejka Harbulakova V., Estokova A., Luptakova A., Smolakova M. impact of concrete´s curing process on its biocorrossive resistance. International journal of mechanics. 2019. Vol. 13, pp. 79–83.
21. Денисов А.А., Ганяев А.М. Биокоррозия бетонных строительных конструкций в контакте с пресной водой // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 5 (2). С. 158–161.
21. Denisov A.A., Ganyaev A.M. Biocorrosion of concrete construction in contact with fresh water. Izvestia of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2011. Vol. 13. No. 5 (2), pp. 158–161. (In Russian).
22. Bone J.R., Stafford R., Hall A.E., Herbert R.J.H. The intrinsic primary bioreceptivity of concrete in the coastal environment – A review. Developments in the Built Environment. 2022. Vol. 10. 100078. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2022.100078
23. Zhang R., Liu P., Ma L., Yang Z., Chen H., Zhu H.X., Xiao H., Li J. Research on the corrosion/permeability/frost resistance of concrete by experimental and microscopic mechanisms under different water–binder ratios. International Journal of Concrete Structures and Materials. 2020. Vol. 14. 10.
https://doi.org/10.1186/s40069-019-0382-8
24. Hayek M., Salgues M., Souche J.C., Cunge E., Giraudel C., Paireau O. Influence of the intrinsic characteristics of cementitious materials on biofouling in the marine environment. Sustainability. 2021. Vol. 13. Iss. 5. 2625. https://doi.org/10.3390/su13052625
25. Строкин К.Б., Новиков Д.Г., Коновалова В.С., Логинова С.А., Нармания Б.Е. Определение ресурса безопасной эксплуатации конструкций из железобетона в условиях микробиологической коррозии // Современные проблемы гражданской защиты. 2020. № 4 (37). С. 62–69.
25. Strokin K.B., Novikov D.G., Konovalova V.S., Loginova S.A., Narmaniya B.E. Determination of safe service life of structures made of reinforced concrete at microbially induced corrosion. Sovremennye problemy grazhdanskoj zashhity. 2020. No. 4 (37), pp. 62–69. (In Russian).
26. Roberts D.J., Nica D., Zuo G., Davis J.L. Quantifying microbially induced deterioration of concrete: initial studies. International Biodeterioration&Biodegradation. 2002. Vol. 49. Iss. 4, pp. 227–234.
http://dx.doi.org/10.1016/S0964-8305(02)00049-5
27. Федосов С.В., Румянцева В.Е., Коновалова В.С., Караваев И.В. Скорость проникновения хлорид-ионов к поверхности стальной арматуры в гидрофобизированных бетонах // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2018. № 4 (56). С. 93–98.
27. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Konovalova V.S., Karavaev I.V. Rate of penetration of chloride ions to the surface of steel reinforcement in hydrophobized concretes. Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii. Regional’noye prilozheniye. 2018. No. 4 (56), pp. 93–98. (In Russian).
28. Konovalova V.S. Investigation of the effect of volumetric hydrophobization on the kinetics of mass transfer processes occurring in cement concretes during corrosion // Materials. 2023. Vol. 16. Iss. 10. 3827. https://doi.org/10.3390/ma16103827
29. Maryoto A., Gan B.S., Hermanto N.I.S., Setijadi R. The compressive strength and resistivity toward corrosion attacks by chloride ion of concrete containing type I cement and calcium stearate. International Journal of Corrosion. 2018. Vol. 2018. 2042510. https://doi.org/10.1155/2018/2042510
30. Федосов С.В., Степанова В.Ф., Румянцева В.Е., Котлов В.Г., Степанов А.Ю., Коновалова В.С. Коррозия строительных материалов: проблемы, пути решения. М.: Издательство АСВ, 2022. 400 с.
30. Fedosov S.V., Stepanova V.F., Rumyantseva V.E., Kotlov V.G., Stepanov A.Yu., Konovalova V.S. Korroziya stroitel’nyh materialov: problemy, puti resheniya [Corrosion of building materials: problems, solutions]. Moscow: ASV. 2022. 400 p.
31. Quraishi M.A., Kumar V., Abhilash P.P., Singh B.N. Calcium stearate: a green corrosion inhibitor for steel in concrete environment. Journal of Materials and Environmental Science. 2011. Vol. 2. No. 4, pp. 365–372.
32. Коновалова В.С. Взаимосвязь изменений в структурно-фазовом составе и прочности гидрофобизированного бетона, происходящих в результате воздействия сильно агрессивной хлоридсодержащей среды // Умные композиты в строительстве. Т. 3. № 3. С. 41–55. https://doi.org/10.52957/27821919_2022_3_41
32. Konovalova V.S. The relationship of changes in the structural-phase composition and strength of hydrophobized concrete under the influence of a chloride-containing medium. Smart composites in construction. Vol. 3. No. 3, pp. 41–55. (In Russian). https://doi.org/10.52957/27821919_2022_3_41