Будущее за мицелием: как используют грибы в строительстве, дизайне и медицине
Грибы есть везде. Они внутри и вокруг нас. Эти удивительные организмы едят камни, создают почву, переваривают загрязняющие ее вещества, удобряют и убивают растения, не погибают в космосе, вызывают видения, производят пищу и лекарства, манипулируют поведением животных и влияют на состав атмосферы. Они дают ключ к пониманию процессов, происходящих на планете Земля, и даже наших чувств, мышления и поступков. Тем не менее жизнь грибов скрыта от посторонних глаз: более 90% их видов даже не зарегистрированы.
Кто такой гриб
Царство грибов так же велико и многообразно, как животные и растения, а отдельные его представители даже обладают признаками примитивного интеллекта. В ходе эксперимента, проведенного в 2000 году, японские ученые доказали, что мицелий способен производить клеточные вычисления: собирать и систематизировать данные об окружающей среде, определять свое местоположение в пространстве и передавать полученную информацию другим частям грибниц.
Чего вы не знали о грибах
— Орегонский монстр . Грибница опенка темного считается крупнейшим живым организмом на планете. Она развивается в лесном заповеднике «Малур» в штате Орегон, США. Ее площадь — более 880 га, а возраст — приблизительно 2,4 тыс. лет. Этот гигантский организм нашли благодаря массовой гибели деревьев: мицелий окутывает корни растений и заражает их медовым грибком.
Источник
— Тяжесть земли . Общий вес углерода, содержащегося во всех живых организмах планеты, составляет около 550 гигатонн (Гт). Больше всего этой массы приходится на растительный мир — 450 Гт (80%), на втором месте бактерии — 70 Гт (около 13%), а на третьем — царство грибов, 12 Гт (2%). Для сравнения: общий вес людей — жалкие 0,06 Гт (приблизительно 0,01%).
— Зомби-грибы . Наиболее изобретательные манипуляторы, управляющие поведением животных, — группы грибов, обитающие в телах насекомых.
Например, Ophiocordyceps unilateralis селится в муравьях-плотниках. Заразившись грибком, те лишаются инстинктивного страха высоты, покидают свои относительно безопасные гнезда и взбираются на ближайшее растение в зоне с подходящей температурой и влажностью, чтобы позволить новому хозяину плодоносить. Со временем паразит заставляет муравья сжимать челюсти вокруг растения. В этом необычном положении жертва умирает, а мицелий прорастает сквозь ее ноги, приковывая ту к поверхности. Затем гриб переваривает тело насекомого, и из его головы пробивается стебель, из которого споры осыпаются на сородичей погибшего, пробегающих внизу по земле.
Грибы и люди
Мы уже писали об искусственной коже и наушниках из мицелия, но это лишь малая часть его уникальных и разнообразных суперспособностей. С помощью грибов можно создавать и разрушать мир вокруг нас, спасать людей и путешествовать в другую реальность. Микофабрикация — перспективное направление, связанное с применением грибов в разных сферах жизни: текстильной промышленности, строительстве, дизайне и т. д.
Грибы в медицине
О лечебных свойствах грибов известно давно. Например, коренные народы Австралии обрабатывали раны плесенью, собранной с тенистой стороны эвкалиптовых деревьев, да и в египетских папирусах XV века до н. э. тоже говорится о ее целительном эффекте.
И только в 1928 году Александр Флеминг обнаружил, что плесень производит особое бактериостатическое вещество. Его назвали «пенициллин», и оно стало первым современным антибиотиком, спасшим бесчисленное количество жизней.
Открытие Флеминга считается одним из эпохальных событий в истории медицины.
На молекулярном уровне грибы и люди достаточно похожи, и оказалось, что пенициллин способен защищать от бактериальной инфекции и нас тоже. 15% всех современных вакцин производят инженерные штаммы дрожжей.
Источник
Псилоцибин всё чаще применяют при лечении депрессии. В ходе клинических испытаний, проводившихся в 2016 году, состояние 19 добровольцев с таким диагнозом улучшилось спустя неделю после двух процедур. Сейчас тестирование прогрессивного метода лечения продолжается на более широкой выборке. В России псилоцибин внесен в список наркотических средств, оборот которых в стране запрещен.
Грибы в экологии
— Индустрия красоты . Поштучно упакованные маски и прочие косметические товары такого рода обычно сделаны из пластика или вспененных пенопластовых полимеров. Экологичной альтернативой им могут стать патчи, спонжи для нанесения макияжа, маски для лица, разделители для пальцев ног и спа-тапочки из мицелия.
Технология MycoFlex™ позволяет без вреда для окружающей среды ухаживать за собой. После использования продукты можно отправить в компост.
Спонж для лица, сделанный из мицелия. Источник
Маска для лица, сделанная из мицелия. Источник
— Упаковка . Американская компания Ecovative Design выращивает новые устойчивые материалы из корневой структуры грибов. К мицелию для повышения плотности продукта добавляют различные органические отходы сельскохозяйственного производства — шелуху от зерен овса, гречихи и хлопка. Упаковка растет до нужного размера, затем ее извлекают из формы и высушивают.
Упаковка для стеклянной бутылки на основе мицелия. Источник
Технологии такого производства позволяют «настроить» структуру мицелия с учетом желаемых эксплуатационных характеристик материала. Выбор пористости, текстуры, прочности, упругости, ориентации волокон и формы остается за заказчиком. Новый продукт позиционируется как экологичный аналог пластмассы. Так, компания ИКЕА решила заменить всю пенополистирольную упаковку своих товаров мицелиальной.
— Утилизация окурков . Грибы можно «заставить» есть сигаретные окурки, использованные подгузники, разливы нефти и даже радиацию. Миколог-самоучка и основатель организации Radical Mycology Питер Маккой разрабатывает технологии для решения многих технологических и экологических проблем, с которыми сталкивается человечество.
Например, он научил гриб Pleurotus переваривать, возможно, самый распространенный в мире мусор — сигаретные окурки, а это примерно 6,5 трлн штук каждый год, или 18 млрд в день. Токсичные остатки препятствуют процессу естественного разложения.
Источник
Со временем гриб научился использовать сигаретные отходы в качестве единственного источника пищи. Мицелий неуклонно просачивался вверх через банку, наполненную смятыми, испачканными смолой окурками. И вскоре даже выбрался наружу.
Пепельница из мицелия. Источник
Жительница Брюсселя Одри Шпейер основала стартап PuriFungi и разработала «живую» пепельницу из грибов, которые переваривают окурки быстрее, чем это может сделать природа, — от 2 до 8 недель.
Грибы в дизайне
— Лампы из мицелия . Промышленный дизайнер Джонас Эдвард создал лампы MYX из растительного волокна и грибного мицелия. Они «зреют» в форме в течение 2–3 недель, пока накапливается гибкая и мягкая живая ткань. После чего можно собирать урожай здоровых вешенок, а лампу — высушить и использовать по назначению. Органический предмет интерьера экологичен и легко компостируется.
Лампа, сделанная на основе мицелия. Источник
Мицелий стабилизирует конструкцию и «склеивает» ее. MYX состоит из отходов: грибной организм поступает с коммерческой фермы, а растительные волокна — это остаточный материал текстильной промышленности.
— Мебель из мицелия . Исследовательская группа по архитектуре и дизайну Terreform создала мебель, сегменты которой выращены из штаммов грибов. Изобретатели используют полипористые виды (в данном случае — Ganoderma lucidum), вырабатывающие ферменты для быстрого переваривания сельскохозяйственных побочных продуктов на основе целлюлозы.
Источник
Наполнитель состоит из мицелия, выброшенной древесной щепы, гипса, овсяных отрубей, которые потребляются грибами и затем затвердевают, образуя жесткий, прочный и функциональный материал. Внешняя часть — биополимер, смесь грибницы и целлюлозы.
Такое низкотехнологичное и неэнергоемкое производство не наносит вреда окружающей среде. В конце жизненного цикла грибную мебель можно компостировать, и она будет естественным образом разлагаться, не загрязняя почву.
Дизайнер Эрик Кларенбек разработал стул, напечатанный на 3D-принтере, с использованием живого гриба, воды и порошкообразной соломы, которая выступала питательной средой для желтой вешенки.
Стул, сделанный на основе мицелия. Источник
Мицелий развивался внутри каркаса, «замещая» воду и создавая твердый, но чрезвычайно легкий материал. Грибы начали расти на поверхности, и в тот момент, когда стул полностью сформировался, всю конструкцию высушили.
Этот материал может использоваться для изготовления не только мебели, но и всего интерьера или даже целого дома.
Грибы в строительстве
Продукция из мицелия ничем не уступает кирпичу, ДСП и другим стройматериалам: она легкая, водо- и огнестойкая, прочнее бетона при внешних воздействиях и превосходит пенопласт по изоляционным качествам.
Компания Ecovative выращивает устойчивый высокоэффективный продукт Myco Board для замены инженерной древесины. Вместо агрессивных веществ, которые используют при производстве обычных блоков, здесь применяется естественный, быстро возобновляемый мицелий.
Блоки, сделанные на основе мицелия. Источник
Затем этот материал сжимается с помощью тепла и давления в доски или другие формы. Его можно вырастить за несколько дней в неограниченном количестве, а в конце использования компостировать или пустить на удобрения.
Грибы в пищевой промышленности
На основе грибов можно производить аналоги животной пищи.
Компания Atlast с помощью твердотельной ферментации (культивирование микроорганизмов на субстрате с низким содержанием влаги) дает мицелию вырасти в целостную структуру. Такой продукт требует минимальной обработки и по текстуре напоминает нарезанное мясо.
Заготовка для бекона из мицелия. Источник
Ему можно придать практически любую форму и вкус. Например, для производства бекона свежий кусок нарезают на полоски, готовят специальный рассол и маринуют в дымчатом соусе. Вкус и аромат получившегося продукта практически идентичны оригиналу.
Жареный бекон из мицелия. Источник
Веганский стейк, куриную грудку и бекон наполняют белком, питательными веществами и жирами.
Михаил Вишневский, кандидат биологических наук, миколог: «Грибы давно стали неотъемлемой частью разных инновационных технологий. Без них не работает ни одна современная отрасль промышленности: производство тканей, древесины, получение лекарственных препаратов, биохимия, начиная от лимонной кислоты и заканчивая любой сложной органикой. Развитие шло десятилетиями и сейчас достигло своего пика. За последнее время были открыты многие функции и свойства, о которых раньше даже не подозревали.
Грибы стали использовать в новых направлениях. Например, они выходят на первое место в борьбе с загрязнениями окружающей среды любого рода, в том числе радиоактивными элементами и тяжелыми металлами. Очистка почвы и воды без грибов теперь вообще немыслима: из мицелия делают тончайшие фильтры.
Живые дрожжи также убирают органику из различных сливов.
Грибы начинают активно использовать в экостроительстве. Из них делают предметы быта и интерьера, а порой и целые дома на основе мицелия, который сращивают с определенным субстратом. Далее он запекается и становится прочным, твердым и легким. А надоевший предмет можно выбросить прямо под дождь — он полностью разложится, не нанося вреда окружающей среде.
Уже ведутся разработки умного бетона (пусть пока и не в промышленных масштабах): если возникает трещина или повреждение, такой материал сам себя затягивает.
Мицелий активно используют в сельском хозяйстве, потому что определенные грибы уничтожают вредных насекомых, растения и даже другие грибы. Они могут служить полноценной заменой животного мяса (за исключением витамина B12).
Я думаю, что в ближайшие десятилетия в результате научно-технического прогресса область использования грибов значительно расширится и они будут играть еще более заметную роль в нашей жизни.
В массовое производство такие решения пока не внедряются по нескольким причинам.
Во-первых, экономические факторы. Одно дело — запустить крафтовое производство, а другое — выйти на промышленные объемы. Для этого требуются крупные вложения, а также грандиозные рекламные кампании и прочие инструменты маркетинга.
Эко- и биоориентированных людей не так много, а состоятельных среди них еще меньше. Подавляющее большинство будет считать деньги, а пока такие продукты дороже своих обычных аналогов. Глобальных изменений в этой отрасли не произойдет, пока всё не встанет на промышленные рельсы с невысокой себестоимостью и приемлемой ценой для основной массы населения.
Например, искусственное мясо уже существует и производится, но стоит дороже натурального. Когда оно подешевеет, многие с удовольствием перейдут на такую продукцию.
Во-вторых, тормозит этот процесс косность мышления потребителей и сила привычки. Не каждый рискнет купить себе ботинки из искусственной грибной кожи или стул из мицелия».
Читайте также
Правда ли, что грибы сделали из обезьяны человека?
Активный ингредиент многих видов «волшебных» грибов классифицируется как психоделик. Он относится к энтеогенам — группе веществ растительного происхождения, которые могут вызвать глубокие переживания сродни религиозному экстазу. Его употребление изменяет сознание и восприятие. Эффекты варьируются от слуховых, зрительных и сновидческих галлюцинаций до сильных сдвигов в когнитивном и эмоциональном состоянии, потери чувства времени и пространства.
Эксцентричный писатель, философ и этноботаник Теренс Маккенна отмечал ключевую роль галлюциногенных грибов в истории человеческого общества. По его мнению, их потребление обусловило биологическую, культурную и духовную эволюцию нашего вида.
Религия, сложная социальная организация, торговля и самое раннее искусство появляются в течение относительно короткого периода истории — примерно 50–70 тыс. лет назад. Гипотез, объясняющих, что послужило причиной этого культурного прорыва, много. Но Маккенна считает, что именно грибы спровоцировали первые проблески человеческой рефлексии, языка и духовности.
«Волшебные» грибы. Источник
В своей книге «Пища богов» исследователь предположил, что примерно в то же самое время, когда Homo erectus эволюционировал в Homo sapiens, изменение климата в Африке лишило древних людей некоторых основных источников пищи. Маккенна полагал, что первобытные племена следовали по миграционным путям диких стад скота, производившего навоз. В нем хорошо растут грибы, а еще на продукты жизнедеятельности крупных животных слетались насекомые, которые, размножаясь, попадали в пищу и становились частью новой диеты кочевников. Так произошло невольное знакомство человека с психоделиками.
По мнению Маккенны, гриб стимулировал мозг ранних людей, а это, в свою очередь, привело к появлению языка, изобразительного искусства, музыки, танца и религии. В качестве доказательства он указывал на «психоделические» наскальные рисунки и другие иллюстрации с грибами, созданные нашими далекими предками.
Может быть интересно
Михаил Вишневский: «И с эволюционной, и с биологической точки зрения теория Теренса Маккенны в том виде, в каком ее сформулировал сам автор, не выдерживает никакой критики.
Он опирался на исследование Рональда Фишера, где тот утверждал, что грибной галлюциноген влияет (иногда даже положительно) на некоторые характеристики зрения. Маккенна же на основании этого тезиса категорично заключил, что люди, евшие такую пищу, стали в целом лучше видеть.
И как следствие — эффективнее охотиться и развивать материальную и духовную культуру. Они сделались добрее и отзывчивее, у них уменьшилось эго, и в итоге получилось современное человечество. Маккенна считал, что благодаря галлюциногенным грибам сформировалось гуманное общество.
Но достаточно посмотреть на цивилизации ацтеков или майя, жрецы которых тоже активно употребляли эти вещества, чтобы убедиться в обратном: кровь с жертвенных пирамид текла круглый год бурным потоком, а зверства, пытки и казни были нормой общественного поведения.
Впрочем, если вынести за скобки чересчур экстравагантные и не вполне научные утверждения об улучшении зрения и гуманизации человека, есть в теории Теренса Маккенны и рациональное зерно. Например, мы действительно можем предположить, что активное вещество галлюциногенных грибов усиливало когнитивные способности и мозговую деятельность приматов вообще и Homo sapiens в особенности.
Не так давно выяснилось, что наш вид значительно чувствительнее реагирует на подобные органические соединения, чем шимпанзе, гориллы и прочие ближайшие родственники человека по эволюционному древу. Эта черта была нам присуща на протяжении нескольких миллионов лет.
Грибные галлюциногены действительно способствуют возникновению новых нейронных связей в мозгу, а значит, могли повлиять на эволюцию Homo sapiens как разумного существа. Такой эффект, несомненно, привел бы к возникновению и развитию ранних форм верований, например шаманизма во всех его видах. А бурная мыслительная деятельность и формирование религиозных представлений на основе видений однозначно способствовали бы прогрессу общества».
Внедрение в реставрационную практику молекулярно-генетических методов исследования
Обзор
Перекрытие первого этажа реставрируемого аварийного здания
Автор
Редакторы
Реставрация исторических зданий позволяет сохранить индивидуальный облик городов. Одной из важнейших проблем, которые решают реставраторы, является ликвидация последствий развития биодеструкторов на конструкциях и предотвращение дальнейшего их появления. Однако для эффективной борьбы с биопоражением нужно знать видовой состав вызывающих его организмов, для чего целесообразно применять не только классические, но и молекулярно-генетические методы.
«Биология — наука 21 века»
Эта работа публикуется в рамках конкурса научно-популярных статей, проведенного на конференции «Биология — наука 21 века» в 2013 году.
Реставрация исторических зданий — важная и нужная веха градостроительства и сохранения неповторимого облика городов. Одной из ключевых ее проблем является биопоражение строительных материалов, особенно древесины. Нормативная база и методология обследования деревянных конструкций на предмет биопоражения нуждаются в конкретизации и расширении. Для этого необходимы новые инструменты, позволяющие более точно проводить идентификацию биодеструкторов, а также раскрывать суть процессов, происходящих при биологическом разложении древесины конструкций. Для определения видовой принадлежности основных дереворазрушителей особенно эффективными могут стать молекулярно-генетические методы. Именно это позволит точно выяснить, какими организмами вызвано поражение древесины и, соответственно, какими способами можно с ним бороться.
Какова роль биолога в обследовании зданий?
В последние десятилетия возрос интерес к изучению биопоражений строительных материалов исторических зданий как к отдельному разделу обследования памятников архитектуры. Соответственно, возрос и объем нормативной литературы в этой области [1], который продолжает расширяться, поскольку реставрационная биология на месте не стоит.
От инженера-биолога, коим является автор, в реставрации требуется не только любоваться красотами дворцовых чердаков и подвалов, но и искать участки биопоражений конструктивных элементов здания, определять видовой состав организмов, вызывающих биодеструкцию, описывать степень их влияния на механические свойства материала и давать рекомендации, как устранить причины и следствия биодеструкции. Именно рекомендации по реставрации конструкций являются квинтэссенцией биологического исследования конструкций здания, т.к. напрямую вытекают из результатов натурного и лабораторного исследования.
Итак, требуется определить видовой состав биодеструкторов строительных материалов. И если мхи, лишайники, водоросли, бактерии и высшие растения обычно удается определить без сильных затруднений по морфологическим и некоторым другим параметрам, жуки обычно оставляют характерные продукты жизнедеятельности (если отсутствуют личинки и другие стадии развития), то с определением грибов возникает больше всего проблем. Именно на них мы остановимся подробнее.
Заклятые враги древесины строительных конструкций
Все биодеструкторы, от которых мы с таким усердием стараемся избавиться в своих жилищах, в природе выполняют важную функцию утилизации неорганики и мертвой органики для осуществления круговорота веществ [2]. Именно из окружающей среды в здания попадают различные организмы, которые находят для себя сносные условия обитания и начинают заниматься привычным делом — разложением материалов. Биодеструкция наиболее опасна для древесины, т.к. именно этот материал может быть полностью разложен живыми организмами с очевидными последствиями для здания, построенного из этого материала. Насекомые-древоточцы и грибы наносят самый большой ущерб, по сравнению с другими организмами. В то время как в строительной древесине может развиваться сравнительно небольшое число насекомых, видовой состав грибов-биодеструкторов поражает своим разнообразием. Микроскопические грибы или микромицеты (больше известные под названием плесень), в большинстве своем, достаточно хорошо растут на питательных средах и в дальнейшем определяются до рода, а чаще и до вида. Макромицеты (домовые грибы) при наличии плодового тела идентифицируются без особых затруднений, однако проблема в том, что плодовые тела в условиях зданий они выдают крайне редко. Чаще всего в древесине, пораженной макромицетами, не удается обнаружить ни плодовое тело, ни мицелий (рис. 1).
Рисунок 1. Часть деревянного элемента, пораженного домовым грибом.
Необходимость идентификации биодеструктора до вида
По характеру гнили определить вид разрушителя невозможно, т.к. это не видо- и даже не родоспецифичный признак. По данному признаку иногда даже сложно сказать, вызвано ли это разрушение макро- или микромицетом. В то же время, определение вида макромицета необходимо для формирования корректных рекомендаций по реставрации конструктивных элементов постройки.
В правилах обследования деревянных элементов, изложенных в СП (Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений) 13-102-2003, лишь рекомендуется отбор образцов для микологического анализа [3], в РВСН (Региональные временные строительные нормы) [1] содержатся более конкретные рекомендации по обследованию здания и последующим лабораторным исследованиям. Между тем, для формулирования точных рекомендаций необходимо знать, какой вид макромицета разрушает элемент. Дело в том, что есть сравнительно медленно растущие грибы, а есть такие, как Serpula lacrymans (Wulfen) P. Karst., которые могут полностью разрушить крупную балку за полтора года [4]. Сильное разрастание этого макромицета показано на рис. 2.
Рисунок 2. Разрастание макромицета Serpula lacrymans на деревянных элементах и на других материалах
В случае поражения сильными биодеструкторами, быстро проникающими вглубь элемента, рекомендуется удаление всего элемента или его части. Однако если встречается поражение слабыми биодеструкторами, симптомы поражения древесины у которых сходны с начальной стадией поражения крупными разрушителями, возможны менее радикальные меры борьбы. Т.е. благодаря определению вида биодеструктора можно спасти элемент вместо его удаления. В этом случае рекомендуется зачистка с обработкой антисептиками, и, в целом, восстановление эффективной вентиляции и ликвидация причины намокания конструкции.
А быстро и точно определить вид дереворазрушающего гриба или его отсутствие можно именно при помощи молекулярно-генетических методов. Точные методы идентификации базидиомицетов незаменимы в случае, когда отсутствуют вегетативные или генеративные структуры, по которым можно определить гриб классическими методами. Наибольшее количество исследований деструкторов древесины проводится с использованием метода ПЦР (полимеразная цепная реакция [10]).
Кроме того, методика RAPD (случайно амплифицированная полиморфная ДНК) разделяет эти грибы на разные таксономические уровни, выявляет полиморфизм изолятов одного вида. При использовании чистой культуры это быстрый метод, но он не подходит для образцов с неизвестным количеством и видовым составом грибов [5]. Таким образом, исследования грибной ДНК становятся все более популярными. Консервативные участки ДНК, соответствующие 18S- и 28S-участкам рРНК, используются преимущественно для филогенетического анализа рода, семейства и более высоких таксономических групп [6]. Быстрый и недорогой метод ITS-последовательностей (ITS — внутренний транскрибируемый участок) применяется для идентификации видов грибов в образцах, пораженных дереворазрушителями. Ограниченный размер ITS в 600–700 пар нуклеотидов не позволяет разделить все восемьдесят с лишним видов макроскопических грибов, обнаруживающихся в зданиях. К тому же, последовательности неопределенных видов, не депонированные в Gene Bank, могут напоминать последовательности уже известных грибов за счет сходных фрагментов, и путать картину [5].
Наиболее перспективной современной молекулярно-генетической технологией для быстрого определения вида дереворазрушителя, как нам представляется, является использование ДНК-чипов основных макромицетов-биодеструкторов [7]. Кроме того, основываясь на разнице последовательностей ДНК разных видов, можно создавать видоспецифичные праймеры для основных биодеструкторов. SSPP (ПЦР с видоспецифичными праймерами) может стать мощным средством для идентификации грибов. Этот быстрый метод успешно используется в Германии, однако он работает только с теми представителями микобиоты, для которых уже синтезированы специфичные праймеры [5]. Немецкие микологи в последнее время предпочитают молекулярно-генетические методы классическим, — во всяком случае, данные они представляют по результатам молекулярных технологий.
Как представляется нам такое исследование? Инженер-миколог обследует здание и выявляет конструкционные элементы (балки, стропильные ноги, доски и пр.), на которых развивается биопоражение. Он выделяет наиболее характерные участки, поражение которых имеет ту же картину, что и других. Тут, конечно, он берет на себя большую ответственность, но на то он и специалист. А взять образцы из всех элементов подряд нельзя, потому что количество проб определяется финансовыми возможностями и техническим заданием заказчика обследования. Для отбора проб используются самые прозаические инструменты: нож, дрель, шило. Нужно не забывать стерилизовать орудие труда при помощи спирта, иначе результат будет, мягко говоря, смазанным — особенно это касается чувствительных молекулярно-генетических методов. Далее богатый урожай в виде кусочков древесины приносят в лабораторию, где проводят тщательный анализ на видовой состав биодеструкторов.
Молекулярные технологии позволяют уже через пару рабочих дней установить, являются ли возбудитель заболевания древесины совместимым с дальнейшей жизнью элемента или нет. Составляются четкие рекомендации, где, насколько и что нужно отрезать или что необходимо удалить целиком, какую обработку применить, сколько раз и с каким интервалом, и что еще важно предпринять, чтобы спасти конструкцию. Инженеры-технологи очень внимательно изучают отчет микологов и принимают окончательное решение по технологиям реставрации: именно за ними последнее слово в деле спасения или замены элемента.
Рисунок 3. Визуализированные результаты ПЦР. 1–4: для образцов стропильных ног, пораженных поверхностно; 5–7: для образцов стоек стен в театре, разрушенных более, чем на 50% объема.
Говоря о современных методах идентификации грибов, следует уточнить, что для определения всего пула представителей микобиоты, развивающихся на древесине, все еще целесообразно применять классические методы, поскольку часто они оказываются быстрее, информативнее и намного дешевле. К тому же, существуют некоторые трудности при идентификации биодеструкторов молекулярно-генетическими методами. Эти технологии дают качественные, но не количественные показатели. Следует также отметить, что некоторые образцы из древесины в поздней стадии разрушения имели гораздо более слабый амплификационный сигнал, чем образцы в ранней стадии. Возможно, это связано с увеличением содержания продуктов жизнедеятельности грибов, выделяющихся при разложении древесины и ингибирующих ПЦР, а также с деградацией ДНК на поздних стадиях разложения древесины [8]. Так что, при работе с сильно разложенными образцами можно вообще не получить амплификационного сигнала, что и наблюдалось нами в ряде случаев. На рис. 3 представлены профили, получаемые при визуализации результатов ПЦР для образцов в средней (1–4) и последней (5–7) стадиях разложения. Сами образцы были получены из здания Императорского театра на Каменном острове Санкт-Петербурга.
Кроме уточнения видовой принадлежности макромицетов, молекулярно-генетические методы могут оказаться незаменимыми и для идентификации вида насекомого, разрушающего древесину конструкций, когда происходит совместная биодеструкция древесины с макромицетом, но при этом отсутствуют любые жизненные стадии или характерные следы жизнедеятельности насекомых. Насекомые разных видов имеют разное время вылета из древесины, что определяет время, когда инсектицидная обработка материала наиболее эффективна.
Почему же так важно точное определение вида биодеструктора?
Для всех реставраторов крайне важен вопрос подлинности как самого памятника, так и составляющих его конструктивных элементов. На эту тему полемика ведется с тех пор, как зародилась сама реставрация. К примеру, некоторые специалисты считают здание, отстроенное из нового материала, хотя бы и до малейших деталей копирующее исторический оригинал, только макетом в натуральную величину, а лучшим свидетельством древности признают пораженную гниением завалившуюся постройку, искусственно удерживаемую в вертикальном положении, но с подлинными, хоть и поврежденными бревнами [9]. Для уникальных исторических зданий, в т.ч. церквей, являющихся единственными в своем роде архитектурными шедеврами, ценным является каждый сантиметр исторической древесины, который может быть спасен и включен в конструкцию как составная часть элемента, надставленного за счет новой древесины. Ярчайшим примером может служить Преображенская церковь на острове Кижи, на спасение которой затрачено и еще необходимо затратить много усилий различных специалистов, в т.ч. микологов.
В исторических зданиях с двухсотлетними деревянными конструкциями также важно точно знать, чем больна древесина, поскольку, как уже говорилось раньше, предпочтительно сохранять старые элементы, имеющие гораздо более высокие прочностные характеристики и устойчивость к поражению, чем новые. Среди таких зданий Петербурга, где автору довелось работать, Мариинский дворец (здание Законодательного собрания Санкт-Петербурга) (рис. 4а), Императорский театр на Каменном острове, Большой Драматический театр им. Г.А. Товстоногова, Гатчинкский дворец (рис. 4б), театр им. Ленсовета и многие другие менее знаменитые, но также интересные и значимые здания.
Рисунок 4а. Жемчужины мировой архитектуры. Мариинский дворец.
Рисунок 4б. Жемчужины мировой архитектуры. Гатчинский дворец.
Кроме того, в предыдущие века здания строили из хорошо просушенной в естественных условиях в течение нескольких лет древесины, которая за счет спадения клеточных стенок приобретала такую устойчивость к биодеструкции, которая не может быть достигнута никакой химической обработкой. При современной интенсификации производства древесину сушат форсировано в специальных сушильнях (если вообще сушат), что зачастую приводит к появлению трещин вдоль волокон за счет создания большой разницы во влажности наружных и внутренних ее слоев. Исходя из практических наблюдений, даже поврежденная старая древесина может нести прежнюю нагрузку (с учетом инженерных расчетов), и ее оставляют на прежнем месте вследствие больших затруднений, связанных с ее удалением. Именно поэтому зачастую очень важно знать, какого размера участок необходимо удалить, и можно ли обойтись вовсе без удаления.
А зачем вообще оставлять древесину, почему нельзя заменить ее на, скажем, железобетон? Дело в том, что древесина в разы легче, чем другие стройматериалы, на которые ее можно было бы заменить. Фундаменты и прочие конструкции исторических зданий не рассчитаны на подобные нагрузки, и в результате такой подмены строение может оказаться в аварийном состоянии. Плюс к тому, древесина — самый экологичный, эластичный и долговечный материал (при соблюдении верного температурно-влажностного режима, хорошей вентиляции), созданный самой природой на благо человека.
На сегодняшний день молекулярно-генетические методы практически не используются в российской реставрационной практике, однако можно смело утверждать, что, при использовании вкупе с классическими методами, они сделают микологическое исследование более беспристрастным и информативным. Современные достижения в области молекулярных технологий могут существенно повысить точность рекомендаций по реставрации конструктивных элементов, а также способствовать расширению и уточнению базы нормативных документов в сфере обследования на предмет биологического поражения.
Биоповреждение строительных материалов плесневыми грибами Шаповалов Игорь Васильевич
Цель и задачи исследования. Целью исследований являлось установление закономерностей микодеструкции строительных материалов и повышение их грибостойкости. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследование грибостойкости различных строительных материалов и
их отдельных компонентов;
оценка интенсивности диффузии метаболитов плесневых грибов в
структуру плотных и пористых строительных материалов;
определение характера изменения прочностных свойств строительных
материалов под действием метаболитов плесневых;
установление механизма микодеструкции строительных материалов на
основе минеральных и полимерных связующих;
разработка грибостойких строительных материалов путем
использования комплексных модификаторов.
Научная новизна. Выявлена зависимость между модулем активности и грибостойкостью минеральных заполнителей различного химического и минералогического
состава, заключающаяся в том, что негрибостойкими являются заполнители с модулем активности менее 0,215.
Предложена классификация строительных материалов по грибостойкости, позволяющая вести их целенаправленный подбор для эксплуатации в условиях микологической агрессии.
Выявлены закономерности диффузии метаболитов плесневых грибов в структуру строительных материалов с различной плотностью. Показано, что у плотных материалов метаболиты концентрируются в поверхностном слое, а в материалах с низкой плотностью равномерно распределяются по всему объему.
Установлен механизм микодеструкции гипсового камня и композитов на основе полиэфирных смол. Показано, что коррозионное разрушение гипсового камня обусловлено возникновением растягивающего напряжения в стенках пор материала за счет образования органических солей кальция, являющихся продуктами взаимодействия метаболитов с сульфатом кальция. Деструкция полиэфирного композита происходит вследствие расщепления связей в полимерной матрице под действием экзоферментов плесневых грибов.
Практическая значимость работы.
Предложен метод повышения грибостойкости строительных материалов путем использования комплексных модификаторов, позволяющий обеспечить фунгицидность и высокие физико-механические свойства материалов.
Разработаны грибостойкие составы строительных материалов на основе цементных, гипсовых, полиэфирных и эпоксидных связующих с высокими физико-механическими характеристиками.
Составы цементных бетонов, обладающие высокой грибостойкостью, внедрены на предприятии ОАО «КМА Проектжилстрой».
Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по курсу «Защита строительных материалов и конструкций то коррозии» для студентов специальностей 290300 — «Промышленное и гражданское строительство» и специальности 290500 — «Городское строительство и хозяйство».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на Международной научно-практической конференции «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов на пороге XXI века» (г. Белгород, 2000 г.); II региональной научно-практической конференции «Современные проблемы технического, естественнонаучного и гуманитарного знания» (г. Губкин, 2001г.); III Международной научно-практической конференции — школе -семинаре молодых ученых, аспирантов и докторантов «Современные проблемы строительного материаловедения» (г. Белгород,, 2001 г.); Международной научно-практической конференции «Экология -образование, наука и промышленность» (г. Белгород, 2002 г.); Научно-практическом семинаре «Проблемы и пути создания композиционных материалов из вторичных минеральных ресурсов» (г. Новокузнецк, 2003 г.);
Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (г. Белгород, 2003).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации изложены в 9 публикациях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 181 наименование, и приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, включающего 21 таблицу, 20 рисунков и 4 приложения.
Автор благодарит канд. биол. наук, доцента кафедры микологии и фитоиммунологии Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина Т.И. Прудникову за консультации при выполнении исследований по микодеструкции строительных материалов, и профессорско-преподавательский состав кафедры неорганической химии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова за консультации и методическую помощь.
Факторы, влияющие на грибостойкость строительных материалов
Степень поражения строительных материалов плесневыми грибами зависит от ряда факторов, среди которых в первую очередь следует отметить эколого-географические факторы среды и физико-химические свойства материалов [80]. Развитие микроорганизмов неразрывно связано с факторами внешней среды: влажностью, температурой, концентрацией веществ в водных растворах, соматическим давлением, радиацией [55, 95]. Влажность среды -важнейший фактор, определяющий жизнедеятельность плесневых грибов. Почвенные грибы начинают развиваться при влажности выше 75 %, а оптимум влажности составляет 90%. Температура среды — фактор, оказывающий значительное влияние на жизнедеятельность микромицет. Каждому виду плесневых грибов соответствует свой температурный интервал жизнедеятельности и свой оптимум. Микромицеты делят на три группы: психрофилы (холодолюбивые) с интервалом жизнедеятельности 0-10С и оптимумом 10С; мезофилы (предпочитающие средние температуры) -соответственно 10-40С и 25С, термофилы (теплолюбивые) — соответственно 40-80С и 60С.
Известно также, что рентгеновское и радиоактивное излучение в малых дозах стимулирует развитие некоторых микроорганизмов, а в больших дозах убивает их.
Большое значение для развития микроскопических грибов имеет активная кислотность среды. Доказано, что от уровня кислотности среды зависит активность ферментов, образование витаминов, пигментов, токсинов, антибиотиков и другие функциональные особенности грибов. Таким образом, разрушению материалов под действием плесневых грибов в значительной степени способствует климат и микроокружение (температура, абсолютная и относительная влажность, интенсивность солнечной радиации). Поэтому биостойкость одного и того же материала различна в различных экологических и географических условиях [80]. Интенсивность повреждения строительных материалов плесневыми грибами зависит также от их химического состава и молекулярно-весового распределения между отдельными компонентами. Известно, что микроскопические грибы наиболее интенсивно поражают низкомолекулярные материалы с органическими наполнителями [83]. Так степень биодеструкции полимерных композитов зависит от строения углеродной цепочки: прямого, разветвленного или замкнутого в кольцо. Например, двухосновная себациновая кислота более доступна, чем ароматическая фталевая. Р. Благник и В. Занавой [26] установлены следующие закономерности: диэфиры предельных алифатических дикарбоновых кислот, содержащие более двенадцати атомов углерода, легко используются мицелиальными грибами; с увеличением молекулярного веса у 1-метиладипатов и н-алкиладипатов снижается устойчивость к плесневению; мономерные спирты легко разрушаются плесенью, если имеются гидроксильные группы у соседних или у крайних атомов углерода; этерификация спиртов значительно понижает устойчивость соединения к плесневению. 1 В работе Хуанга [163], исследовавшего био деструкцию ряда полимеров, отмечается, что склонность к деструкции зависит от степени замещения, длины цепи между функциональными группами, а также от гибкости полимерной цепи. Наиболее важным фактором, определяющим способность к биоразрушению, является конформационная гибкость полимерных цепей, изменяющаяся при введении заместителей. А. К. Рудакова [124] считает трудно доступными для грибов связи R-CH3 и R-CH2-R. Ненасыщенные же валентности типа R=CH2, R=CH-R] и соединения типа R-CO-H, R-CO-O-R1, R-CO-R1 — доступные формы углерода для микроорганизмов. Молекулярные цепи с разветвленным строением труднее поддаются биологическому окислению и могут оказывать токсическое действие на жизненно важные функции грибов.
Установлено что, старение материалов влияет на их стойкость к плесневым грибам. Причем степень влияния зависит от длительности воздействия факторов, вызывающих старение в атмосферных условиях. Так в работе А.Н. Тарасова и др. [155] доказано, что причиной снижения грибостойкости эластомерных материалов являются факторы климатического и ускоренного термического старения, вызывающие структурно-химические превращения этих материалов.
Грибостойкость строительных композитов на минеральной основе в большой степени определяется щелочностью среды и их пористостью. Так в работе А.В. Ферронской и др. [148] показано, что главным условием для жизнедеятельности плесневых грибов в бетонах на различных вяжущих является щелочность среды. Наиболее благоприятной средой для развития микроорганизмов являются строительные композиты на основе гипсовых вяжущих, характеризующихся оптимальным значением щелочности. Цементные композиты, благодаря высокой щелочности, менее благоприятны для развития микроорганизмов. Однако в процессе длительной эксплуатации они повергаются карбонизации, что приводит к снижению щелочности и активному заселению их микроорганизмами. Кроме того, повышение пористости строительных материалов приводит к усилению поражения их плесневыми грибами [130].
Таким образом, сочетание благоприятных эколого-географических факторов и физико-химических свойств материалов приводит к активному поражению строительных материалов плесневыми грибами.
Грибостойкость различных видов строительных материалов на основе минеральных и полимерных вяжущих
Практически все полимерные материалы, использующиеся в различных отраслях промышленности, в той или иной степени подвержены разрушающему воздействию плесневых грибов, особенно, в условиях с повышенной влажностью и температурой. С целью изучения механизма микодеструкции полиэфирного композита (табл. 3.7.) использован газохроматотрафический метод в соответствии с работой [144]. Образцы полиэфирного композита инокулировали водной споровой суспензией плесневых грибов: Aspergillus niger van Tieghen, Aspergillus terreus Thorn, Alternaria altemata, Paecilomyces variotti Bainier, Penicillium chrysogenum Thom, Chaetomium elatum Kunze ex Fries, Trichoderma viride Pers. ex S. F. Gray, и выдерживали в условиях, оптимальных для их развития т. е. при температуре 29±2С и относительной влажности воздуха более 90% в течение 1 года. Затем образцы дезактивировались и подвергались экстракции в аппарате Сокслета. После этого продукты микодеструкции анализировали в газовых хроматографах «Цвет-165» «Hawlett-Packard-5840A» с пламенно-ионизационными детекторами. Условия хроматографирования представлены в табл. 2.1.
В результате газохроматографического анализа экстрагированных продуктов микодеструкции были выделены три основных вещества (А, В, С). Анализ индексов удержания (табл. 3.9) показал, что вещества А, В и С могут содержать в своем составе полярные функциональные группы, т.к. происходит значительный прирост индекса удержания Ковача при переходе от неполярной неподвижной (OV-101) к сильнополярной подвижной (OV-275) фазе. Расчет температур кипения, выделенных соединений (по соответствующим н-парафинам) показал, что для А она составила 189-201 С, для В — 345-360 С, для С — 425-460 С. влажных условиях. Соединение А практически не образуется у контрольных и выдержанных во влажных условиях образцов. Поэтому, можно предположить, что соединения А и С являются продуктами микодеструкции. Судя по температурам кипения, соединение А, представляет собой этиленгликоль, а соединение С олигомер [-(СН)2ОС(0)СН=СНС(0)0(СН)20-]п с п=5-7. Обобщая результаты исследований, было установлено, что микодеструкция полиэфирного композита происходит вследствие расщепление связей в полимерной матрице под действием экзоферментов плесневых грибов. 1. Исследована грибостойкость компонентов различных строительных материалов. Показано, что грибостойкость минеральных заполнителей определяется содержанием оксидов алюминия и кремния т.е. модулем активности. Чем выше содержание оксида кремния и ниже оксида алюминия, тем меньше грибостойкость минеральных наполнителей. Установлено, что негрибостойкими (степень обрастания 3 и более баллов по методу А ГОСТ 9.048-91) являются материалы с модулем активности менее 0,215. Органические заполнители характеризуются низкой грибостойкостью вследствие содержания в их составе значительного количества целлюлозы, являющейся источником питания для микромицет. Грибостойкость минеральных вяжущих определяется значением рН. Низкая грибостойкость характерна для вяжущих с рН=4-9. Грибостойкость полимерных связующих определяется их строением. 2. Изучена грибостойкость различных классов строительных материалов. Предложена классификация строительных материалов по их грибостойкости, позволяющая вести их целенаправленный подбор для эксплуатации в условиях микологической агрессии. 3. Показано, что рост плесневых грибов на поверхности строительных материалов носит циклический характер. Продолжительность цикла составляет 76-90 суток в зависимости от вида материалов. 4. Установлен состав метаболитов и характер их распределения в структуре материалов. Проанализирована кинетика роста и развития микромицет на поверхности строительных материалов. Показано, что рост плесневых грибов на поверхности гипсовых материалов (гипсобетон, гипсовый камень) сопровождается кислотной продукцией, а на поверхности полимерных (эпоксидный и полиэфирный композиты) — ферментативной. Показано, что относительная глубина проникновения метаболитов определяется пористостью материала. После 360 суток экспозиции она составила для гипсобетона — 0,73, для гипсового камня — 0,5, для полиэфирного композита — 0,17 и для эпоксидного композита — 0,23. 5. Выявлен характер изменения прочностных свойств строительных материалов на основе минеральных и полимерных связующих. Показано, что у гипсовых материалов в начальный период времени наблюдалось повышение прочности в результате накопления продуктов взаимодействия двуводного сульфата кальция с метаболитами микромицет. Однако затем наблюдалось резкое снижение прочностных характеристик. У полимеркомпозитов повышения прочности не наблюдалось, а происходило лишь ее снижение. 6. Установлен механизм микодеструкции гипсового камня и полиэфирного композита. Показано, что деструкция гипсового камня обусловлена возникновением растягивающего напряжения в стенках пор материала, за счет образования органических солей кальция (оксалата кальция), являющихся продуктами взаимодействия органических кислот (щавелевой кислоты) с двуводным гипсом, а коррозионное разрушение полиэфирного композита происходит вследствие расщепления связей полимерной матрицы под действием экзоферментов плесневых грибов.
Диффузия метаболитов микромицет в структуру плотных и пористых строительных материалов
Цементные бетоны являются важнейшим строительным материалом [125]. Обладая многими ценными свойствами (экономичность, высокая прочность, огнестойкость и т.д.), они находят широкое применение в строительстве. Однако эксплуатация бетонов в условиях биологически агрессивных сред (на предприятиях пищевой, текстильной, микробиологической промышленности), а также в условиях жаркого влажного климата (тропики и субтропики), приводит к поражению их плесневыми грибами. Согласно литературным данным [131], бетоны на цементном вяжущем, в начальный период времени, обладают фунгицидными свойствами за счет высокой щелочности среды поровой жидкости, но с течением времени они подвергаются карбонизации, что способствует свободному развитию плесневых грибов. Поселяясь на их поверхности плесневые грибы, активно продуцируют различные метаболиты, в основном органические кислоты, которые, проникая в капиллярно-пористую структуру цементного камня вызывают его деструкцию [77]. Как показали исследования грибостойкости строительных материалов важнейшим фактором, обуславливающим низкую устойчивость к воздействию метаболитов плесневых грибов, является пористость. Строительные материалы, обладающие низкой пористостью, в наибольшей степени подвержены деструктивным процессам, обусловленным жизнедеятельностью микромицет. В связи с этим, возникает необходимость повышения грибостойкости цементных бетонов путем уплотнения их структуры.
Для этого предлагается использование полифункциональных модификаторов на основе суперпластификаторов и неорганических ускорителей твердения.
Как показывает обзор литературных данных [4, 61, 64], микодеструкция бетонов происходит в результате химических реакций между цементным камнем и продуктами жизнедеятельности плесневых грибов. Поэтому исследования влияния полифункциональных модификаторов на грибостойкость и физико-механические свойства проводили на образцах цементного камня (ПЦ М 5 00 ДО). В качестве компонентов полифункциональных модификаторов использовали суперпластификаторы С-3 и СБ-3, и неорганические ускорители твердения (СаС12, NaN03, Na2S04). Определение физико-химических свойств проводили по соответствующим ГОСТам: плотности по ГОСТ 1270.1-78; пористости по ГОСТ 12730.4-78; водопоглощения по ГОСТ 12730.3-78; предела прочности при сжатии по ГОСТ 310.4-81. Определение грибостойкости проводили по ГОСТ 9.048-91 методом Б, который устанавливает наличие у материала фунгицидных свойств. Результаты исследований влияния полифункциональных модификаторов на грибостойкость и физико-механические свойства цементного камня приведены в табл.5.1.
Результаты исследований показали, что введение модификаторов заметно повышает грибостойкость цементного камня. Особенно эффективны модификаторы, содержащие в своем составе суперпластификатор СБ-3. Данный компонент обладает высокой фунгицидной активностью которая объясняется наличием в его составе фенольных соединений, вызывающих нарушение работы ферментативных систем микромицет, что ведет к снижению интенсивности процессов дыхания. Кроме того, данный суперпластификатор способствуют увеличению подвижности бетонной смеси при значительном водосокращении, а также снижению степени гидратации цемента в начальный период твердения, что в свою очередь, предотвращает испарение влаги и приводит к формированию более плотной мелкокристаллической структуры цементного камня с меньшим количеством микротрещин внутри тела бетона и на его поверхности. Ускорители твердения увеличивают скорость гидратационных процессов и соответственно скорость твердения бетона. Кроме того, введение ускорителей твердения также приводит к уменьшению заряда клинкерных частиц, что способствует уменьшению слоя адсорбированной воды, создавая предпосылки для получения более плотной и прочной структуры бетона. Благодаря этому, снижается возможность диффузии метаболитов микромицет в структуру бетона и повышается его коррозионная стойкость. Наибольшей коррозионной стойкостью в отношении метаболитов микромицет обладает цементный камень, имеющий в своем составе комплексные модификаторы, содержащие 0,3 % суперпластификаторов СБ-3 Ill и C-3 и 1 % солей (СаС12, NaN03, Na2S04.). Коэффициент грибостойкость у образцов, содержащих данные комплексные модификаторы на 14,5 % выше, чем у контрольных образцов. Кроме того, введение комплексного модификатора позволяет увеличить плотности на 1,0 — 1,5 %, прочности на 2,8 — 6,1 %, а также уменьшить пористости на 4,7 + 4,8 % и водопоглощения на 6,9 — 7,3 %. Комплексный модификатор, содержащий 0,3 % суперпластификаторов СБ-3 и С-3 и 1 % ускорителя твердения СаС12, был использован ОАО «КМА Проектжилстрой» при сооружении подвальных помещений. Эксплуатация их в условиях повышенной влажности более двух лет показала отсутствие плесневых обрастаний и снижение прочности бетона.
Исследования грибостойкости гипсовых материалов показали, что они являются весьма нестойкими в отношении метаболитов микромицет. Анализ и обобщение литературных данных [17, 145, 148] показывает, что активный рост микромицет на поверхности гипсовых материалов объясняется благоприятной кислотностью среды поровой жидкости и высокой пористостью данных материалов. Активно развиваясь на их поверхности, микромицеты продуцируют агрессивные метаболиты (органические кислоты), проникающие в структуру материалов и вызывающие их глубокую деструкцию. В связи с этим, эксплуатация гипсовых материалов в условиях микологической агрессии невозможна без дополнительной защиты.
Для повышения грибостойкости гипсовых материалов предлагается использование суперпластификатора СБ-5. Согласно [150], он представляет собой олигомерные продукты щелочной конденсации отходов производства резорцина с фурфуролом (80 % мае.) формула (5.1), а также продукты осмолення резорцина (20 % мае), состоящие из смеси дизамещенных фенолов и ароматических сульфокислот.
Технико-экономический анализ эффективности использования строительных материалов с повышенной грибостойкостью
Технико-экономическая эффективность цементных и гипсовых материалов, обладающих повышенной грибостойкостью, обусловлена увеличением долговечности и надежности строительных изделий и конструкций на их основе, эксплуатируемых в условиях биологически агрессивных сред. Экономическая эффективность разработанных составов полимеркомпозитов по сравнению с традиционными полимербетонами определяется тем, что они наполнены отходами производства, что значительно снижает их стоимость. Кроме того, изделия и конструкции на их основе позволят исключить плесневение и связанные с ним процессы коррозии.
Результаты расчета стоимости компонентов предлагаемых полиэфирного и эпоксидного композитов по сравнению с известными полимербетонами представлены в табл. 5.7-5.8 1. Предложено применение комплексных модификаторов, содержащих 0,3 % суперпластификаторов СБ-3 и С-3 и 1 % солей (СаС12, NaNC 3, Na2S04.), с целью обеспечения фунгицидности цементных бетонов. 2. Установлено, что использование суперпластификатора СБ-5 в концентрации 0,2-0,25 % масс позволяет получить грибостойкие гипсовые материалы с повышенными физико-механическими характеристиками. 3. Разработаны эффективные составы полимеркомпозитов на основе полиэфирной смолы ПН-63 и эпоксидного компаунда К-153 наполненные отходами производства, обладающие повышенной грибостойкостью и высокими прочностными характеристиками. 4. Показана высокая экономическая эффективность использования полимеркомпозитов с повышенной грибостойкостью. Экономический эффект от внедрения полиэфирного полимербетона составит 134,1 руб. на 1 м , а эпоксидного 86,2 руб. на 1 м . 1. Установлена грибостойкость наиболее распространенных компонентов строительных материалов. Показано, что грибостойкость минеральных заполнителей определяется содержанием оксидов алюминия и кремния, т.е. модулем активности. Выявлено, что негрибостойкими (степень обрастания 3 и более баллов по методу А, ГОСТ 9.049-91) являются минеральные заполнители, имеющие модуль активности менее 0,215. Органические заполнители характеризуются низкой грибостойкостью вследствие содержания в их составе значительного количества целлюлозы, являющейся источником питания для плесневых грибов. Грибостойкость минеральных вяжущих определяется значением рН поровой жидкости. Низкая грибостойкость характерна для вяжущих с рН=4-9. Грибостойкость полимерных связующих определяется их строением. 2. На основе анализа интенсивности обрастания плесневыми грибами различных видов строительных материалов впервые предложена их классификация по грибостойкости. 3. Определен состав метаболитов и характер их распределения в структуре материалов. Показано, что рост плесневых грибов на поверхности гипсовых материалов (гипсобетон и гипсовый камень) сопровождается активной кислотной продукцией, а на поверхности полимерных (эпоксидный и полиэфирный композиты) — ферментативной активностью. Анализ распределения метаболитов по сечению образцов показал, что ширина диффузной зоны определяется пористостью материалов. Выявлен характер изменения прочностных характеристик строительных материалов под действием метаболитов плесневых грибов. Получены данные, свидетельствующие о том, что снижение прочностных свойств строительных материалов определяется глубиной проникновения метаболитов, а также химической природой и объемным содержанием наполнителей. Показано, что у гипсовых материалов деградации подвергается весь объем, а у полимеркомпозитов — только поверхностные слои. Установлен механизм микодеструкции гипсового камня и полиэфирного композита. Показано, что микодеструкция гипсового камня обусловлена возникновением растягивающего напряжения в стенках пор материала за счет образования органических солей кальция, являющихся продуктами взаимодействия метаболитов (органических кислот) с сульфатом кальция. Коррозионное разрушение полиэфирного композита происходит вследствие расщепления связей в полимерной матрице под действием экзоферментов плесневых грибов. На основании уравнения Моно и двухстадийной кинетической модели роста плесневых грибов получена математическая зависимость, позволяющая определять концентрацию метаболитов плесневых грибов в период экспоненциального роста. 7. Получены функции, позволяющие с заданной надежностью оценивать деградацию плотных и пористых строительных материалов в агрессивных средах и прогнозировать изменение несущей способности центрально-нагруженных элементов в условиях микологической коррозии. 8. Предложено применение комплексных модификаторов на основе суперпластификаторов (СБ-3, СБ-5, С-3) и неорганических ускорителей твердения (СаСЬ, NaNC 3, Na2SC 4) для повышения грибостойкости цементных бетонов и гипсовых материалов. 9. Разработаны эффективные составы полимеркомпозитов на основе полиэфирной смолы ПН-63 и эпоксидного компаунда К-153, наполненные кварцевым песком и отходами производства, обладающие повышенной грибостойкостью и высокими прочностными характеристиками. Расчетный экономический эффект от внедрения полиэфирного композита составил 134,1 руб. на 1 м , а эпоксидного 86,2 руб. на 1 м3.
Источник https://knife.media/mushroom-is-our-future/
Источник https://biomolecula.ru/articles/vnedrenie-v-restavratsionnuiu-praktiku-molekuliarno-geneticheskikh-metodov-issledovaniia
Источник http://www.dslib.net/stroj-materialy/biopovrezhdenie-stroitelnyh-materialov-plesnevymi-gribami.html
