T
C
B
NDERZOEK t
t
O
W
f
i
jd i s c h r
VERVUILING EN VERWERING VAN STEENACHTIGE MATERIALEN DOOR MICRO-ORGANISMEN
Sylvie Loutz, ir., vorser, afdeling Dak- en gevelelementen, WTCB Karla Dinne, ing., projectleider, afdeling Technische uitrustingen en automatisering, WTCB
De verwering van materialen werd tot voor kort meestal toegeschreven aan fysico-chemische processen, ontstaan uit interacties tussen het milieu en de minerale bestanddelen van dragermaterialen. De jongste tijd echter heeft een aantal auteurs aangetoond dat er een complexe gemeenschap van organismen bestaat, die een essentiële rol speelt in het verweringsproces van anorganische materialen.
1
ONZICHTBARE KOLONIES
Kolonisaties van micro-organismen zijn niet enkel lelijk, maar kunnen ook verantwoordelijk zijn voor de verwering van materialen [9]. In bepaalde gevallen worden de functies aangetast, bijvoorbeeld op een dak dat niet degelijk onderhouden werd, als voorzien in het onderhoudsboekje voor gebouwen [16].
Hogere planten kunnen ontstaan wanneer de verwering verder voortgeschreden is. In alle gevallen hangen die verschillende biologische ontwikkelingen samen met talrijke factoren die alom aanwezig zijn in gebouwen en kunstwerken. Dit artikel heeft tot doel de werkingsmechanismen van micro-organismen te beschrijven en de voornaamste invloedsfactoren te bepalen, met name het voorkomen van water in het dragermateriaal, de relatieve luchtvochtigheid, de wind, de blootstelling, de lichtsterkte, de temperatuur, de biologische ontvankelijkheid van het dragermateriaal, de voedingsstoffen, de antropogene factoren (verbonden met de menselijke activiteit) enz.
De kolonisatie van gevel- en dakmaterialen is een dynamisch gebeuren. De eerste maanden nestelen zich met het blote oog onzichtbare bacteriën. Geleidelijk wordt het ganse milieu gekoloniseerd en komen groene en blauwe algen tot ontwikkeling. Daarna beginnen zich geleidelijk schimmels te ontwikkelen, die hun koolhydraten uit de algen puren. Tenslotte komen korstmossen tevoorschijn : dat zijn autonome planten, die in leven kunnen blijven met het water van het dragermateriaal of uit de lucht alsook met het koolzuurgas uit de lucht. Korstmossen zijn het gevolg van een symbiose tussen een alg (die suiker levert) en een schimmel (die de vochtigheid in stand houdt). Mossen kunnen ook nog tot ontwikkeling komen. Ze koloniseren de oppervlakken die reeds door klimatologische of biologische invloeden zijn verweerd : hun groei wordt immers bepaald door de aanwezigheid van een microbodem, d.i. een zeer gelokaliseerde bodem van enkele cm dik, die bijvoorbeeld aangetroffen wordt in barsten van rotsen of, zoals hier het geval is, op steenachtige materialen.
Afb. 1 Verwering van materialen door het weer en door biologische aantasting.
3
ZOMER 2000
T
C
W
B
t
t
Bacteriën zijn eencellige organismen die kunnen voorkomen als levende cellen of als hittebestendige sporen. Hun grootte varieert van 0,5 tot 1,5 µm [8]. Ze zijn ubiquist, dat betekent dat ze op elk dragermateriaal en op elke plaats kunnen voorkomen, zowel in steden als op het platteland. Omwille van hun stofwisseling, waarbij ze zuur produceren, worden ze steeds in verband gebracht met een lage pH.
2.1.1
Dat zijn de Nitrosomonas en de Nitrobacter, die tot de vorming van salpeterzuur en nitraat leiden. Het door de stofwisselingsproducten geleverde zuur lost de kalkverbindingen op en leidt tot sterkteverlies en verwering van het materiaal. Dit proces houdt verband met de uitholling van de steen en de beschadiging van het dragermateriaal.
Afb. 2 Ontwikkeling van organismen en verwering van de afvoerkanalen van een zuiveringsstation.
Wij stellen eveneens enkele maatregelen voor, die kunnen worden getroffen om die problemen te beperken (preventieve behandelingen) of weg te werken (curatieve behandelingen).
2
2.1.2
MICRO-ORGANISMEN
De micro-organismen in beschadigde en verweerde daken en gevels behoren tot verscheidene groepen, nl. : bacteriën, algen, schimmels, korstmossen en andere mossen.
Zwavel (S) dat in het materiaal of in de atmosfeer zit, kan na verscheidene fasen worden omgezet in zwavelzuur (H2SO4). Die verzuring wordt veroorzaakt door verschillende soorten bacteriën die in of op het materiaal zitten. De voornaamste zijn de Desulfovibrio (zwavelreducerende bacteriën) en de Thiobacillus (zwaveloxiderende bacteriën).
BACTERIËN Er bestaan verschillende groepen bacteriën die aan het oppervlak van de materialen inwerken, nl. : ◆ bacteriën verbonden aan de stikstofcyclus : dat zijn in eerste instantie ammoniakvormende bacteriën, daarna salpetervormende bacteriën (gebruiken de ammoniak die door de eerstgenoemde wordt geproduceerd) en vervolgens stikstofvormende bacteriën ◆ zwavelreducerende bacteriën, verbonden met de zwavelcyclus ◆ cyanobacteriën.
H 2S Waterstofsulfide
→
S0 Elementair zwavel
→
S2O3– – Thiosulfaat
→
BACTERIËN VERBONDEN AAN DE ZWAVELCYCLUS
Diverse sulfaatverbindingen kunnen chemische reacties veroorzaken, die schadelijk zijn voor de interne cohesie van kalksteenmaterialen (beton, mortel, kalksteen, …). Sulfaatverbindingen kunnen afkomstig zijn van de innerlijke samenstelling van de materialen, van het opstijgend grondwater, maar ook van de activiteit van bacteriën.
Korstmossen en andere mossen lijken vaak als eerste tevoorschijn te komen. Eigenlijk worden ze voorafgegaan door met het blote oog onzichtbare bacteriën [5]. De bacteriënmicroflora installeert zich immers eerst, waarna de andere organismen geleidelijk groeien.
2.1
BACTERIËN VERBONDEN AAN DE STIKSTOFCYCLUS
Het aldus gevormde zwavelzuur leidt tot verschillende soorten verwering : ◆ het lost kalkdeeltjes op, wat tot cohesieverlies en verbrokkeling van het materiaal leidt ◆ sulfaten in beton kunnen met de cementbestanddelen zoals C3A ettringiet of thaumasiet vormen, die tot sterke expansie kunnen leiden, met talrijke scheuren en een min
S4O6– – Tetrathionaat
4
→
S3O6– –
→
Trithionaat
ZOMER 2000
SO3– – Sulfiet
→
SO4– – Sulfaat
Afb. 3 Transformatiefasen van zwavel.
f
i
j d i s c h r
T
C
B
NDERZOEK t
t
O
W
mydomonas, Chlorella, Pleurococcus, Trentepholia, Volvox, …), maar ze komen niet alle op gevels voor.
of meer diepe ontbinding van het materiaal tot gevolg ◆ in een verder gevorderd stadium tast zwavelzuur de betonwapening aan en leidt tot corrosie.
2.1.3
Blauwe algen (cyanobacteriën) produceren een dik slijmachtig omhulsel. Dat plantenslijm (1) is zeer hygroscopisch en houdt niet alleen water vast, maar ook talrijke minerale deeltjes.
ANDERE BACTERIËN
Algen ontwikkelen zich bij voorkeur op naar het westen en noorden gerichte gevels, omdat daar overvloedig licht en vocht beschikbaar zijn. Ze woekeren sterker op een geïsoleerd dak, omdat de temperatuur er snel onder het dauwpunt daalt, waardoor oppervlaktecondensatie ontstaat [13].
De grote zwartachtige lopers op betonnen muren en balkons zijn ook grotendeels toe te schrijven aan de ontwikkeling van micro-organismen (cyanobacteriën), die in de preferentiële waterstromingen groeien.
2.2
ALGEN Algengroei leidt in de eerste plaats tot esthetische problemen, omdat hij kleurveranderingen veroorzaakt. Sommige algen produceren ook oplosbare zouten of organische zuren die reageren met het materiaal, de kalk oplossen en gips vormen, waardoor het materiaal een fysische verwering ondergaat [10]. Andere algen, die samen met schimmels voorkomen, veranderen ijzer en mangaan tot een beschermende korst die de overleving van andere organismen in ongastvrije omstandigheden mogelijk maakt.
Algen vertegenwoordigen een reeks zeer uiteenlopende soorten eencellige of meercellige lagere planten van veranderlijke omvang (groter dan 0,5 µm). Ze zitten overal verspreid en men vindt ze in vochtige en natte plaatsen. Men onderscheidt blauwe, groene, bruine of rode algen. Bij de aantasting van materialen komen de (groene of blauwe) algen aan bod. Algen die op gevels voorkomen, zijn meestal autotroof, dit betekent dat ze zelf het voedsel produceren dat ze nodig hebben. Er bestaan meer dan 8000 soorten groene algen (Chla-
Algen kunnen ook tot secundaire schade leiden [10]; immers : ◆ doordat ze voedingsstoffen leveren (glucose, …), bevorderen ze de symbiose met andere organismen (zie § 2.4) en stimuleren andere biologische ontwikkelingen ◆ ze maken de materialen gevoeliger voor vorst- en dooicycli.
Afb. 4 Algenwoekering, daar waar water op een gevel bij voorkeur stroomt.
2.3
SCHIMMELS
Sommige schimmels zijn zichtbaar met het blote oog, andere slechts met de microscoop. Schimmels zijn heterotrofe organismen, met andere woorden : ze hebben een koolstofbron nodig om zich te voeden. Schimmels bestaan uit eencellige organismen of uit groepen cellen. Ze zijn saprofytisch, omdat ze van organisch afval leven. Ze tasten eveneens het dragermateriaal aan via enzymen om er de voor hun groei nodige stoffen uit te halen. Ze hebben ook water nodig; sommige schimmels hebben licht nodig, andere dan weer niet.
(1) Plantenslijm : slijmerige stof die in wortels, bloemen en zaad van bepaalde planten kan voorkomen.
5
ZOMER 2000
f
i
jd i s c h r
T
W
C
B
t
t
Ze kunnen aëroob of anaëroob zijn, dat wil zeggen dat ze respectievelijk met of zonder zuurstof leven. In het laatste geval spelen ze geen rol bij gevels.
door korstmossen of andere stoffen. De gecombineerde werking van die mechanismen leidt tot talrijke wijzigingen van het materiaaloppervlak : erosie, aantasting van de sterkte, uitholling, vorming van zwarte korsten, … [12]. Al die verweringsprocessen verhogen de ruwheid en bevorderen de aanhechting van organische stoffen.
Schimmels planten zich voort via sporen of draadweefsels (mycelium). In de stadslucht meet men 200 tot 20.000 sporen/m3 met een grootte van 3 tot 10 µm [9] en zelfs tot 100 µm [4]. Sporen zijn elementen die door lagere organismen worden geproduceerd en die een uitzaaiings- of een weerstandsvorm zijn in ongunstige omstandigheden. De draadweefsel (mycelium) is het vegetatieve deel van schimmels en bestaat uit netvormige draden.
MOSSEN
2.5
Op vochtige materialen bereiden mossen een substraat voor, dat gunstig is voor de ontwikkeling van vaatplanten, die veel schadelijker zijn dan mossen zelf. Mossen produceren weinig slijm (1); hun thallus (4) is veel minder hechtend dan van korstmossen. Ze produceren ook stoffen die de beschadiging van het materiaal bevorderen.
Op gevels van steenachtige materialen komen vaak o.a. de volgende soorten schimmels voor [13] : – Alternaria alternate – Cladosporium sphaerospermum – Aspergillus niger.
Mossen gedijen liefst op oppervlakken die reeds aangetast zijn door het klimaat (vorst, regenwater) of door biologische organismen (algen, korstmossen). De poriën van het dragermateriaal, de spleten tussen pannen, leien of bakstenen en voegen vormen een gunstig milieu voor de ontwikkeling van sporen. Langs die spleten kan veel vocht binnendringen door capillariteit. Mosgroei hangt samen met de aanwezigheid van een microbodem.
Buiten de verwering van het dragermateriaal door enzymen kunnen sommige schimmels ook zuren synthetiseren. Het draadweefsel kan door zijn fysische werking de waterpenetratie in het dragermateriaal bevorderen.
2.4 KORSTMOSSEN Korstmossen zijn zichtbaar met het blote oog. Het gaat om een vereniging, of beter gezegd een symbiose tussen een alg en een schimmel. In die vereniging voeden de schimmels zich met stoffen die in de algen zitten. Omgekeerd voeden korstmossen de algen met mineraalhoudend water [13].
3
BEKNOPTE CLASSIFICATIE VAN MICROORGANISMEN
Het bepalen van micro-organismen, hoewel tamelijk moeilijk, kan op verschillende manieren gebeuren. Aan de hand van waarnemingen met het blote oog, met de optische microscoop of met de elektronenmicroscoop (SEM) kunnen niet enkel afzonderlijke bacteriën, maar ook populaties van micro-organismen worden geïdentificeerd. Men kan ook micro-organismen kweken op een geschikte voedingsbodem. Bij andere methoden worden de stofwisselingsproducten (metabolieten) van micro-organismen onderzocht door chemische analyse, X-stralendiffractie of gaschromatografie.
Er bestaan korstmossen die op het oppervlak zitten en die geen mechanische schade toebrengen; ze kunnen met een biocide worden verwijderd. Doordat ze op de materialen leven, is de kans op verwering van het dragermateriaal eerder klein. Aan de andere kant zijn er korstvormende korstmossen waarvan de zwamdraden (2) of worteldraden (3) in het dragermateriaal dringen. Ze benutten de bestaande breuken of barsten of creëren er zelfs nieuwe door de inwerking van het koolzuur uit hun stofwisseling, of van het oxaalzuur, geproduceerd
In tabel 1 worden enkele diagnoseparameters samengevat.
(2) Zwamdraad : benaming voor elke microscopisch kleine draad waaruit de vegetatieve organen van een zwam of zijn draadweefsel (mycelium) gevormd zijn. (3) Worteldraad : kleine draad die de rol van wortel speelt en die de draden van veel korstmossen in de grond bevestigt. (5) Thallus : vegetatief orgaan van planten die geen bladeren, stengels of wortels hebben, zoals algen en zwammen.
6
ZOMER 2000
f
i
j d i s c h r
T
C
B
NDERZOEK t
t
O
W
Tabel 1 Classificatie van microorganismen.
MICRO-ORGANISMEN DIE DAKEN EN GEVELS AANTASTEN
MICRO-ORGANISMEN DIE NOOD HEBBEN AAN
WATER
LICHT
Schimmels
+
+/– (*)
Algen
+
Korstmossen
VOEDINGSSTOFFEN
KARAKTERISTIEKEN
Organische stoffen (vuil)
Groengrijs, bruin
+
Minerale zouten
Groen, blauw
+
+
Organische stoffen, minerale zouten
Oranje tot grijs
Mossen
+
+
Minerale zouten
Planten
Bacteriën
+
+/– (*)
Verscheiden
Onzichtbaar met het blote oog
(*) Sommige van die organismen hebben licht nodig, andere niet.
4
FACTOREN DIE DE GROEI BEÏNVLOEDEN
4.1
Tal van factoren beïnvloeden de ontwikkeling van micro-organismen, met name factoren die samenhangen met de bioreceptiviteit van het materiaal of de geografische omgeving.
◆ structuur en hardheid van het dragermateriaal ◆ aard van het dragermateriaal ◆ pH van het oppervlak ◆ biotische factoren ◆ aanwezigheid van een biocide.
BIORECEPTIVITEIT VAN HET MATERIAAL
4.1.1
De bioreceptiviteit van een bouwmateriaal is de geschiktheid om als substraat te dienen voor micro-organismen en planten : bacteriën, zwammen of schimmels, algen, korstmossen, mossen en hogere plantensoorten [9].
POROSITEIT, CAPILLAIRE ABSORPTIE EN WATERRETENTIEPOTENTIAAL
De porositeit is de procentuele verhouding tussen het volume dat door de poriën wordt ingenomen, en het totale volume van het materiaal. De porositeit (van enkele percenten tot 50 %) is verantwoordelijk voor de water- of waterdamppermeabiliteit, die min of meer belangrijk is afhankelijk van de capillaire structuur van de materialen [7]. Men moet niet alleen de poriëngrootteverdeling (porometrie) kennen, maar ook de totale porositeit. Vanaf een bepaalde poriëndiameter kunnen koloniserende organismen zich vastzetten en rechtstreeks in het materiaal dringen met hun wortels, zwamdraden, worteldraden of rizoïden (5) [9].
Diverse factoren kunnen de toegang tot het materiaal wijzigen : fysico-chemische verwering te wijten aan het materiaal zelf of aan de omgeving, en koloniserende organismen. Water in al zijn vormen speelt een fundamentele rol : het kan een rechtstreekse, fysische verwering veroorzaken, een fysiek vervoermiddel voor chemische stoffen zijn, een element van hun interactie of van reacties met bestanddelen van de materialen zijn; het is bovendien essentieel voor de biotische stoffen. Het watertransport in materialen is afhankelijk van hun porositeit en hun oppervlakte-energie [10].
De capillaire absorptie van het oppervlak heeft een rechtstreekse invloed op de opvang en de retentie van water [9]. De porositeit en de absorptie bepalen de permeabiliteit. Alle steenachtige materialen hebben een welbepaalde capillaire waterabsorptie. Om het gevaar voor kolonisering te beperken, zou het verdampingspotentiaal van gevelmaterialen groter moeten zijn dan het absorptiepotentiaal in gunstige weersomstandigheden. Veel materialen voldoen echter niet aan dat criterium.
De bioreceptiviteit van een materiaal wordt beïnvloed door de volgende karakteristieken : ◆ porositeit, capillaire absorptie en waterretentiepotentiaal ◆ hygroscopiciteit ◆ oppervlakteruwheid en verweerbaarheid
(5) Rizoïde : langgerekte cel die de rol van absorberend haar vervult.
7
ZOMER 2000
f
i
jd i s c h r
T
W
C
B
t
t
baarheid van het oppervlak en de waterretentietijd in het materiaal [9]. Een grotere ruwheid bevordert de aanhechting van organische stoffen op het dragermateriaal.
Het waterretentiepotentiaal is het vermogen van een materiaal om water na bevochtiging vast te houden [9].
4.1.2
HYGROSCOPICITEIT 4.1.4
De hygroscopiciteit van een materiaal is een andere belangrijke karakteristiek : het is zijn vermogen om vocht uit de lucht op te vangen. Dit brengt de vochtigheid in evenwicht met de hygrothermische omstandigheden van de omgeving. De hygroscopiciteit van de materialen wordt door de zeer fijne poriën (< 0,1 µm) bevorderd. Als voorbeeld geeft tabel 2 uit de TV 210 [7] de evenwichtsvochtigheid van materialen die worden bewaard in een gewone omgeving bij 20 °C en 65 % relatieve luchtvochtigheid, alsook in een zeer vochtige omgeving met een relatieve vochtigheid van 95 %.
Die parameters bepalen de ontwikkeling van micro-organismen en met name hun penetratie in het dragermateriaal.
4.1.5
EVENWICHTSVOCHTIGHEID (gewichts-%) Omgeving bij 65 % RV
Omgeving bij 95 % RV
Cementpleisterwerk
1
7
Gipspleisterwerk
1
3
Kalkpleisterwerk
2,8
7,5
Baksteen
0,3
0,9
Hout
10 à 15
20 à 30
Vezel- en spaanplaten
5 à 10
15 à 25
Die organismen, die zouten als voedingsstoffen gebruiken, kunnen de porositeit verhogen. Ionen zoals Cu++ of Zn++ kunnen giftig zijn voor bepaalde organismen. Die groei kan worden geobserveerd met de optische of elektronische microscoop.
4.1.6 In oud metselwerk bijvoorbeeld zijn de zouten afkomstig uit de grond en uit de materialen zelf massaal naar het materiaaloppervlak getransporteerd. De hygroscopiciteit van die materialen, verbonden met de aanwezigheid van zouten (met name nitraten en chloriden), is dan veel groter. Stijgt het watergehalte van het materiaal, dan volgt de microbiële activiteit hetzelfde principe. Dit ziet men bijvoorbeeld in oude stallen waarvan de zouten door capillariteit geleidelijk door het metselwerk dringen.
4.1.3
AARD VAN HET DRAGERMATERIAAL (CHEMISCHE SAMENSTELLING)
De chemische samenstelling van het dragermateriaal beïnvloedt de soort koloniserende micro-organismen alsook de kolonisatiesnelheid : sommige bacteriën komen bij voorkeur tot ontwikkeling op kalkhoudende materialen zoals beton, mortel, kalksteen, … Andere groeien liever op siliciumhoudende materialen. Tenslotte koloniseren nog andere eerder materialen die rijk zijn aan sulfaten, chloriden, nitraten, …
Tabel 2 Evenwichtsvochtigheid van bepaalde materialen bij een relatieve vochtigheid van 65 % en van 95 %. MATERIALEN
STRUCTUUR EN HARDHEID VAN HET DRAGERMATERIAAL
pH VAN HET OPPERVLAK
De werking van de pH op de meeste micro-organismen is afhankelijk van hun tolerantie ten overstaan van die factor. Men kan die organismen onderverdelen in acidofielen, neutrofielen en basifielen, maar er bestaan eveneens onverschillige micro-organismen die zich ontwikkelen in een breed pH-spectrum, zoals bacteriën die met een pH tussen 6 en 9 kunnen groeien, en talrijke schimmels die een pH verdragen van 2 tot 11. De meeste algen op betonnen gevels of op gevels met een cementbepleistering groeien liefst bij een pH rond 8 [14].
RUWHEID 4.1.7
De ruwheid hangt samen met de textuur van het materiaal, die zelf afhankelijk is van zijn fabricage. Hoe groter de verwering, hoe groter de ruwheid. De oppervlakteruwheid beïnvloedt eveneens de waterstroming, de impregneer-
BIOTISCHE FACTOREN
Biotische factoren die een rol spelen in de biologische processen, zijn deze beschreven in § 2 : bacteriën, algen, schimmels, korstmossen 8
ZOMER 2000
f
i
j d i s c h r
T
C
B
NDERZOEK t
t
O
W
4.2.2
en andere mossen. Binnen eenzelfde dragermateriaal kunnen die micro-organismen elkaar bestrijden, waardoor bepaalde soorten tot ontwikkeling komen ten koste van andere.
Micro-organismen komen eerder voor op naar het westen en noorden gerichte gevels, omdat daar meer licht en vocht is : fotosynthetische organismen (algen en bepaalde bacteriën) hebben immers licht en koolzuurgas nodig om zich te kunnen ontwikkelen. Men neemt echter aan dat rechtstreekse zonnestraling een kiemdodende werking heeft op niet-fotosynthetische micro-organismen [14].
Naast die agentia heeft ook de menselijke activiteit een invloed op de groei van de populaties; zo bijvoorbeeld : ◆ beïnvloedt het spuiten van stikstofhoudende meststoffen de ontwikkeling van micro-organismen ◆ vormen producten bestaande uit polysacharose, die tegen graffiti worden gebruikt, een bron van koolstof dat onontbeerlijk is voor de groei van micro-organismen ◆ kunnen producten die verdund zijn in alcohol of in gemakkelijk biologisch afbreekbare oplosmiddelen, een gelijkaardige werking hebben.
4.1.8
4.2.3
AANWEZIGHEID VAN EEN BIOCIDE
4.2.4
RELATIEVE LUCHTVOCHTIGHEID
Vocht is een essentiële factor bij de ontwikkeling van micro-organismen. Een hoge relatieve vochtigheid bevordert hun ontwikkeling, terwijl een droogteperiode die groei stokt of zelfs leidt tot de vorming van bestendige vormen zoals cysten, sporen enz.
GEOGRAFISCHE LIGGING Naast het materiaal zelf wordt de ontwikkeling van micro-organismen nog door tal van andere factoren bepaald, zoals : ◆ de omringende beplanting ◆ de blootstellingsvoorwaarden ◆ de temperatuur ◆ de relatieve luchtvochtigheid ◆ de wind ◆ de verontreiniging.
4.2.5
WIND
Zonder regen droogt de wind de oppervlakken uit, wat de biologische ontwikkeling beperkt. Door zijn eroderende werking kan de wind echter ook een ongunstige rol spelen, doordat hij de ruwheid van het materiaal verhoogt. Bovendien beïnvloedt hij het transport van de sporen en dus de verspreiding van de soorten.
De invloed van de variatie van die factoren op de ontwikkeling van organismen is min of meer uitgesproken naargelang van hun soort. Sommige micro-organismen zijn bijvoorbeeld gevoelig voor klimaatschommelingen, terwijl andere zoals korstmossen en andere mossen daartegen bestand zijn [8].
4.2.1
TEMPERATUUR
Ieder soort micro-organisme groeit bij een optimale temperatuur, die voor de meeste bacteriën doorgaans begrepen is tussen 25 en 40 °C. Schimmels blijken zeer bestand te zijn tegen temperatuur, terwijl algen er zeer gevoelig voor zijn, al variëren hun eisen van soort tot soort. Cysten en sporendragers van micro-organismen kunnen temperaturen boven 90 °C verdragen [14].
Biociden zijn stoffen die inwerken op de ontwikkeling van micro-organismen. Er bestaan diverse soorten biociden met een specifieke werking. Ze kunnen ook worden gecombineerd met vochtwerende producten om hun doeltreffendheid te verbeteren (zie § 5).
4.2
BLOOTSTELLINGSVOORWAARDEN
4.2.6
VERONTREINIGING
Primaire verontreinigende stoffen (SO2, CO2, NO, …) produceren secundaire verontreinigende stoffen in de vorm van deeltjes of druppeltjes in oplossing in water. Van al die verontreinigende stoffen is SO2 een van de meest verspreide en meest schadelijke door zijn oxidatie in zwavelzuur (H2SO4) [10]. Zijn werking wordt nog versterkt door de aanwezigheid van stikstofoxide (NOx).
OMRINGENDE BEPLANTING
Bomen en struiken dichtbij gevels en daken houden een bepaalde vochtigheid in stand en zijn daardoor een potentiële bron van besmetting. 9
ZOMER 2000
f
i
jd i s c h r
T
W
B
t
t
BEHANDELINGEN
Bij de behandeling van daken of gevels dient een onderscheid gemaakt te wor-
– silaan (in emulsie, met of zonder oplosmiddelen) – aluminiumstearaat – fluor-copolymeer enz.
den tussen : ◆ preventieve behandelingen, die vóór de schade worden uitgevoerd, d.i. bij het fabriceren of het verwerken van een materiaal, en die tot doel hebben de ontwikkeling van micro-organismen te beperken en/of te vertragen ◆ curatieve behandelingen, die tot doel hebben reeds bestaande micro-organismen te vernietigen.
Poriënvullende producten kunnen volgende stoffen bevatten : – silicaat – fluosilicaat – acrylemulsies – diverse verdunde harsen.
De band tussen de plantaardige kolonisaties en de karakteristieken van de verschillende bouwmaterialen waarop ze zich vestigen, heeft geleid tot het empirische ontwikkelen van bestrijdingsmiddelen waarvan de efficiëntie, de duurzaamheid en de bijwerkingen echter slecht gekend zijn [9].
5.1
5.2
BIOCIDEN
5.2.1
SOORTEN BIOCIDEN
Tal van chemicaliën zijn geschikt voor het doden van algen (algiciden), schimmels (fungiciden) of korstmossen (licheniciden). Ze kunnen worden gebruikt als curatieve behandeling of worden toegevoegd aan een materiaal of een bekleding om biologische aantasting te voorkomen (preventieve behandeling).
GLOBALE AANPAK In de praktijk kan een behandeling als volgt worden aangepakt : 1. onderzoek van het dragermateriaal en aanpassing van de bouwdetails 2. reiniging van het dragermateriaal (verwijdert de sporen en de draadweefsels maar doodt ze niet). Voor korstmossen is een ingrijpender mechanische ingreep nodig, die echter het grote nadeel heeft de ruwheid van het dragermateriaal te verhogen en zijn oppervlak gevoelig te maken voor toekomstige ontwikkelingen 3. in bepaalde gevallen behandeling met een biocide; hiervoor moet men de richtlijnen van de fabrikant qua concentraties, aanbrengmiddelen en beschermmaatregelen strikt volgen 4. bij schilderwerken, die de ruwheid verminderen en een bescherming vormen, zou het oppervlak binnen de gepaste tijd een deklaag moeten krijgen, waaraan indien mogelijk een biocide toegevoegd is; dergelijke verf is echter nog niet courant verkrijgbaar.
De handelsproducten worden afhankelijk van hun rol in verscheidene groepen verdeeld (zie tabel 3). Meestal worden die stoffen niet alleen gebruikt, maar als mengsels van twee of meer actieve stoffen. In dat geval moet men perfect op de hoogte zijn van hun interacties, onderling en met het te behandelen element. Een verkeerd gebruik stelt het probleem van mogelijke genetische mutaties. Vandaar verkiest men vaak het toepassen van hydrofobeermiddelen samen met een biocide in een zwakkere concentratie [5]. Alle op de markt verkrijgbare biociden moeten erkend zijn door het ministerie van Volksgezondheid, en aan een aantal eisen voldoen. 5.2.2
EISEN
De verschillende in aanmerking te nemen criteria zijn de volgende : ◆ giftigheid voor de mens : een Koninklijk Besluit van 5 juni 1975 betreffende de bewaring, de handel en het gebruik van pesticiden voor gebruik buiten de landbouw (gewijzigd door de Koninklijk Besluiten van 22/10/1976, 23/03/1977, 19/02/1985, 25/07/1985, 05/11/1991, 14/01/1992 en 28/02/1994) bepaalt precieze regels voor het gebruik van die biociden
Die bescherming kan jarenlang doeltreffend blijven, afhankelijk van de gevel en de behandeling. Vaak kan het vastzetten van nieuwe vervuiling worden vertraagd door het aanbrengen van een hydrofobeermiddel of poriënvullend middel. Tot de hydrofobeermiddelen behoren : – siloxaan (met een oplosmiddel of in emulsie) 10
ZOMER 2000
f
j d i s c h r
i
5
C
T
C
B
NDERZOEK t
t
O
W
Tabel 3 Actieve stoffen voor het behandelen van door microorganismen aangetaste oppervlakken.
FUNGICIDEN
ALGICIDEN
ACTIEVE ELEMENTEN
Organische metaalverbindingen (1)
Heterocyclische stikstofverbindingen
Quaternaire ammoniumverbindingen
Heterocyclische stikstof- en zwavelverbindingen
Aminen
Zinkverbindingen
Dithiocarbamaat (2)
Zilver en zilverzout (duur, zwarte kleur)
Koperverbindingen (3)
Chinon
Halogeen (3)
Fenolderivaten
Triazine (4)
Alkylderivaten
Ureumverbindingen (5)
Isothiazolinonen (fungiciden, algiciden en antigisten)
(1) Organisch tin : de organische metaalkationen reageren met de thiopene groepen die in de enzymen vervat zijn en die van vitaal belang zijn voor de cellen. (2) Licht toxisch voor de mens, ook werkzaam tegen mossen, kunnen de kleur aantasten. (3) Overdreven oplosbaarheid en invloed op de kleur van de verf. (4) Goede toxicologische en ecotoxicologische kwaliteit : blokkeert de elektronentransfer en verhindert zo de fotosynthese. (5) Goede toxicologische en ecotoxicologische kwaliteit, weinig oplosbaar in water.
Opmerking : bleekwater (javel) komt ook aan bod als behandeling; hoewel doeltreffend op zeer korte termijn, heeft het geen blijvende werking. Bleekwater is ook een krachtig oxidans, dat corrosief is voor courante metalen zoals zink.
◆ milieutoxiciteit : een deel van de producten kan terechtkomen in zuiveringsstations en/of rivieren waar ze het zoöplankton kunnen vernietigen, dat onontbeerlijk is voor het ecosysteem ◆ doeltreffendheid : de producten moeten een zeer breed werkingsgebied hebben, dat wil zeggen doeltreffend zijn tegen bacteriën, algen, schimmels en mossen ◆ oplosbaarheid in water : die moet voldoende hoog zijn opdat het product zijn volle efficiëntie kan hebben, maar ook voldoende laag opdat het biocide zo lang mogelijk een voldoende concentratie heeft, d.i. een aanzienlijke remanentie ◆ voldoende penetratie in het dragermateriaal ◆ werking op het materiaal : het product mag geen corrosieve of agressieve invloed op het dragermateriaal hebben ◆ verwerking : het moet toepasbaar zijn in normale weersomstandigheden ◆ bestandheid tegen UV-straling en andere milieuinvloeden ◆ aanvaardbare kostprijs.
is essentieel. Biociden moeten niet alleen tijdens hun ontwikkeling in het laboratorium worden getest, maar ook tijdens hun gebruik in de praktijk, aangezien hun gedrag kan variëren van het ene materiaal tot het andere. De producten moeten worden beoordeeld op basis van die verschillende criteria (die onderzoek zouden behoeven) en moeten leiden tot het bepalen van proefcriteria en prestatieklassen. Op dat vlak zou het zeer nuttig zijn een gestandaardiseerde proefprocedure op te stellen, die later kan worden genormaliseerd. Die methode moet realistisch en representatief zijn om de biociden onder verschillende omstandigheden te kunnen testen volgens de hierboven vermelde criteria. Een versnelde verouderingsproef zou nuttig kunnen worden aangevuld met een inoculatieen groeiproef met micro-organismen [3]. Die proef zou het mogelijk moeten maken de efficiëntie van toevoegingen (aan het oppervlak en in de massa) te testen, om de ontwikkeling van micro-organismen te beperken of uit te schakelen.
De ontwikkeling van biociden is dus niet eenvoudig. Het naleven van bovenstaande regels 11
ZOMER 2000
f
i
jd i s c h r
T
W
C
B
t
t
5.3
B
ANDERE BEHANDELINGEN DIE DE BIOLOGISCHE ACTIVITEIT GEBRUIKEN
Het dynamische aspect bij de kolonisatie van materialen door micro-organismen is onontkoombaar. Gezien de mogelijkheden tot aanpassing aan de diverse milieufactoren en met name aan de meest uiteenlopende dragermaterialen bestaan er momenteel geen duurzame behandelingen om de groei van micro-organismen op de materialen op lange termijn te verhinderen [8]. Een eerste fase is de identificatie van de micro-organismen en hun koppeling aan de factoren die hun groei beïnvloeden.
Hierboven werd het pathologische aspect van biologische ontwikkelingen onderzocht. Er bestaan echter ook gevallen waar die ontwikkelingen gewenst zijn en zelfs worden bevorderd. Zulke behandelingen verdienen eveneens een doorgedreven studie. Het gaat onder andere om ingrepen op het oppervlak zoals enzymenbehandelingen of bacteriële biomineralisatie [1, 2, 4, 15]. ❒ Enzymenbehandelingen Met de recente ontwikkeling op industriële schaal van enzymen die actief zijn bij lage temperatuur, zou het mogelijk kunnen zijn enzymatische gevelreinigingstechnieken op punt te stellen.
ESLUIT
De toe te passen behandelingen zijn nog vaag : hoe moet men de gevel reinigen ? Welk biocide gebruiken en onder welke omstandigheden ? Wat is de duurzaamheid van de behandeling ? [9].
❒ Biomineralisatie Biomineralisatie is de omzetting van de stof in calciet via microbiële weg. Dat verschijnsel blijkt geschikt te zijn als microbiologische behandeling voor kunstmatige oppervlakken : monumenten, kunstwerken, wanden, gevels van gebouwen enz. Dit procédé leidt tot de snelle ontwikkeling van een beschermende kalkafzetting op de behandelde steen (analoog aan wat zich in de natuur in de loop der jaren voordoet op kalksteen). In de literatuur worden verscheidene soorten actieve bacteriën vermeld : Pseudomonas calcis, Bacillus sp., Desulfovibrio sp., …
Diepgaandere studies in die richting, in het laboratorium en ter plaatse, zouden hierin meer duidelijkheid kunnen brengen. Met name de bacteriële biomineralisatie alsook de enzymenbehandeling als preventieve en curatieve behandelingen zijn procédés die verder onderzoek vereisen [11]. ■
Die twee nieuwe technieken bevinden zich momenteel in het onderzoekstadium.
12
ZOMER 2000
f
i
j d i s c h r
T
C
B
NDERZOEK t
t
O
W
LITERATUURLIJST
1
tures/Matériaux et Constructions, RILEM, nr. 141, 1991, pp. 163-168.
Adolphe J.-P., Defoulounoux C., Paradas J. & Soleilhavoup Fr. La biominéralisation : procédé de protection naturelle des ouvrages en pierre. Paris, Association des Restaurateurs d’Art et d’Archéologie de Formation Universitaire (Araafu), Conservation-Restauration des Biens Culturels, nr. 4, 1992, pp. 30-31.
9 Biodégradation des matériaux de construction. Etude de l’efficacité et des implicaDinne K.
tions environnementales des traitements curatifs et préventifs contre la colonisation végétale des matériaux de couverture : projet de recherche introduit par le CSTC. Brussel, WTCB, 1995.
R.M., Chowdhury A.N. & Lal 2 Atlas Gauri K.
Microbial calcification of gypsum-rock and sulfated marble. London, International Institute for Conservation of Historic and Artistic Works, Studies in Conservation, nr. 33, 1988, pp. 149-153.
10 Processus d’altérations biologiques et Guillite O.
physico-chimiques des matériaux pierreux. Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux, pp. 1-12, z.d.
Cl. 3 Badoz Mise au point d’un essai d’ensemence-
Betonschade door sulfaten. Brussel, 11 WTCB-Tijdschrift, herfst 1996, pp. 3-11. Jacobs J., Vyncke J. & Elsen J.
ment et de croissance des micro-organismes sur les tuiles en béton. Paris, Centre d’Etudes et de Recherches de l’Industrie du Béton Manufacturé, werkdocument, februari 1992.
Actions des végétaux sur les matériaux 12 pierreux. Lausanne, V Congrès International Jaton Cl.
4
e
Bervoets L. Les microbes, protecteurs de la pierre. Brussel, Le Soir 7ème, zaterdag 28/11 en zondag 29/11/1998.
sur l’Altération et la Conservation de la Pierre, Presses Polytechniques Romandes, volume 2, 1985, pp. 577-597.
d’Etudes et de Recherches de H. 5 Centre l’Industrie du Béton Manufacturé 13 Kastien Algues et champignons sur les façades Les antifongiques et antimousses. Paris, CERIB, pp. 28-34, z.d.
minérales. Saint-Sulpice, Journal de la Construction de la Suisse Romande, nr. 9, 1999, pp. 35-43.
C. & Derangère D. 6 Cochet La dégradation du béton dans les ouvra-
Développement de micro-organismes 14 à la surface des bétons et enduits. Paris, Perrichet A.
ges d’assainissement en présence d’hydrogène sulfuré : le cas des ouvrages d’assainissement autonome. Paris, Cahiers du CSTB, Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, livraison 306, cahier 2382, 1990.
Sycodés Informations, Qualité Construction, nr. 11, 1991, pp. 19-24.
15 …Pierre de bactéries : les bactéries fa-
7
De Bruyn R. & Pien A. Vocht in gebouwen (vervangt TV 162). Brussel, Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Technische Voorlichting, nr. 210, december 1998.
briquent les roches calcaires. Paris, Pour la Science, nr. 181, 1992, pp. 27.
M. 16 Wagneur Praktische gids voor het onderhoud van
S. 8 Deruelle Rôle du support dans la croissance des mi-
gebouwen. Brussel, Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, 1991.
cro-organismes. Cachan, Materials and Struc-
13
ZOMER 2000
f
i
jd i s c h r
