Wstęp

Czynniki biologiczne pojawiające się na elewacjach budynków to: bakterie, glony, grzyby i mchy. Do wzrostu potrzebują one następujących warunków:

a) zwiększonej ilości wilgoci i tlenu,
b) podłoża zawierającego węgiel, azot, fosfor i wiele innych pierwiastków akcesorycznych
c) umiarkowanej temperatury,
d) obojętnego odczynu pH lub zbliżonego do obojętnego.

Organizmom tworzącym się na elewacjach, jako źródło pożywienia może służyć niewielka ilość węgla i wówczas dominują grzyby pleśniowe. Na podłożach nieorganicznych występują one najczęściej w symbiozie z glonami, tworząc porosty. Bakterie na elewacji znajdują się zawsze. Należą do nich bakterie nitryfikacyjne, siarkowe, żelazowe i wapniowe. Wpływ bakterii na trwałość elewacji nie jest duży, jednak przy dużym namnożeniu są one szkodliwe dla człowieka, np. w oczyszczalni ścieków. Organizmy autotroficzne, np. glony i mchy, wykorzystują powierzchnie, na których żyją przeważnie do zaczepienia się i jako źródło związków nieorganicznych. Syntetyzują jednak składniki organiczne drogą fotosyntezy i wykorzystują azot z powietrza lub ze znajdujących się na powierzchni osadów, w ten sam sposób jak czynią to związki nieorganiczne. Mogą uszkodzić powierzchnię, na której żyją wydzielając produkty przemiany materii, np. kwasy organiczne.

Glony są organizmami roślinnymi o zróżnicowanych wymiarach, od wymiarów mikrometrowych do kilkumetrowych (np. glony morskie). Tylko nieliczne gatunki glonów występują poza środowiskiem wodnym, pobierając niezbędną wilgoć z atmosfery lub z podłoża. Na elewacjach są to małe organizmy, które po masowym namnożeniu się stają się widoczne dla oka. Ponieważ glonom sprzyjają ekstremalne warunki wilgotnościowe, a nawet termiczne, stąd bierze się tak duże ich namnożenie na elewacjach budynków. W przeciwieństwie do grzybów pleśniowych, glony potrzebują do przemiany fotosyntezy, związanej z dużą ilością światła naturalnego. Prowadzi to do powstawania w ich komórkach chlorofilu i innych związków powodujących różnorodne zabarwienia, które z kolei mogą również ograniczać intensywność działania słońca na powierzchni elewacji. W czasie suszy glony tworzą formy przetrwalnikowe, zdolne do rozwoju nawet po wielu latach, przy powstaniu warunków sprzyjających rozwojowi.

Glonom odpowiada podłoże elewacji obojętne lub lekko zasadowe, w odróżnieniu od grzybów domowych preferujących podłoże lekko kwaśne i kwaśne. W związku z tym glony preferują te tynki z zapraw cementowo-wapiennych oraz te tynki organiczne, których odczyn jest lekko zasadowy.

Glony często występują w połączeniu z grzybami pleśniowymi, które pojawiają się na elewacjach w drugiej kolejności. Charakterystyczne dla glonów zielone przebarwienie, spotykane na elewacjach, najbardziej kojarzą się z glonami i porostami, bowiem mchy do wzrostu i egzystencji wymagają znacznie większej ilości pokarmu i większej wilgotności podłoża, o co trudno na elewacjach budynków, może z wyjątkiem bogatych architektonicznie obiektów zabytkowych.

Mechanizm działania i obszary występowania glonów na elewacjach

Glony w środowisku naturalnym powstają w takich samych warunkach w jakich spotyka się je na obiektach budowlanych. Na obiektach rażące są zielone lub szare plamy, które w naturze są czymś naturalnym. Dla obserwatora psuje to wartość estetyczną budynku, ale także ujemnie wpływa na jego wartość techniczną, poprzez retencję wilgoci, obniżenie oporu cieplnego przegrody budowlanej, poprzez zmiany wymiarowe elementów, wymroziny i wytwarzanie przez czynniki biologiczne metabolitów wtórnych (produktów przemiany materii). Widzimy, że w procesie degradacji mamy do czynienia głównie z korozją fizyczną.

Glony wnikają w podłoże w niewielkim stopniu. Wnikają bowiem w pory przypowierzchniowe.

Częstość występowania glonów na elewacjach budynków jest następująca:

a) 85% na ścianach docieplonych, bez wpływu grubości warstwy izolacyjnej oraz 15% na ścianach niedocieplonych,
b) 13% na tynkach polimerowych, 54% na tynkach mineralnych, 10% na tynkach silikonowych, 5% na tynkach krzemianowych (silikatowych) i 18% na innych tynkach.

Niewiele to odbiega od asortymentu tynków stosowanych w budownictwie. Zdecydowanie jednak dominują powierzchnie docieplone.

Ponad 50% stwierdzonych przypadków porastania glonami dotyczy elewacji na budynkach znajdujących się na terenach wiejskich i małomiasteczkowych. Ta mała, ale jednak przewaga, związana jest z mniejszą wysokością budynków, a więc z mniejszym ich przewietrzaniem oraz większym obciążeniem budynków opadami atmosferycznymi, niższymi temperaturami, dłuższym utrzymywaniem się wilgoci oraz większą ilością terenów zielonych, co sprzyja intensywnemu tworzeniu się źródeł porastania przez czynniki biologiczne.

Czynniki fizyczne i techniczne decydujące o pojawieniu się glonów i porostów

Istotne czynniki uszeregować można następująco:

A. Czynniki mikroklimatyczne – opady i temperaturami

Sprzyjające są opady w ilości powyżej 800 mm/rok, a średnia temperatura powyżej 6-8oC. Nawet przy większych opadach, ale przy temperaturach wyższych, intensywność porastania glonami jest mniejsza, co świadczy o większym wpływie ciepłoty niż wilgotności.

B. Zmiany pogodowe

Relatywnie większe są opady w ostatnich latach niż miało to miejsce w okresach sprzed kilkudziesięciu laty. Wzrasta nieco temperatura, lecz nie jest to przyrost znaczący.

C. Parametry powietrza

Zawartość CO2 w powietrzu nieco wzrasta, szczególnie w aglomeracjach uprzemysłowionych, co zwiększa ilość węgla niezbędnego organizmom roślinnym do rozwoju. Wraz z ograniczeniem industrializacji i zmianą rodzaju paliwa energetycznego, zmniejszyła się w powietrzu ilość szkodliwych dla życia biologicznego substancji szkodliwych. Zawartość w powietrzu SO2 i SO3 znacznie zmalała i to wielokrotnie, co oznacza zmniejszenie ilości kwaśnych deszczów i powoduje istotną poprawę warunków sprzyjających rozrostowi glonów, porostów i grzybów. Należy w tym miejscu zauważyć, że w poprzednim okresie społeczno-gospodarczym duża zawartość glonów była wskaźnikiem czystości powietrza.

D. Mikroklimat

Lasy i nierówności terenu, zasłaniające budynki, stwarzają dogodne warunki do rozwoju glonów, dając możliwość tworzenia ich większej ilości, a także umożliwiając wzrost wilgotności budynków.

E. Lokalizacja obiektu

Gęstość zabudowy oraz wysokość budynków mają duży wpływ na wilgotność przegród budowlanych. Operacja słoneczna preferuje odkryte powierzchnie, tak więc elewacje północne najczęściej podlegają porastaniu glonami, porostami i grzybami. Całościowo sprzyja temu wytwarzanie przez wiele roślin substancji kleistych, które przenoszone w strumieniach powietrza powodują przyklejanie do powierzchni kurzu i środków ochrony roślin, w wielu przypadkach służących życiu biologicznemu.

F. Elementy budynku

Zazwyczaj glony tworzą się w miejscach, do których dostęp promieniowania słonecznego jest utrudniony, a więc: pod parapetami, przy ościeżnicach okiennych, nad daszkami wejściowymi, na gzymsach i nad gzymsami oraz elementami dekoracyjnymi, w okolicach cokołów, przy balkonach, tarasach, przy narożnikach budynków, w miejscach występowania mostków cieplnych, na ogrzewanych częściach budynku. Widać więc, że dotyczy to miejsc o zwiększonej retencji wody.

Glony tworzą się również w miejscach gdzie wody spływa większym strumieniem, a więc gdzie odprowadzana jest woda deszczowa, np. z uszkodzony rynien, pod tablicami reklamowymi. Także w dolnych częściach budynku, gdzie następuje większa retencja wody i gdzie są gorsze warunki do wysychania powierzchni.

G. Sposób eksploatacji budynku

Ściany powierzchni nieogrzewanych są podatne na rozrost czynników biologicznych. Częste uchylanie stolarki okiennej skutkuje zawilgoceniem nadproża w wyniku kondensacji pary wodnej i porastaniem glonami.

H. Struktura przegród budowlanych

Glony występują najczęściej po docieplaniu budynków, mimo polepszenia wielu parametrów przegród budowlanych. Pogorszeniu ulegają wówczas w przegrodach następujące zagadnienia:

a) w przypadku stosowania styropianu, przepływ strumienia cieplnego jest ograniczony, co utrudnia schnięcie zawilgoconej powierzchni zewnętrznej ściany i stwarza mikroorganizmom korzystne warunki do życia; w okresie nocnym, na elewacjach występują niskie temperatury, ponieważ nie w pełni wykorzystane jest ciepło z pomieszczeń, a w okresie jesienno-zimowym i wiosennym często mamy do czynienia z punktem rosy,
b) docieplenia powodują w okresie jesienno-zimowym obniżenie o 0,5-2oC temperatury tynku cienkowarstwowego w stosunku do rozwiązania poprzedniego, co powoduje zwiększoną retencję wodną i wymroziny w warstwie przypowierzchniowej,
c) wszystkie elementy łączące działają jak punktowe mostki cieplne, wokół których tworzą się kolonie czynników biologicznych,
d) dużą rolę odgrywają właściwości fizykomechaniczne powierzchni przegród budowlanych. Decyduje o tym struktura i stan powierzchni, a mianowicie: porowatość, stopień nasycenia porów, przepuszczalność pary wodnej lub opór dyfuzyjny dla pary wodnej; duże znaczenie należy przypisać barwie powierzchni. Parametry te mają wpływ na retencję wody, na zdolność do przyjmowania brudu, nawet na wartość finalną odczynu pH.

Przyjęte metodologicznie do oceny zagrożenia predyspozycje powierzchni ściany – właściwości techniczne, można określić następująco:

Współczynnik absorpcji wody przez powierzchnię ściany (w) i opór dyfuzyjny dla pary wodnej (SD), powinny być możliwie niskie i przyjmować następujące wartości:

w < 0,5 kg/mv≤ hT, oraz SD<2,0 m, a także (w) x (SD) < 0,2 kg/m hT (1)

Schnięcie materiału budowlanego w elewacji budynku jest od 20 do 100 wolniejsze niż nawilżanie. Widać jak trudne jest usuwanie skutków zawilgocenia w obiektach.

Brud gromadzony na powierzchni zawiera znaczne ilości składników odżywczych, a gromadzi się tym bardziej intensywnie im bardziej powierzchnia ma chropowatą teksturę. Tekstura ta sprzyja również retencji wody. Z tego też względu tynki chropowate, tzw. baranki sprzyjają tworzeniu się glonów i porostów.

Ciemna barwa elewacji sprzyja pochłanianiu dużej ilości ciepła, barwa jasna daje skutek odwrotny uniemożliwiając suszenie powierzchni. Pośrednie i ciemne barwy pastelowe i estetyczne pozwalają na ogrzewanie powierzchni, a nocą powierzchnie emitują małe ilości ciepła.

Fakt ten powoduje, że projektowane budynki, z istotnym dociepleniem zewnętrznym, powinny mieć ciemne, pastelowe barwy. Docieplanie styropianem wywołuje w strefie przypowierzchniowej duży opór cieplny (SD>2,0m), podczas stosowania wełny mineralnej dochodzi do zawilgocenia izolacji przez opady przy pocienionym tynku.

Duża wartość odczynu pH większa od 10,5 stanowi zaporę dla tworzenia się glonów, dla których optymalna wartość pH zawiera się w granicach 7,0-8,5. Z tego też względu tynki wysoko alkaliczne dają ostateczną ochronę przed glonami. Jednak wraz z karbonatyzacją i pokrywanie się brudem, najczęściej o prowieniencji kwasowej, ochrona ta z czasem zanika. Nowe elewacje z wysokoalkalicznych tynków wykazują naturalną ochronę przed glonami. Szczególnie dużą odporność na porastanie glonami i porostami wykazuje ceramika budowlana, a wyraźnie ceramika o strukturze zwartej, i w związku z tym o małej nasiąkliwości (absorpcji i retencjo wodnej). Ten rodzaj ceramiki stanowi bardzo często remedium na glony i porosty. Unikać jednak należy powierzchni poziomych. W tych warunkach część ceramiki porowatej służyć również może do zabezpieczania powierzchni elewacji. Ceramika o teksturze zwartej zdecydowanie spełnia wymagania zawarte w zależności (1) pod warunkiem wykonania szczelnych i gładkich spoin. Inne materiały mineralne, takie jak zaprawy cementowe i cementowo-wapienne, nawet po spełnieniu warunku odnoszącego się do oporu dyfuzyjnego (SD) nie spełniają warunku związanego z absorpcją (w). Beton cementowy, o klasie co najmniej B30, spełni natomiast wymaganie odnoszące się do absorpcji (w), ale nie spełni wymagania związanego z oporem dyfuzyjnym (SD<2,0m). Łatwiej jest natomiast spełnić te wymagania podczas produkcji fabrycznej niż bezpośrednio na budowie, czemu wychodzi naprzeciw ceramika budowlana. Innym zjawiskiem niekorzystnym dla betonu i zapraw budowlanych jest karbonatyzacja, która obniża odczyn pH do wartości korzystniejszych dla pojawiania się glonów i porostów. Karbonatyzacja dostarcza związki węgla, niezbędne do rozwoju grzybów pleśniowych na elewacjach budynków. W rozwiązaniach z udziałem ceramiki o teksturze zwartej problem ten dotyczyć może spoin z materiałów cementowych lub cementopodobnych, do których jednak można dodawać środki biobójcze w czasie aplikacji lub stosować kompozyty silikonowe.

Możliwości usuwania glonów i działania profilaktyczne

Z analizy poprzednich rozważań wynika, że głównym źródłem pojawiania się glonów są: duża retencja wilgoci, sprzyjający odczyn pH, barwa powierzchni i usytuowanie obiektu, tak więc w trakcie działań profilaktycznych należy kierować się właśnie tymi przesłankami, odpowiednio dobierając przegrody budowlane, w oparciu o wartości związane z tymi właściwościami.

Aby usunąć skutki występowania glonów na elewacji budynków stosuje się środki biobójcze. Należy traktować to działanie jako uzupełniające i sprawdzić jak dalece można wcześniej wyeliminować czynniki, które sprzyjają namnożeniu się glonów. Najczęściej nie mamy wpływu na chemiczny skład powietrza, na klimat i makroklimat, położenie budynku, ani też nie możemy zmniejszyć ilości węgla i azotu w pożywieniu, ale możemy wpłynąć zdecydowanie na retencję wody w przegrodzie budowlanej. Wykorzystać można do tego 3 grupy działań:

a) wprowadzenie strefy ochronnej dla elewacji poprzez szerokie zadaszenie i unikanie na elewacji płaszczyzn poziomych oraz wprowadzanie opierzonych gzymsów kordonowych,
b) zastosowanie ochrony chemicznej z użyciem środków biobójczych,
c) ograniczenie punktu rosy i zapewnienie wysychania ścianie,
d) stworzenie zapory dla tworzenia się glonów z powłok i obmurzy.

Nie jest możliwe całkowite wykluczenie ryzyka występowania glonów, ale możliwe jest ograniczenie ich ilości i opóźnienie pojawiania się na dużych obszarach.

W przypadku renowacji powierzchni należy wcześniej wykonać niezbędne badania w celu określenia: stanu powierzchni, rodzaju mikroorganizmów, odczynu pH dla powierzchni, głębokości wniknięcia glonów w powierzchnię, współczynnika absorpcji wody i oporu dyfuzyjnego materiału powierzchni, punktu rosy dla przegrody. Uzupełniająco należy określić możliwość usunięcia nadmiaru drzew i innych roślin, możliwość zmiany elewacji i usunięcia powierzchni poziomych, tablic informacyjnych, itp.

Szczegółowe działania przedstawiono w tabeli 1.

Czyszczenie powierzchni odbywa się za pomocą pary wodnej lub gorącej wody i temperaturze od 60 do 80°C, pod ciśnieniem. Czyszczenie jest skuteczniejsze gdy wcześniej powierzchnie zostaną pokryte środkiem do usuwania glonów i porostów. Korzystne jest powtarzanie czyszczenia w 5-6 letnich odstępach czasu, korzystając ze sprzyjających warunków pogodowych. Środkami biobójczymi dysponuje wiele firm specjalistycznych. Na rynku znajduje się kilkadziesiąt środków typowo glono- i porostobójczych.

Wnioski

1. W ostatnich 30 latach zauważalny stał się problem porażania elewacji przez glony, grzyby i porosty, szczególnie dotyczy to budynków ocieplonych.
2. Intensywność występowania czynników biologicznych na elewacjach budynków uzależniona jest głównie od czynników fizycznych, charakteryzujących przegrodę i fizykochemicznych oraz biologicznych dotyczących środowiska naturalnego. Podkreślić należy ważność wpływu porowatości i chropowatości powierzchni, a sumarycznie retencji wody, zabrudzenia powierzchni, barwy powierzchni, usytuowania obiektu w określonym terenie.
3. Eliminacja czynników biologicznych z elewacji budynków wymaga działań o różnym stopniu zaawansowania technicznego (tabl.1), z wyprzedzeniem badawczym dotyczącym właściwości przegrody i oddziaływania środowiska naturalnego.

Literatura

[1] Blaisch J., Raschle P., Algen auf Fassaden, Der Schweizer Hauseigetümer, 1999.
[2] Karyś J., Richter Ch., Glony barwiące elewacje budynków. Ochrona przed korozją, nr 9/As/2007
[3] Kastien H., Algen und Pilze an mineralischen Fassaden, Applica. 1999.
[4] Wasserbauer R., Biologicke znehodneceni staveb, Richard Wasserbauer, 2000.
[5] Ważny J., Karyś J., (red.) Ochrona budynków przed korozją biologiczną, Arkady, Warszawa 2001 r.
[6] Winkler E.M., Stone in Architecture, Properties, Durability, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1994.
[7] Wysocki M., Mikrobiologiczne obrastanie podłoży mineralnych, BIT, nr 3/2003.

dr inż. Jak Karyś
Ceramika Budowlana nr 4/2012