Biokorrosion

Biologische Ursachen fur eine korrosive Zerstorung von Baustoffen warden – abgesehen von Spannungen durch Quell – und Wachstumsprozesse von Sporen, Samen und Wurzeln, die zu auBerordentlich hohen Driicken im Baugefuge fflhren konnen, und von Verschmut – zungen durch Tiere (z. B. Taubenkot) – bis in die 70er Jahre des vergangenen Jahrhunderts in die Untersuchungen nicht einbezogen. Diese Tatsache ist um so bemerkenswerter, da bereits 1945 der australische Biologe Parker eine Arbeit liber die Zersetzung von Beton in Abwasserleitungen durch Bakterien der Gattung Thiobacillus publizierte [KS 14] und damit erstmalig den Beweis fur eine mikrobielle Zerstorung nichtmetallisch-anorganischer Bau­stoffe lieferte.

An mikrobiell beeinflussten Korrosionsvorgangen (auch: Biokorrosion; im angelsachsi – schen Sprachgebrauch „Biodeterioration64) konnen Mitglieder aus alien Gruppen von Mikroorganismen beteiligt sein. Dazu zahlen in erster Linie Bakterien, Algen, Flechten und Pilze. Den biogenen Sehadensprozessen an anorganischen Werk – und Baustoffen ist im Zuge jiingster Untersuchungen verstarkt Aufmerksamkeit gewidmet worden [KS 17]. Dabei wurde eines offensichtlich: Ihr Anteil an der Korrosion nichtmetallisch-anorganischer Bau­stoffe ist erheblich groBer als bisher angenommen. Biokorrosion verursacht hohe wirt – schaftliche Kosten und einen unwiederbringlichen Verlust an Kulturgutem.

Trotz der unterschiedlichen Mikroflora lassen sich auf anorganischen Werkstoffen folgende Gruppen in wechselnder Vielfalt und Artendominanz nachweisen [KS 18]: [9]

• Flechten bestehen aus einer autotrophen Alge und einem heterotrophen Pilz. Der Pilz bezieht von der Alge organische Nahrstoffe, die diese iiber die Photosynthese produziert hat. Im Gegenzug versorgt der Pilz die Alge mit Mineralien, die er mittels tief ins Bau – material eindringender Hyphen und Ausscheidungen von Flechtensauren aus dem Ge – stein gewonnen hat.

Die wichtigste und am besten untersuchte mikrobielle Materialschadigung ist der Saurean – griff. Bestimmte spezialisierte Mikroorganismen scheiden als Zwischen – oder Endprodukte ihres Stoffwechsels starke anorganische Sauren wie Schwefel – oder schweflige Saure (Oxi­dation von Sulfiden und/oder Schwefel durch Bakterien der Gattung Thiobacillus), Salpe – ter – oder salpetrige Saure (Oxidation von Ammonium-Stickstoff durch Nitrifikanten) und Kohlensaure (Endprodukt des heterotrophen Stoffwechsels) ab.

Beim Wachstum von Thiobacillus auf zementgebundenen Baustoffen kann durch die gebil – dete Schwefelsaure das schwer losliche Ca(OH)2 in Gips (CaS04 • 2 H20) umgewandelt werden. Bei feuchten Bedingungen geht damit die Festigkeit des Baustoffs verloren. Au – Berdem konnen der maBig losliche Gips bzw. die umgesetzten Zementhydratationsprodukte mit der Zeit ausgewaschen werden. Mit dem Verlust des Bindemittels ist der Baustoff irre – versibel geschadigt. Biogene Salpetersaure lost wie die Schwefelsaure den Baustoff auf. Beide Gruppen lithoautotropher Mikroorganismen konnen erhebliche Schaden an Beton und Natursteinen verursachen.

Die meisten Mikroorganismen scheiden wahrend ihres Wachstums auch organische Sauren aus, z. B. Essig-, Glucon-, Oxal-, Zitronen – und Apfelsaure sowie Flechtensauren, aber auch Zuckersauren und Aminosauren. Sie unterscheiden sich in ihrer Wirksamkeit kaum von den anorganischen Sauren, wobei man auch hier starke und schwache Sauren unterscheiden muss. Organische Sauren konnen wie die anorganischen Vertreter den Baustoff hydroly – tisch zersetzen. Daruber hinaus sind sie bei gegebenen strukturellen Voraussetzungen in der Lage, Metallionen komplex zu binden (Chelatbildung). Schwer losliche Verbindungen kon­nen angegriffen und durch Komplexbildung aufgelost werden.

Ein seit Jahren intensiv diskutiertes Problem ist die Schadigung von Beton durch biogene Schwefelsaure (Biogene Schwefelsaurekorrosion [KS 19]). An Klaranlagen, aber auch an Schachten und Kanalen aus Beton, die dem Einfluss von Faulgasen ausgesetzt sind, treten haufig massive Schaden durch den Angriff von Schwefelsaure auf.

Die im Abwasser enthaltenen EiweiBstoffe werden durch anaerobe Mikroorganismen in Schwefelwasserstoff H2S umgewandelt. Schwefelwasserstoff ist ein farbloses, in Wasser losliches, brennbares, stark giftiges Gas von unangenehmem Geruch (faule Eier!). H2S ist noch in sehr groBer Verdunnung an seinem Geruch wahmehmbar. Seine Toxizitat – die noch hoher als die von Blausaure HCN ist – wird oft unterschatzt. Die wassrige Losung von H2S (Schwefelwasserstoffwasser) ist eine schwache zweibasige Saure. Sie bildet bei Pro – tolyse mit Wasser Hydrogensulfide HS“ (z. B. Natriumhydrogensulfid NaHS) und Sulfide S2" (z. B. Zinksulfid ZnS). H2S und Sulfidionen sind starke Reduktionsmittel, wobei eine Oxidation zu S, S02 oder S042- erfolgen kann.

Der Schwefelwasserstoff greift als schwache Saure mineralische Baustoffe wie Beton nur geringfugig an, wenngleich er in der Lage ist, mit Schwermetallen schwer losliche Sulfide zu bilden. Das kann zu starker metallischer Korrosion fuhren.

Der in Abwasserleitungen gebildete Schwefelwasserstoff stellt eine wichtige Nahrstoff – quelle fur aerob lebende schwefeloxidierende Bakterien dar. Er wird dabei durch bakteri – elle Oxidation in Schwefelsaure umgewandelt. Diese sogenannte biogene Schwefelsaure greifi massiv Betonoberflachen an. Die Schaden sind erwartungsgemaB oberhalb des Ab – wasserspiegels feststellbar. Sie sind abhangig von der Abwasserbeschaffenheit, den Milieu – bedingungen (Temperatur und Sauerstoffgehalt) sowie der Kontaktzeit des Abwassers mit dem Beton. Bei langen Aufenthaltszeiten, fehlender Beliiftung, fehlender oder nicht ausrei- chender Entliiftung, beim Mischen mit frischem, warmem oder saurem Abwasser sowie bei Turbulenzen ist die Gefahr des Auftretens von H2S besonders groB.

Die Veralgung und Vergriinung von Fassaden hat in den letzten Jahrzehnten an Bedeu – tung gewonnen – Tendenz steigend! Dabei kommt es sowohl auf Fassaden mit Silicat – oder Mineralputzen als auch auf kunststoffgebundenen Beschichtungssystemen zur Algenbil – dung. Mit anderen Worten, es gibt keine bevorzugten Beschichtungssysteme, die das Al – genwachstum generell unterbinden. Untersuchungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass bei Wechselwirkung der Algen mit der Baustoffoberflache die Oberflachenstruktur che – misch und physikalisch beeinflusst und verandert wird, so dass man kann heute davon aus- gehen kann, dass eine mit Algen besiedelte Baustoffoberflache langfristig geschadigt wird [KS 20]. Damit muss dem weit verbreiteten Vorurteil entgegengetreten werden, dass ein Algenbewuchs lediglich einen asthetischen Mangel darstellt. Als Baustoffoberflachen be – siedelnde Algen wurden vor allem Griinalgen (Chlorophycea) und Blaualgen (Cyanobac – ter) identifiziert.

Die Ursachen fur die Veralgung einer Oberflache sind gut bekannt [KS 20]: Storung des Wasserhaushaltes im Bereich der Fassade bzw. des Bauwerkes; Problem der Warmedam – mung; Staub – und Schmutzablagerungen, die einen idealen Nahrboden fur die Algen bil – den; hohe Konzentrationen an Ammoniak (Landwirtschafit) und Stickoxiden (Kfz-Verkehr) in der Atmosphare, die die Wachstumsbedingungen verbessem.

Um die Verschmutzung als Grundlage fur das Algenwachstum zumindest teilweise zu un­terbinden, mussen Beschichtungen eingesetzt werden, die eine auBerst geringe Neigung zu Schmutzablagerungen aufweisen. Mittel der Wahl sind hydrophob eingestellte, diffusions – fahige Beschichtungen (Siliconharzputze, Siliconharzfarben).

Um eine Veralgung effektiv zu bekampfen, sind chemische SchutzmaBnahmen unerlass – lich. Als Methode der Wahl gilt hier immer noch die Anwendung algizider Substanzen. Al – gizide sind biozid wirksame Verbindungen (Biozide), die speziell gegen Algen wirken. Sie werden in der Regel als Losungen aufgebracht oder Beschichtungsstoffen als Additiv bei – gegeben.

Zu den gegenwartig eingesetzten Bioziden, also Bakteriziden, Algiziden und Fungiziden (wirken gegen Pilze), gehoren Substanzen wie Phenole und deren Derivate, Salicylanilide und Carbanilide, Dibenzamidine, quartemare Ammoniumsalze, Aldehyde und Organome – tallverbindungen. Heute sind mehr als 250 Biozide im Handel, dazu kommen zahlreiche Formulierungen und Kombinationen. Neben ihrer unspezifischen Wirksamkeit sind die Biozide im Allgemeinen toxisch, bilden gesundheitlich bedenkliche Abbauprodukte und werden haufig unkontrolliert an die Umwelt abgegeben.

Generell ist festzuhalten, dass die durch Biokorrosion resultierenden Veranderungen am kunstlichen bzw. natiirlichen Gestein von Verfarbungen uber Salzausbluhungen, Krusten – bildungen bis zu tiefgreifenden Zerstorungen der Gesteinsmatrix reichen konnen.