Interacciones microorganismo-hormigón: métodos de evaluación y posibles soluciones

Abstract

La interacción microorganismo–hormigón es un proceso que, debido a la naturaleza porosa del hormigón, lo hace susceptible de ser colonizado por los microorganismos presentes en prácticamente todos los hábitats. Esta interacción puede provocar cambios indeseables en el hormigón o hacer que éste sea un foco de contaminación microbiológica, si bien, en algunos casos, la presencia de microorganismos puede ser beneficiosa. La presente tesis doctoral se focaliza en las interacciones negativas y tiene como objetivos principales, en primer lugar, realizar una selección de sustancias químicas y valorar su efectividad frente a microorganismos patógenos para el ser humano y/o su actividad (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Aspergillus niger,) o frente al crecimiento de microorganismos que pueden provocar el biodeterioro del hormigón (Scenedesmus vacoulatus, Stichococcus bacillaris y Thiobacillus thiooxidans). En segundo lugar, desarrollar una metodología global (ensayos en laboratorio y ensayos de campo) que permita evaluar la efectividad de diferentes agentes químicos frente a diferentes factores a lo largo del tiempo. A nivel de laboratorio se realizan tres campañas de ensayos, en las que se evalúan las prestaciones antimicrobianas de 15 formulados diferentes (10 monocomponente y 5 multicomponente) que contienen 10 principios activos distintos. En la 1ª campaña de ensayos se valora la eficacia de los formulados monocomponente, poniéndose de manifiesto que ninguno de ellos alcanza los objetivos requeridos y, por tanto, se descartan debido a las siguientes razones: perjudicar las prestaciones fundamentales del hormigón (desarrollo de resistencias, densidad y consistencia), lixiviación del principio activo y, no alcanzar los niveles de actividad antimicrobiana aceptables. En la 2ª campaña se emplearon formulados multicomponente, obteniendo excelentes resultados con el formulado PL-UV H+M-2B, el cual presentó una efectividad antimicrobiana duradera en el tiempo sin comprometer el resto de prestaciones. Estas fueron confirmadas en condiciones reales de uso en la fase experimental de campo (puerto de Barcelona) retrasando la aparición de algas sobre la superficie de hormigón hasta en 16 semanas. Por último, en la 3ª campaña se evalúa la efectividad del formulado BXT/ I frente el ataque ácido sulfúrico biogénico producido por el metabolismo del Thiobacillus thiooxidans. En primera instancia se realizan los ensayos por impregnación mediante los cuales se demuestra, de forma cualitativa, que el formulado BXT / I inhibe el desarrollo del Thiobacillus thiooxidans. Posteriormente se lleva a cabo un ensayo en el que simula la acción del ácido sulfúrico biogénico siguiendo el método descrito por Vincke (1999), demostrándose que el empleo del formulado BXT/I reduce en más de un 30% la pérdida de masa de hormigón debida al metabolismo del Thiobacillus thiooxidans, considerándose, de esta manera, una solución efectiva contra este proceso de biodegradación. Desde el punto de vista metodológico, esta tesis doctoral propone una nueva metodología de evaluación global de la eficacia de principios activos antimicrobianos, en la que se abarca el estudio de la influencia del principio activo en las propiedades del hormigón, la posible lixiviación del principio activo, la eficacia del efecto antimicrobiano (cultivo microbiológico en placa de Petri) y su durabilidad, tanto a nivel de laboratorio como en ensayos de campo

Microorganism-concrete interaction is a process which makes concrete a very porous material very susceptible to colonization by microorganism present in almost any habitat. This interaction may cause undesirable changes in the concrete and turn it a source of microbiological contamination. Although in some cases, the presence of microorganisms in concrete may be beneficial.This investigation is focused just on the negative interactions. Its main objectives are two, first one, to make a selection of chemicals and evaluate their effectiveness against pathogenic to humans and / or their activity (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Aspergillus niger) or against the microorganisms growth that could cause concrete biodeterioration (Scenedesmus vacoulatus, and Thiobacillus thiooxidans, Stichococcus bacillaris). The second objetives is to develop a comprehensive methodology (laboratory tests and field trials) to evaluate the different chemicals effectiveness against different factors over time. The laboratory tests are divided in three phases, in which the antimicrobial efficiency of 15 different formulations (10 and 5 multi-component) containing 10 different active ingredients is evaluated. In the first phase the monocomponent products efficacy was assessed, evidencing that none of them reaches the required objectives and thus are discarded for the following reasons: key concrete properties were prejudiced (strength development, density and slump), chemical leaching and acceptable antimicrobial activity not reached. In the second phase multicomponent formulations were evaluated and when using PL-UV PL-H+M-2B excellent results were reached. This product presents a long lasting antimicrobial effect without compromising the rest of concrete performancesThese good results obtained with PL-UV PL-H+M-2B, were confirmed in real use conditions field trials conducted in the port of Barcelona, in which the algae appearance was delayed up to 16 weeks. Finally, in the third phase the BXT/I effectiveness against biogenic sulfuric acid (Thiobacillus thiooxidans metabolism) attack was evaluated. Firstly, impregnation tests were done and demonstrate, qualitatively, that BXT/I inhibits the T. thiooxidans growth. Subsecquently, sulfuric acid attack simulation tests were carried out, following the method described by Vincke (1999), showing that the use of formulated BXT/I reduced by more than 30% concrete mass loss due T. thiooxidans metabolism; hence, this treatment can be considered effective against this biodeterioration process. From the methodological point of view, this PhD proposes a new methodology to evaluate the antimicrobial chemicals efficacy by studying the chemical influence in concrete properties, its possible leaching, antimicrobial effectiveness (microbiological cultures in Petri plate) and its durability, both laboratory and field trials.