DE3604912A1 - Process for determining the resistance of materials such as construction materials to a biogenic acid attack and device for carrying out the process - Google Patents

Process for determining the resistance of materials such as construction materials to a biogenic acid attack and device for carrying out the process

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    • C12Q1/12—Nitrate to nitrite reducing bacteria

Abstract

The invention relates to a process for determining the resistance of materials such as construction materials to a biogenic acid attack and a device for carrying out the process. Material test specimens with or without surface-protection coatings, of varying formulations of the material and of the coating systems, are subjected to a defined and controlled attack by microorganisms with a reaction-intensifying and reaction-accelerating superintensity in an atmosphere/environment simulation test chamber. The material test specimens are incubated at a constant air humidity of at least 95% and at a constant temperature of, for example, 30 DEG C and are inoculated by spraying cell suspensions of nitrifying bacteria. The substrate solution for nitrobacteria can be periodically sprayed onto the material test specimens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Beständigkeit von Materialien wie Baustoffen gegenüber einem biogenen Säureangriff und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining the Resistance to materials such as building materials a biogenic acid attack and a device for Execution of the procedure.

Es ist bekannt, daß bestimmte Mikroorganismen als Stoff­ wechselprodukte starke Mineralsäuren ausscheiden, die Oberflächen von Baukörpern wie z. B. Betonoberflächen angreifen und zerstören können. So sind in Abwasseran­ lagen auf den Betonoberflächen oberhalb des Abwasser­ spiegels Bakterien der Gattung Thiobacillus nachgewiesen worden, die reduzierte Schwefelverbindungen, vor allem Schwefelwasserstoff, zu Schwefelsäure oxidieren. Die Schwefelsäure greift den Beton an, aus dem Calciuman­ teile herausgelöst und in schwer lösliches Calciumsulfat umgewandelt werden. Eine andere Gruppe von Mikroorganis­ men, die nitrifizierenden Bakterien, bilden ebenfalls als Endprodukt ihres Stoffwechsels eine starke Mineral­ säure. Es sind gramnegative chemolithoautotrophe Bak­ terien, die anorganische Stickstoffverbindungen zu salpetriger bzw. Salpetersäure oxidieren und die dabei frei werdende Energie zum Wachstum nutzen. Man unter­ scheidet bei diesen Organismem zwischen zwei Gruppen, den Amoniakoxidanten und den Nitritoxidanten. Vertreter der ersten Gruppe oxidieren Amoniak zu salpetriger Säure, während Bakterien der zweiten Gruppe salpetrige Säure zu Salpetersäure oxidieren.It is known that certain microorganisms as a substance metabolites excrete strong mineral acids that Surfaces of structures such as B. Concrete surfaces can attack and destroy. So are in sewage lay on the concrete surfaces above the wastewater level of bacteria of the genus Thiobacillus detected been reduced sulfur compounds, especially Hydrogen sulfide, oxidize to sulfuric acid. The Sulfuric acid attacks the concrete from which calciuman parts detached and in poorly soluble calcium sulfate being transformed. Another group of microorganisms men, the nitrifying bacteria, also form a strong mineral as the end product of their metabolism acid. They are gram-negative chemolithoautotrophic Bak terien, the inorganic nitrogen compounds too Oxidize nitrous or nitric acid and the Use released energy for growth. One under distinguishes between two groups in these organisms, the ammonia oxidants and the nitrite oxidants. Representative the first group oxidize ammonia to nitrous Acidity, while bacteria of the second group are nitrous Oxidize acid to nitric acid.

In der Natur kommen die Organismen dieser beiden Gruppen von Bakterien vergesellschaftet vorwiegend im Boden vor, doch sind sie auch auf Bauwerken häufig und stellenweise stark vermehrt anzutreffen. Sie spielen eine entscheide­ nde Rolle im Stickstoffkreislauf der Natur, in dem sie das bei der Mineralisation der organischen Substanz anfallende Ammoniak zu Nitrat oxidieren. The organisms of these two groups come naturally socialized by bacteria predominantly in the soil, but they are also common and in places on buildings to be found more and more. You play a decision nde role in the nitrogen cycle of nature in which it the mineralization of the organic matter Oxidize the resulting ammonia to nitrate.  

Die Bildung starker Mineralsäuren ist für den Energieer­ haltungsstoffwechsel, das Wachstum und die Vermehrung der nitrifizierenden Bakterien essentiell. Im direkten Verhältnis zur Bakterienzahl steht somit die Menge der gebildeten Säure. Ein gehäuftes Auftreten dieser Or­ ganismen bedeutet hiernach starke Säureproduktion. Für Bauwerke ist das Auftreten von Nitrifikanten mit einem starken Säureangriff verbunden.The formation of strong mineral acids is for the energizer postural metabolism, growth and reproduction of the nitrifying bacteria is essential. In the direct The amount of bacteria is related to the number of bacteria formed acid. A frequent occurrence of these Or ganisms means strong acid production. For Structures is the appearance of nitrifiers with a strong acid attack associated.

Nitrifikanten stellen wie alle Organismen spezifische Anforderungen an die Umwelt. Grundsätzlich ist zum Wachstum Wasser notwendig. Ein anderer Wachstumspara­ meter ist die Umgebungstemperatur. Nitrifikanten gehören zu den mesophilen Bakterien, die optimale Wachstumsbe­ dingungen bei 30°C finden. Unterhalb dieser Temperatur verlangsamt sich das Wachstum, doch werden auch niedrige Temperaturen selbst unterhalb des Gefrierpunktes und Zeiten langer Trockenheit ohne Schäden überdauert. Dabei kommt es jedoch nicht zur Bildung von Dauerformen.Like all organisms, nitrifying bacteria are specific Environmental requirements. Basically, the Water growth necessary. Another growth pair is the ambient temperature. Nitrifiers belong to the mesophilic bacteria, the optimal growth factor Find conditions at 30 ° C. Below this temperature growth slows down, but also low Temperatures even below freezing and Lasts long periods of drought without damage. Here however, permanent forms are not formed.

Bakterien wachsen bei bestimmten Wasserstoffionenkon­ zentrationen ihrer Umwelt. Sämtliche bislang beschriebe­ ne Arten von Nitrifikanten benötigen ein schwach alkali­ sches Milieu mit pH-Werten um pH=7,8. Neuerdings konnten jedoch auf Bauwerken diese Organismen auch bei pH-Werten um pH=5 nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse geben zur Vermutung Anlaß, daß bislang unbekannte Arten vorkommen, die an andere pH-Werte angepaßt sind.Bacteria grow with certain hydrogen ions concentrations of their environment. All described so far ne types of nitrificants require a weak alkali Nice environment with pH values around pH = 7.8. Recently could however, on buildings, these organisms also at pH values around pH = 5 can be detected. These results give the Presumption that previously unknown species occur which are adapted to other pH values.

Von besonderem Problem ist hierbei, daß die die Mikro­ organismen betreffenden Vorgänge außerordentlich stark individuell abhängig sind von den örtlichen Randbedin­ gungen wie betonchemischen und -physikalischen Gegeben­ heiten, den Aufstellungsorten der Betonbauwerke, der Umgebungsatmosphäre, der Populationsdichte und dem Ernährungsverhalten der Nitrifikanten sowie der biogenen Produktion von Salpertersäure. Aufgrund dieser kom­ plexen Zusammenhänge ist eine analytische und/oder empirische Berücksichtigung des vorhandenen oder zu erwartenden biogenen Säureangriffs auf Baustoffe nur sehr schwer möglich und wird daher in der Regel bei Neubauten und Sanierungsmaßnahmen nicht durchgeführt.A particular problem here is that the micro processes extremely relevant to organisms are individually dependent on the local boundary conditions conditions such as concrete chemical and physical properties the locations of the concrete structures, the Ambient atmosphere, population density and the  Nutritional behavior of the nitrificants as well as the biogenic ones Production of nitric acid. Because of this com plexing relationships is an analytical and / or empirical consideration of the existing or too expected biogenic acid attack on building materials only very difficult possible and is therefore usually at New buildings and renovation measures were not carried out.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ermittlung der Beständigkeit von Baustoffen gegen­ über einem biogenen Säureangriff und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, durch das innerhalb eines begrenzten Zeitraumes Daten bezüglich des biogenen Säureangriffs für bestimmte Baustoffe bei vorgegebenen Umweltbedingungen ermittelt werden können. Hierdurch soll ferner im Einzelfall bei z. B. Beton­ werkstoffen nachgewiesen werden, wie hoch in Abhängig­ keit von der Betonoberflächenbeschaffenheit wie chemi­ sche Betonzusammensetzung, Oberflächenschutzanstriche usw. und der Beschaffenheit des klimatischen und bio­ logischen Umgebungsmilieus der Einfluß insbesondere von Nitrifikanten durch deren Salpetersäureproduktion und die dadurch erfolgende Calciumnitrat-Bildung in Reaktion mit den Calciumbestandteilen des Betons auf die Be­ tonkorrosion im Zusammenwirken mit anderen Korrosions­ einflußfaktoren ist.The object of the invention is a method to determine the resistance of building materials to over a biogenic acid attack and device to demonstrate the implementation of the procedure by within a limited period of time regarding data of the biogenic acid attack for certain building materials specified environmental conditions can be determined. This is also intended in individual cases with z. B. Concrete materials are proven, how high in dependent of the surface of the concrete like chemi cal concrete composition, surface protection coatings etc. and the nature of the climatic and bio logical environmental milieus the influence especially of Nitrificants through their nitric acid production and the resulting calcium nitrate reaction with the calcium components of the concrete on the Be clay corrosion in interaction with other corrosion is influencing factors.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß Materialprüfkörper mit oder ohne Oberflächenschutz­ anstrichen unterschiedlicher Rezepturen des Materials und der Anstrichsysteme in einer Atmosphären-Milieu- Simulationsprüfkammer einen definierten und kontrollier­ ten Befall mit Mikroorganismen reaktionsverstärkender und -beschleunigender Überintensität ausgesetzt werden. Hierdurch ist es z. B. möglich, im Rahmen eines Zeit­ rafferexperiments eine schnellere und eindeutigere Identifizierung möglicher Ursachen-/Wirkungskombina­ tionen bei Betonkorrosionsvorgängen zu erzielen als es mit sehr langwierigen und äußerst aufwendigen Unter­ suchungen an Prüfobjekten unter natürlichen Umgebungs­ bedingungen möglich wäre.According to the invention, the object is achieved by that material test specimens with or without surface protection painting different recipes of the material and the painting systems in an atmosphere Simulation test chamber a defined and controlled infestation with microorganisms that reinforces the reaction and accelerating over-intensity. This makes it z. B. possible within a time rafferexperiments a faster and clearer  Identification of possible cause / effect combinations to achieve in concrete corrosion processes than it with very lengthy and extremely complex sub searches on test objects in natural surroundings conditions would be possible.

Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, durch Verwendung einer gasdichten Prüfkammer solche gasförmigen Stick­ stoffverbindungen wie z.B. NOx, die auch in der Natur und vor allem in stark umweltbelasteten Gebieten vor­ kommen, als mögliche Stickstoff- und Energiequelle für nitrifizierende Bakterien einzusetzen.According to the invention, it is also possible to use a gas-tight test chamber such gaseous stick compounds such as NOx, which is also in nature and especially in heavily polluted areas come as a possible nitrogen and energy source for use nitrifying bacteria.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden, die eine gasdichte Prüfkammer zur Ausbildung einer definierten Atmosphäre, Halteeinrichtungen für Mate­ rialprüfkörper, eine Einrichtung mit Sprühdüsen zur Zufuhr von Nährlösungen, eine Einrichtung zum Einbringen von Gas, eine Einrichtung zum Entfernen wässriger Lösungen und eine Abgaseinrichtung aufweist und bei der jedem Materialprüfkörper eine Sprühdüse für Nähr­ stofflösungen oder mineralische Grundlösungen und eine Auffangschale für vom Materialprüfkörper abfließende wässrige Lösungen zugeordnet ist und die Atmosphäre in der Simulationsprüfkammer in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit mittels einer Befeuchtungseinrichtung und einer Heizeinrichtung zur Temperierung der Wand- und Bodenflächen der Prüfkammern einstellbar ist. Diese Vorrichtung ermöglicht es, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die im einzelnen Anwendungsfall erforderlichen Daten zu ermitteln, auf denen aufbauend dann z. B. ökonomische betonbautechnische und relevante bauten­ schutztechnische Maßnahmen entwickelt und eingesetzt werden können, mit denen zumindest ein Teil der Be­ tonkorrosionsursachen und -wirkungsprozesse vertretbar abgeschwächt oder gar verhindert werden kann.According to a further feature of the invention, the Methods are carried out by means of a device, which a gas-tight test chamber to form a defined atmosphere, holding devices for mate test specimen, a device with spray nozzles for Supply of nutrient solutions, a device for introduction of gas, a device for removing aqueous Solutions and an exhaust device and of each material test specimen a spray nozzle for nutrients substance solutions or mineral basic solutions and a Collecting tray for material flowing from the material test specimen is associated with aqueous solutions and the atmosphere in the simulation test chamber in terms of temperature and Humidity using a humidifier and a heater for tempering the wall and Floor areas of the test chambers is adjustable. These Device makes it possible according to the invention Procedures that are required in the individual application To determine data on which to build z. B. economical concrete engineering and relevant buildings protective measures developed and used  with which at least part of the Be causes and effects of clay corrosion justifiable can be weakened or even prevented.

Weitere Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben und nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der er­ findungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Es zeigt:Further features of the invention are set forth in the dependent Described claims and below using the in the Drawings illustrated embodiments of the device according to the invention described. It shows:

Fig. 1 die schematische Ansicht einer vereinfachten Simulationsprüfkammer Fig. 1 is a schematic view of a simplified simulation test chamber

Fig. 2 die Anlagenschaltung einer weiteren Ausbildung einer Simulationsprüfkammer Fig. 2, the conditioning circuit of a further embodiment of a Simulationsprüfkammer

In Fig. 1 ist eine vereinfachte Simulationsprüfkammer 1 dargestellt, bei der in einem Gehäuse 29 auf Halteein­ richtungen 3 Materialprüfkörper 4 gelagert sind. Unter den Halteeinrichtungen 3 befindet sich jeweils eine Auffangschale 6 in der von den Materialprüfkörpern 4 herabfließende wässrige Lösung sammelt. Ferner ist für die Simulationsprüfkammer 1 eine Bodenentleerung 30 vorgesehen. In der Simulationsprüfkammer 1 sind Sprüh­ düsen 5 angeordnet, über die mittels Druckluft eine NH4⁺-Lösung auf die Materialprüfkörper 4 gesprüht werden kann. Die NH4⁺-Lösung wird einem Behälter 31 entnommen. Die Druckluftzufuhr erfolgt über eine getrennte Druck­ luftanschlußleitung 32.In Fig. 1, a simplified simulation test chamber 1 is shown, in which 3 material test pieces 4 are mounted in a housing 29 on Halteein directions. Under the holding devices 3 there is a collecting tray 6 in which the aqueous solution flowing down from the material test pieces 4 collects. Furthermore, a floor drain 30 is provided for the simulation test chamber 1 . In the simulation test chamber 1 , spray nozzles 5 are arranged, via which an NH 4 ⁺ solution can be sprayed onto the material test body 4 by means of compressed air. The NH 4 ⁺ solution is removed from a container 31 . The compressed air is supplied via a separate compressed air connection line 32 .

Um insbesondere den biogenen Säureangriff auf Material­ prüfkörper 4 ermitteln zu können, dient die Simula­ tionsprüfkammer 2. Diese besteht aus zwei Prüfkammern 7, 8 in denen jeweils Halteeinrichtungen 3 zur Halterung von Materialprüfkörpern 4 angeordnet sind. Jedem Ma­ terialprüfkörper 4 ist eine Sprühdüse 5 für eine Nähr­ stofflösung oder eine mineralische Grundlösung und eine Auffangschale 6 für vom Materialprüfkörper 4 abfließende wässrige Lösung zugeordnet. Zur Konstanthaltung der Atmosphäre in den Prüfkammern 7, 8 der Simulationsprüf­ kammer 1, 2 in Bezug auf die Temperatur und Luft­ feuchtigkeit ist eine Befeuchtungseinrichtung 9, 10 und eine Heizeinrichtung 11 zur Temperierung der Wand- und Bodenflächen der Prüfkammern 7, 8 vorgesehen. Die Regelung der Befeuchtungseinrichtung 9, 10 und der Heiz­ einrichtung 11 erfolgt in für Klimakammern bekannter Weise durch eine nicht näher dargestellte Regelanlage. Die Prüfkammer 8 dient zur Ermittlung des chemischen Säureangriffs, die Prüfkammer 7 zur Ermittlung des biogenen Säureangriffs. Bei beiden Prüfkammern 7, 8 werden die Materialprüfkörper 4 über Sprühdüsen 5 je­ weils einer Sprühdüsenanordnung 12 mit einer Substrat- Sprühlösung beaufschlagt, die sich in einem Sammel­ behälter 17, 18 befindet, der mit der jeweiligen Sprüh­ lösung befüllt wird. Jeder Sammelbehälter 17, 18 ist ferner mit einer Druckluftanschlußleitung 19 verbunden, wodurch die in dem Sammelbehälter 17, 18 befindliche Sprühlösung mittels Druckluft zur Sprühdüsenanordnung 12 gefördert und über die Sprühdüsen 5 ausgesprüht wird. Hierzu sind die Sammelbehälter 17, 18 jeweils mittels einer Rohrleitung 33 mit der Sprühdüsenanordnung 12 verbunden. Oberhalb der Sprühdüsenanordnungen 12 mündet jeweils eine Rohrleitung 34 in die Prüfkammern 7, 8, über die die Prüfkammern 7, 8 mit Schadgas beaufschlagt werden können. Ebenfalls oberhalb der Sprühdüsenanordnun­ gen 12 ist jeweils ein Anschluß für einen Fortluftkanal 13, 14 vorgesehen. An die Fortluftkanäle 13, 14 ist jeweils ein Schadgasanalysator 15 zur Regulation der Schadgaskonzentration angeschlossen. Ergänzend ist der Fortluftkanal 13 mit einem Fortluftfilter 16 verbunden in dem ein Filtereinsatz aus z. B. Aktivkohle oder dgl. angeordnet sein kann. Die Fortluft aus den Fortluft­ kanälen 13, 14 kann in bekannter Weise mittels Fort­ luftventilatoren über das Dach der Simulationsprüfkammer 2 abgeführt werden.In order to determine in particular the biogenic acid attack on material specimens 4, Simula is tionsprüfkammer second This consists of two test chambers 7 , 8, in each of which holding devices 3 for holding material test pieces 4 are arranged. Each Ma terialprüfkörper 4 is assigned a spray nozzle 5 for a nutrient solution or a mineral base solution and a drip pan 6 for 4 flowing out of the material test piece aqueous solution. To keep the atmosphere in the test chambers 7 , 8 of the simulation test chamber 1 , 2 with respect to the temperature and humidity, a humidifier 9 , 10 and a heating device 11 for tempering the wall and floor surfaces of the test chambers 7 , 8 is provided. The control of the humidifier 9 , 10 and the heating device 11 is carried out in a manner known for climate chambers by a control system, not shown. The test chamber 8 serves to determine the chemical acid attack, the test chamber 7 serves to determine the biogenic acid attack. In both test chambers 7 , 8 , the material test specimens 4 are applied via spray nozzles 5 each because of a spray nozzle arrangement 12 with a substrate spray solution which is located in a collecting container 17 , 18 , which is filled with the respective spray solution. Each collecting container 17 , 18 is also connected to a compressed air connection line 19 , whereby the spray solution in the collecting container 17 , 18 is conveyed by means of compressed air to the spray nozzle arrangement 12 and sprayed out via the spray nozzles 5 . For this purpose, the collecting containers 17 , 18 are each connected to the spray nozzle arrangement 12 by means of a pipeline 33 . Above the spray nozzle arrangements 12 , a pipe 34 opens into the test chambers 7 , 8 , via which the test chambers 7 , 8 can be exposed to harmful gas. Also above the Sprühdüsenanordnun gene 12 , a connection for an exhaust air duct 13 , 14 is provided. A pollutant gas analyzer 15 for regulating the pollutant gas concentration is connected to the exhaust air ducts 13 , 14 . In addition, the exhaust air duct 13 is connected to an exhaust air filter 16 in which a filter insert made of e.g. B. activated carbon or the like. Can be arranged. The exhaust air from the exhaust air channels 13 , 14 can be removed in a known manner by means of exhaust air fans via the roof of the simulation test chamber 2 .

Die Befeuchtungseinrichtungen 9, 10 bestehen jeweils aus einer Befeuchterkammer 23, 24, die mit geregelt ein­ stellbarem temperierten Wasser gefüllt ist. In den Befeuchterkammern 23, 24 befindet sich ferner jeweils ein Druckluftverteiler 25, der mit Druckluftversorgungs­ einrichtungen 26 verbunden ist. Mittels Rohrleitungen 21, 22 sind die Befeuchterkammern 23, 24 mit jeweils mindestens einem Düsenrohr 20 verbunden, das in der Prüfkammer 7, 8 unterhalb der Halteeinrichtung 3 für die Materialprüfkörper 4 angeordnet ist. An die Rohrleitung 22 ist ein Ozonerzeuger 27 angeschlossen, der mit einer Sauerstoffquelle 28 verbunden ist. Das durch den Ozonerzeuger 27 erzeugte Ozon dient zur Sterilisa­ tion der Prüfkammer 8.The humidification devices 9 , 10 each consist of a humidifier chamber 23 , 24 , which is filled with regulated, adjustable temperature water. In the humidifier chambers 23 , 24 there is also a compressed air distributor 25 which is connected to compressed air supply devices 26 . The humidification chambers 23 , 24 are each connected to at least one nozzle pipe 20 by means of pipelines 21 , 22 , which is arranged in the test chamber 7 , 8 below the holding device 3 for the material test specimen 4 . An ozone generator 27 is connected to the pipeline 22 and is connected to an oxygen source 28 . The ozone generated by the ozone generator 27 is used for the sterilization of the test chamber 8th

Um eine gleichmäßige Temperierung der Atmosphäre in den Prüfkammern 7, 8 zu erzielen, sind in den Wänden und dem Boden der Prüfkammern 7, 8 Rohrschlangen verlegt, durch die ein Heizmedium strömt. Die Temperatur des Heizmediums kann durch bekannte Erhitzer in Verbindung mit einer Beipaßschaltung innerhalb feiner Toleranzen geregelt werden.To achieve a uniform temperature control of the atmosphere in the test chambers 7 to obtain 8, in the walls and the bottom of the test chambers 7, 8 laid pipe coils through which flows a heating medium. The temperature of the heating medium can be regulated within known tolerances by known heaters in conjunction with a bypass circuit.

Zur Durchführung der Simulationsprüfungen der einzelnen Materialprüfkörper 4 wird in den Prüfkammern 7, 8 eine Luftfeuchtigkeit von mindestens 95% bei einer Tempera­ tur von 30° konstant gehalten. Ursächlich hierfür ist, daß sowohl für Nitrifikanten wie auch für Thiobacillen die optimale Wachstumstemperatur bei 30°C liegt. Unter­ halb der Temperatur verlangsamt sich das Wachstum, während bei höheren Temperaturen schnell eine Wachstums­ hemmung und irreversible Schädigung der Zellen auftreten können. Zu berücksichtigen ist auch, daß neben den Temperaturen die Wasserstoffionenkonzentrationen für das Bakterienwachstum von großer Bedeutung sind, und daher berücksichtigt werden müssen. Zur Durchführung der Untersuchungen ist es erforderlich, die Materialprüf­ körper mit destilliertem Wasser zu besprühen, um eine gleichmäßige Durchfeuchtung und damit die Grundvoraus­ setzung für das Ansiedeln von Bakterien auf den Prüf­ körpern zu schaffen. Nach dem Besprühen der Material­ prüfkörper 4 mit einer Nährlösung werden die physikali­ schen und chemischen Parameter zur Definition des Aus­ gangszustandes gemessen. Die Beimpfung der Material­ prüfkörper 4 erfolgt durch Versprühen von Zellsuspen­ sionen nitrifizierender Bakterien. Für die Beimpfung der Materialprüfkörper 4 zur Durchführung der Simulation werden z.B. aus Oberflächen von Betonbauten isolierte Bakterien eingesetzt. Zur Optimierung der Animpfphase werden in einem jeweils bestimmten Rhythmus alternierend Bakteriensuspensionen und Substratlösungen auf die Materialprüfkörper 4 versprüht. Damit soll einerseits erreicht werden, daß durch die Sprühintervalle ein möglichst großer Anteil der eingebrachten Bakterien auf der Oberfläche der Materialprüfkörper 4 haften bleibt; andererseits muß ein möglichst optimales Anwachsen der Nitrifikanten auf den Materialprüfkörpern 4 gewähr­ leistet sein.To carry out the simulation tests of the individual Materialprüfkörper 4 8 a humidity of at least 95% is kept constant at a tempera ture of 30 ° in the test chambers 7. The reason for this is that the optimal growth temperature is 30 ° C for both nitrificants and thiobacilli. Growth slows below half the temperature, while growth inhibition and irreversible damage to the cells can quickly occur at higher temperatures. It should also be taken into account that, in addition to the temperatures, the hydrogen ion concentrations are of great importance for bacterial growth and must therefore be taken into account. To carry out the investigations, it is necessary to spray the material test specimen with distilled water in order to create a uniform moisture content and thus the basic prerequisite for the settlement of bacteria on the test specimen. After spraying the material test specimen 4 with a nutrient solution, the physical and chemical parameters for defining the initial state are measured. The inoculation of the material test specimen 4 is carried out by spraying cell suspensions of nitrifying bacteria. Bacteria isolated from the surfaces of concrete structures are used, for example, to inoculate the material test specimens 4 to carry out the simulation. To optimize the Animpfphase bacterial suspensions and substrate solutions are sprayed onto the Materialprüfkörper 4 alternately in a certain rhythm, respectively. This is to ensure on the one hand, that by the spray intervals, the largest possible proportion of the introduced bacteria 4 remains adhered to the surface of the Materialprüfkörper; on the other hand, the optimal possible growth of the nitrifiers on the material test specimens 4 must be guaranteed.

Um die Betonkorrosion in den Simulationsversuchen be­ schreiben, beurteilen und in Relation zur Mikroflora setzen zu können, ist es erforderlich, in regelmäßigen Abständen Untersuchungen an den Materialprüfkörpern 4 in Bezug auf den Bakterienbewuchs und den dadurch verur­ sachten Schaden vorzunehmen. In order to be able to write, assess and relate the concrete corrosion in the simulation experiments to the microflora, it is necessary to carry out tests on the material test specimens 4 at regular intervals in relation to the bacterial growth and the damage caused thereby.

Die Untersuchung der Bakterienflora beinhaltet die Zellzahlbestimmung nitrifizierender Bakterien, die Bestimmung des Gesamtproteingehaltes auf den Material­ prüfkörpern 4, sowie den quantitativen Nachweis hetero­ tropher Bakterien und Pilze.The examination of the bacterial flora includes the cell count of nitrifying bacteria, the determination of the total protein content on the material test specimens 4 , and the quantitative detection of heterotrophic bacteria and fungi.

Zusätzlich sind die Messung physikalischer und chemi­ scher Parameter wie pH-Wert, Temperatur, Nitrit- und Nitratkonzentration notwendig. Die biogen verursachten Korrosionsschäden an den Materialprüfkörpern 4 können photographisch dokumentiert werden, um qualitative Vergleiche mit anderen Versuchsreihen durchführen zu können. Unter Berücksichtigung der Zellzahlen, der Nitratbildung, der Calciumauswaschung und des Substanz­ verlustes läßt sich eine Einteilung der Materialprüf­ körper 4 in Bezug auf ihre Resistenz gegenüber dem biogenen Salpetersäureangriff vornehmen.In addition, the measurement of physical and chemical parameters such as pH, temperature, nitrite and nitrate concentration are necessary. The biogenically caused corrosion damage to the material test specimens 4 can be documented photographically in order to be able to carry out qualitative comparisons with other test series. Taking into account the cell counts, the nitrate formation, the calcium leaching and the loss of substance, a classification of the material test body 4 can be carried out in relation to its resistance to the biogenic nitric acid attack.

Die im Ablaufwasser bestimmten Ionenkonzentrationen lassen eine Berechnung der Substratoxidationen von Ammonium zu Nitrat zu. Der Substratumsatz ist gleich­ zeitig ein Maß für die Stoffwechselaktivität beider Nitrifikationsstufen und für die Menge gebildeter Sal­ petersäure. Die Stärke der durch die Nitrifikanten hervorgerufenen Korrosionen ist sowohl von der Zellzahl der Nitrifikanten und ihrer Stoffwechselaktivität als auch von der Widerstandsfähigkeit des jeweils zu unter­ suchenden Materials abhängig. So können z.B. dichte Betonprüfkörper mit feinen Zuschlagstoffen weniger korrosionsanfällig sein als dichte Betonprüfkörper mit groben Zuschlagsstoffen.The ion concentrations determined in the drain water allow a calculation of substrate oxidations from Ammonium to nitrate too. The substrate turnover is the same a measure of the metabolic activity of both Nitrification levels and the amount of sal formed nitric acid. The strength of the by the nitrifiers Corrosion is caused by both the cell count of the nitrifiers and their metabolic activity as also from the resilience of each to under dependent material. For example, density Concrete test specimens with fine aggregates less be susceptible to corrosion as a dense concrete test specimen coarse aggregates.

Claims (30)

1. Verfahren zur Ermittlung der Beständigkeit von Mate­ rialien wie Baustoffen gegenüber einem biogenen Säureangriff, dadurch gekennzeichnet, daß Material­ prüfkörper mit oder ohne Oberflächenschutzanstrichen unterschiedlicher Rezepturen des Materials und der Anstrichsysteme in einer Atmosphären-Milieu-Simula­ tionsprüfkammer einem definierten und kontrollierten Befall mit Mikroorganismen reaktionsverstärkender und -beschleunigender Überintensität ausgesetzt werden.1. A method for determining the resistance of mate rials such as building materials to a biogenic acid attack, characterized in that material test specimens with or without surface protection coatings of different formulations of the material and the coating systems in a atmospheric environment simulation test chamber a defined and controlled attack with microorganisms reaction-intensifying and accelerating over-intensity. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialprüfkörper bei einer konstanten Luft­ feuchtigkeit von mindestens 95% und einer konstanten Temperatur von z. B. 30°C inkubiert werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that that the material test specimen at a constant air humidity of at least 95% and a constant Temperature of z. B. incubated at 30 ° C.   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Materialprüfkörper durch Versprühen von Zellsuspensionen nitrifizierender Bakterien beimpft werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized net that the material test specimen by spraying Inoculated cell suspensions of nitrifying bacteria will. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß periodisch Substratlösung für Nitrifikanten auf die Materialprüfkörper versprüht wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in net that periodically substrate solution for nitricants is sprayed onto the material test specimen. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gasdichten Simulationsprüfkammer gas­ förmige Stickstoff-Verbindungen als Substrat für nitrifizierende Bakterien verwendet werden.5. The method according to claim 4, characterized in that gas in a gas-tight simulation test chamber shaped nitrogen compounds as a substrate for nitrifying bacteria can be used. 6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als Substrat für Nitrifikanten gasförmige NOx-Verbindungen eingesetzt werden.6. The method according to claim 4 and 5, characterized in net that as a substrate for nitrificants gaseous NOx compounds are used. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von Gesteinsoberflächen isolierte Reinkulturen von Nitrifikanten verwendet werden.7. The method according to claim 1 to 6, characterized records that isolated from stone surfaces Pure cultures of nitrifiers are used. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Reinkulturen einzelner Arten von Nitri­ fikanten verwendet werden, die taxonoisch be­ stimmt werden und sich physiologisch grundlegend unterscheiden.8. The method according to claim 1 to 7, characterized records that pure cultures of individual types of nitri fikanten be used that taxonoisch be be tuned and become physiologically fundamental differentiate. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Reinkulturen einzelner Arten von Nitrifikanten verwendet werden, die in ihren Wachstumsansprüchen an niedrige pH-Werte angepasst sind.9. The method according to claim 8, characterized in that pure cultures of individual types of nitrifiers are used in their growth claims low pH values are adjusted. 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von Gesteinsoberflächen isolierte Mischkulturen von Nitrifikanten verwendet werden. 10. The method according to claim 1 to 6, characterized records that isolated from stone surfaces Mixed cultures of nitrifiers are used.   11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Nitrifikanten angepasste gasförmige N- Verbindungen verwendet werden.11. The method according to claim 5, characterized in that that gaseous N- adapted to the nitrificants Connections are used. 12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchsatzvolumen der Nährlösung durch die Vernebelungsdüsen und der Sprühdruck der Nährlösung unter Anpassung an die Wachstumsbedingun­ gen der einzelnen Bakterienarten eingestellt wird.12. The method according to claim 1 to 11, characterized records that the throughput volume of the nutrient solution through the atomizing nozzles and the spray pressure of the Nutrient solution adapting to the growth conditions against the individual types of bacteria. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialprüfkörper mit destilliertem Wasser soweit besprüht werden, bis sie gleichmäßig durchfeuchtet sind.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized characterized in that the material test specimen with distilled water until they are sprayed are moistened evenly. 14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Optimierung der Animpfphase peri­ odisch alternierend Bakteriensuspensionen und Subs­ tratlösungen auf die Materialprüfkörper versprüht werden.14. The method according to claim 1 to 13, characterized records that to optimize the inoculation phase peri or alternating bacterial suspensions and subs Step solutions sprayed onto the material test specimens will. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch alternierend Bakteriensuspensionen und mineralische Grundlösungen in Gegenwart einer defi­ nierten Atmosphäre aus gasförmigen Substraten auf die Materialprüfkörper versprüht werden.15. The method according to claim 14, characterized in that periodically alternating bacterial suspensions and mineral base solutions in the presence of a defi nated atmosphere from gaseous substrates to the Material test specimens are sprayed. 16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zellzahlen nitrifizierender Bak­ terien auf der Oberfläche der Materialprüfkörper bestimmt werden.16. The method according to claim 1 to 15, characterized in indicates that the cell numbers nitrifying Bak teries on the surface of the material test specimen be determined. 17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Säurebildung auf der Gesteinsober­ fläche durch Messung des pH-Wertes bestimmt wird. 17. The method according to claim 1 to 15, characterized records that acid formation on the rock top area is determined by measuring the pH.   18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nitratbildung auf der Gesteinsober­ fläche quantitativ bestimmt wird.18. The method according to claim 1 to 15, characterized records that the nitrate formation on the rock top area is determined quantitatively. 19. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus einem Materialprüfkörper aus­ gewaschene Calciummenge quantitativ ermittelt wird.19. The method according to claim 1 to 15, characterized characterizes that from a material test specimen washed amount of calcium is determined quantitatively. 20. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ermittlung der Beständigkeit der Materialprüfkörper gegen einen biogenen Säureangriff der Substanzverlust einzelner Materialprüfkörper bestimmt wird.20. The method according to claim 1 to 15, characterized in records that to determine the stability of the Material test specimen against a biogenic acid attack the loss of substance of individual material test specimens is determined. 21. Verfahren nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Materialprüfkörpern gleicher Kon­ sistenz der biogene Säureangriff und der durch rein chemische Prozesse bedingte Säureangriff untersucht wird.21. The method according to claim 1 to 20, characterized records that the same Kon the biogenic acid attack and the purity chemical processes related acid attack investigated becomes. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die rein chemischen Prozesse der Säurebildung aus­ gesetzten Materialprüfkörper periodisch mit Ozon od. dgl. sterilisiert werden.22. The method according to claim 21, characterized in that the purely chemical processes of acid formation placed material test specimen periodically with ozone or Like. Be sterilized. 23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 22, mit einer gasdichten Prüfkammer zur Ausbildung definierten Atmosphäre, Halteeinrich­ tungen für Materialprüfkörper, eine Einrichtung mit Spritzdüsen zur Zufuhr von Nährlösungen, eine Ein­ richtung zur Einführung von Gas, eine Einrichtung zum Entfernen wässriger Lösungen und eine Abgaseinrich­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Materialprüf­ körper (4) eine Sprühdüse (5) für Nährstofflösungen oder mineralische Grundlösungen und eine Auffang­ schale (6) für vom Materialprüfkörper (4) ab­ fließende wässrige Lösung zugeordnet ist und daß die Atmosphäre in der Simulationsprüfkammer (1, 2) in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit mittels einer Befeuchtungseinrichtung (9, 10) und einer Heizeinrichtung (11) zur Temperierung der Wand- und Bodenflächen der Prüfkammern (7, 8) einstellbar ist.23. An apparatus for performing the method according to claim 1 to 22, with a gas-tight test chamber for forming a defined atmosphere, holding devices for material test specimens, a device with spray nozzles for supplying nutrient solutions, a device for introducing gas, a device for removing aqueous solutions and an exhaust gas device, characterized in that each material test body ( 4 ) is assigned a spray nozzle ( 5 ) for nutrient solutions or mineral base solutions and a drip tray ( 6 ) for the aqueous test material flowing from the material test body ( 4 ) and that the atmosphere in the Simulation test chamber ( 1 , 2 ) with respect to temperature and air humidity can be set by means of a humidification device ( 9 , 10 ) and a heating device ( 11 ) for tempering the wall and floor surfaces of the test chambers ( 7 , 8 ). 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet, durch eine aus zwei Prüfkammern (7, 8) gebildete Simula­ tionsprüfkammer (2) von denen die eine Prüfkammer (8) zur Ermittlung des chemischen Säureangriffs mit einer Einrichtung zur periodischen Sterilisation der eingebrachten Materialprüfkörper (4) und die andere Prüfkammer (7) zur simultanen Ermittlung des biogenen Säureangriffs mit einer Einrichtung zur Beaufschla­ gung der Materialprüfkörper (4) mit Schadgas ausge­ rüstet ist.24. The device according to claim 23, characterized by a simulation test chamber ( 2 ) formed from two test chambers ( 7 , 8 ), of which one test chamber ( 8 ) for determining the chemical acid attack with a device for periodic sterilization of the introduced material test specimens ( 4 ) and the other test chamber ( 7 ) is equipped for the simultaneous determination of the biogenic acid attack with a device for loading the material test specimen ( 4 ) with harmful gas. 25. Vorrichtung nach Anspruch 23 und 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fortluft oberhalb der Sprühdüsenan­ ordnung (12) über einen Fortluftkanal (13, 14) ab­ saugbar ist.25. The apparatus of claim 23 and 24, characterized in that the exhaust air above the Sprühdüsenan arrangement ( 12 ) via an exhaust air duct ( 13 , 14 ) can be sucked off. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fortluftkanal (13, 14) Schadgasanalysa­ toren (15) zur Regulation der Schadgaskonzentration angeschlossen sind.26. The apparatus according to claim 25, characterized in that to the exhaust air duct ( 13 , 14 ) harmful gas analyzers ( 15 ) are connected to regulate the harmful gas concentration. 27. Vorrichtung nach Anspruch 25, 26, dadurch gekennzeich­ net, daß an dem Fortluftkanal (13) ein Fortluftfilter (16) mit einem Einsatz aus Aktivkohle od. dgl. ange­ ordnet ist. 27. The apparatus of claim 25, 26, characterized in that on the exhaust air duct ( 13 ), an exhaust air filter ( 16 ) with an insert made of activated carbon or the like is arranged. 28. Vorrichtung nach Anspruch 23 bis 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sprühdüsen (5) mit einem Sammel­ behälter (17, 18) für eine Sprühlösung verbunden sind, der mit einer Druckluftanschlußleitung (19) verbunden ist.28. The apparatus of claim 23 to 27, characterized in that the spray nozzles ( 5 ) with a collecting container ( 17 , 18 ) for a spray solution are connected, which is connected to a compressed air connection line ( 19 ). 29. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung (9, 10) ein unter den Aufgangschalen (6) der Materialprüfkörper (4) ange­ ordnetes Düsenrohr (20) aufweist, das mittels einer Rohrleitung (21, 22) mit einer Befeuchterkammer (23, 24) verbunden ist, die mit erwärmtem Wasser befüllt ist und einen Druckluftverteiler (25) aufweist, der mit einer Druckluftversorgungseinrichtung (26) ver­ bunden ist.29. The device according to claim 23, characterized in that the moistening device ( 9 , 10 ) has a nozzle tube ( 20 ) arranged under the rising shells ( 6 ) of the material test specimen ( 4 ), which has a pipeline ( 21 , 22 ) with a humidifier chamber ( 23 , 24 ) is connected, which is filled with heated water and has a compressed air distributor ( 25 ) which is connected to a compressed air supply device ( 26 ). 30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rohrleitung (22) ein Ozonerzeuger (27) angeschlossen ist, der mit einer Sauerstoffquelle (28) verbunden ist.30. The device according to claim 29, characterized in that an ozone generator ( 27 ) is connected to the pipe ( 22 ), which is connected to an oxygen source ( 28 ).
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