DETERIORO BIOLÓGICO ACELERADO POR ACCIÓN DEL HONGO ASPERGILLUS NÍGER EN MATRICES DE CEMENTO PORTLAND CON ADICIONES Prunell Sabrina (1), Rosato Vilma Gabriela (2), Sota Jorge Daniel (2) (1) Becaria, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata-LEMaC email: sprunell@frlp.utn.edu.ar (2) Docentes Investigadores, Universidad Tecnologica Nacional Facultad Regional La Plata-LEMaC vgrosato@frlp.utn.edu.ar;jdsota@frlp.utn.edu.ar Palabras clave: biocorrosión-morteros-cemento portland-adicciones-hongos RESUMEN Cuando se concluye una obra, ésta queda expuesta a la intemperie y al ataque de microorganismos. El crecimiento de microalgas, hongos y líquenes depende en parte de la temperatura y humedad del sitio, pero también de características de los materiales, como por ejemplo, su porosidad, el ph y la composición de los mismos. Los morteros de cemento son heterogéneos y variables en su composición, aumentando estas en función de las adiciones incorporadas, se planteo observar qué alteraciones puede ocasionar el moho Aspergillus Níger. Se moldearon probetas sobre morteros elaborados con un cemento normal, adicionado con diferentes porcentajes de filler y puzolana natural, se curaron durante 28 días y se carbonataron una semana en cámara. Luego se colocaron en recipientes estériles sobre vermiculita humedecida y recubierta con papel de filtro, se inocularon con una suspensión de esporas de Aspergillus niger y se incubaron cuatro y seis meses en una cámara de cultivo a 35-36º C. Transcurridos esos períodos, se observaron bajo lupa y microscopio. Se midieron los porcentajes de absorción y se caracterizaron las alteraciones de los morteros finales. Se informan los primeros resultados de densidad de colonias en función de la composición de los morteros, con observaciones microscópicas. INTRODUCCION Los materiales cálcicos empleados en la construcción experimentan procesos de deterioro por reacciones físico- químicas entre el material y los agentes agresivos. Además de los factores físicos químicos y climáticos, se debe considerar el crecimiento de microorganismos como algas, bacterias, hongos, musgos y líquenes, que se hallarán en cualquier lugar con condiciones favorables para su desarrollo, con aporte adecuado de luz y humedad entre otros factores. Los hongos y líquenes cobran gran importancia como agentes de deterioro por dos razones: por una parte secretan ácido oxálico (y otros ácidos orgánicos), además de productos del metabolismo secundario, que al combinarse con el calcio, dan oxalato de calcio. Los ácidos orgánicos resultan agresivos porque dan lugar a una erosión en la superficie colonizada, en tanto los metabolitos secundarios tienen acción quelante. Por otra parte, ocasionan un daño por acción mecánica ya que los filamentos que los constituyen (hifas) van penetrando en el sustrato. La estructura afectada, además de presentar un mal aspecto estético, necesitará ser tratada por distintos métodos de limpieza y restauración de la superficie. Finalmente, el ataque incide también sobre los costos de mantenimiento. 1
El daño superficial producido en el material se verá influenciado por los componentes del mismo, de los que dependen a su vez las propiedades relacionadas con la durabilidad, como la porosidad y capacidad de succión capilar, que al permitir la retención de agua al material, facilita el crecimiento de los microorganismos. La incorporación de porcentajes de adiciones minerales en mezclas de morteros, contribuyen en general a modificar la porosidad de la mezcla en estado endurecido, lo que dará a su vez una variable de la impermeabilidad. A su vez la textura superficial también será modificada, mejorando el acabado estético de la misma. El objetivo de este trabajo es saber si las adiciones favorecen o dificultan la colonización de estos hongos y otros microorganismos, y si se observan diferencias en el grado de deterioro producido por estos seres vivos, para lo que se realizará el estudio de probetas preparadas con mezclas de cementos caracterizados y adiciones a estudiar, que se someterán a la acción de hongos aislados de edificios antiguos. MATERIALES Y MÉTODOS Aislamiento de la cepa Se empleó una cepa de Aspergillus niger previamente aislada del muro del convento de San Francisco de La Plata. Para tal fin se raspó la costra negra de suciedad y luego en el laboratorio, se colocaron cuatro partículas equidistantes en cápsulas de Petri. Una vez obtenidas las colonias, se repicaron para mantenerlas. Preparación de los cultivos Se cultivó la cepa de Aspergillus niger (Fig. 1) en medio de agar- extracto de malta (AEM), Preparación de los bloques de material Fig.1 Aspergillus Niger El método se adaptó de Wiktor et al (2009): se confeccionaron bloquecitos de mortero de 1x6,5x2,5 cm en moldes de acrílico de 11 x 12 cm (Fig. 2), en total se utilizaron 7 moldes, cada uno de ellos daba lugar a 3 bloquecitos. Las mezclas se realizaron con 3 concentraciones diferentes de filler y puzolana, considerando también, una mezcla patrón. Los bloques (Fig.3) se curaron en cámara húmeda 28 días y luego se dejaron una semana en cámara de carbonatación. Para la preparación de las mezclas se utilizaron los siguientes componentes: Cemento portland: Es un cemento portland normal (IRAM 50000), CPN40. 2
Arena fina: Arena silícea comercialmente conocida como Arena Oriental monogranular, fracción 1mm - 0.25 mm. Puzolana: Puzolana natural, material silico-aluminoso, de probada efectividad en mezclas con cemento portland. Filler calcáreo: material calcáreo compuesto por carbonato de calcio bajo la forma de calcita, que contiene impurezas como cuarzo, minerales arcillosos y feldespatos. Fig.2 Molde de acrílico. Fig.3 Bloques de mortero. Tabla 1.Dosificaciones de bloques de mortero. Mezcla Material ligante/ Arena Agua/ Material ligante Filler Puzolana 1 1/3 0,60 - - 2 1/3 0,60 5% - 3 1/3 0,60 10% - 4 1/3 0,60 20% - 5 1/3 0,60-15% 6 1/3 0,60-20% 7 1/3 0,60-25% Inoculación e incubación de los bloques Previo a la inoculación, se esterilizaron los bloques y vermiculita mediante el proceso de tindalizado. Este proceso se repite durante 3 días. Así se asegura la eliminación de todos los microorganismos sin someter al material a la presión. Este material se dispuso en frascos de plástico estériles de 500 ml de capacidad: primero se colocó la vermiculita en la base y se regó con 30 ml. de agua destilada estéril. Luego se cubrió la base de vermiculita con un filtro estéril de 10 cm de diámetro y se ubicaron los bloques (dos por cada frasco). 3
Los cultivos de A. niger se inundaron con agua destilada estéril y se raspó la superficie con un ansa estéril para obtener una suspensión de esporas, que se roció sobre la superficie de los bloques. Una vez preparados los cultivos, se incubaron durante 4 meses en estufa a 36º C (Fig. 4). Fig.4.Camara de cultivo, detalle de recipiente y muestra RESULTADOS Se realizaron observaciones en el microscopio estereoscópico y se realizó una comparación de las probetas inoculadas y sin inocular. Las imágenes (Fig. 5) nos muestran que el hongo Aspergillus niger tuvo capacidad de desarrollarse, en mayor grado en la probeta número 2, que corresponde a la incorporación de filler calcáreo como adición en una proporción del 5%, mientras que el menor grado de desarrollo del hongo se observó en la probeta número 7, que corresponde a la incorporación de puzolana como adición en la proporción del 25%. Se cuantificaron los porcentajes del crecimiento del hongo Aspergillus niger, dividiendo a la muestra en seis partes iguales, se tomaron fotografías de cada zona a las que se les realizo un conteo individual, para luego sumar los porcentajes individuales, y finalmente tomar uno general de cada muestra (Tabla 3). Tabla 3 Porcentajes de crecimiento comparativo determinados Testigo 5% Filler 10% Filler 15% Filler 15% Puzolana 20% Puzolana 25% Puzolana 42 56 49 15 49 30 11 4
SIN ASPERGILLUS NIGER CON ASPERGILLUS NIGER Muestra 1 Testigo Muestra 2 Filler 5% Muestra 3 Filler 10% Muestra 4 Filler 15% Muestra 5 Puzolana 15% Muestra 6 Puzolana 20% Muestra 7 Puzolana 25 % Figura 5 Microscopia óptica sobre bloques de mezclas 5
Observaciones con Microscopio Electrónico de Barrido Ambiental: La muestra 1 (Fig.6), correspondiente a un cemento portland normal, tiene la superficie lisa, con poros pequeños, de aproximadamente 4-5 µm de diámetro y poca colonización de A.niger. Sólo se observan escasas hifas del hongo, de entre 10 y 12 µm. de diámetro. La muestra 2 (Fig. 7) es de cemento con filler calcáreo 5 %. La superficie se ve irregular y porosa. Hay numerosos poros pequeños de 2-3 µm de diámetro, otros más escasos de 14 a 18 µm e irregularidades de mayor tamaño de entre 30-40 µm de diámetro. Se puede apreciar por otra parte, que en este caso la colonización del hongo es abundante. La muestra 6 (Fig. 8) es de cemento con puzolana en una proporción del 20%. La superficie es muy lisa, con pocos poros muy pequeños, de 2-5 µm, y la colonización es escasa, con hifas de 8-10 µm de diámetro. Fig. 6 - Muestra1 Patrón. Fig. 7 - Muestra 2 con filler.5% Fig. 8 - Muestra 6 con puzolana.20% 6
Porosimetria por intrusión de mercurio En tres de las muestras se determinó porosimetría por intrusión de mercurio, los resultados se vuelcan en la Tabla 2 Tabla 2 Volumen de poros por intrusión de mercurio Muestras Volumen de poros mm 3 /g Cemento Normal 92,2 Cemento Normal con 5 % Filler 116.2 Cemento Normal con 20 % Puzolana Natural 103.2 El volumen de poros se corresponde a los mayores de 37 Å de radio. En los porcentajes analizados la mezcla más cerrada es la patrón, las proporciones de adición en los morteros estudiados, solo provocan un efecto de dilución del clinker base. CONSIDERACIONES FINALES: En el estudio preliminar realizado se observan diferencias de crecimiento en los distintos morteros utilizados. En el caso de los morteros con filler, la presencia de poros más grandes y la mayor concentración de calcio, en principio favorecen el crecimiento y la intensidad del mismo. Con los morteros en donde se adiciono puzolana, si bien la proporción utilizada no termina a la edad del estudio cerrando la porosidad de la mezcla, la presencia de hidróxido de calcio favorece el crecimiento pero con menor intensidad que la mezcla con filler. Estas consideraciones indican que en principio el cambio de composición de los morteros con cementos sin y con adiciones minerales cambian la velocidad y concentración por unidad de superficie del moho Aspergillus Níger. Nuevos estudios ya iniciados abarcan otros porcentajes y nuevas adiciones, además de estudios con cementos de mercado. BIBLIOGRAFÍA Batic, O.;Sota,J.D. Cap. 4 Durabilidad del Hormigon. Asociasion Argentina de Tecnologia del Hormigon. Caneva G., Nugari M.P., y Salvadori O., 2003- La Biologia nel restauro. Nardini Editori, Firenze (Cuarta Ed). Dornieden T., Gorbushina A.A 2000.New methods to study the detrimental effects of poikilotroph microcolonial micromycetes (PMM) on building materials. EN: Fassina V. (Ed.), Proceedings of the 9 th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Venice, June 19-24, 2000, Vol I. : 461-468. Elsevier. 7
Wiktor V., De Leo F., Urzí C., Guyonnet R.. Grosseau Ph., García-Díaz E. 2009, Accelerated test to study fungal biodeterioration of cementitious matrix. International Biodeterioration and Biodegradation 63: 1061-1065.0 8