Výskyt plísní na hliněných omítkách v závislosti na jejich složení a relativní vlhkosti prostředí
Článek se zabývá vlivem relativní vlhkosti prostředí na pravděpodobnost výskytu plísní na hliněných omítkách již vyzrálých, nebo těsně po aplikaci. Byly vybrány čtyři typy omítek s různým obsahem organických přísad a odlišnou hrubostí. U všech vzorků byl v průběhu jednoho měsíce zaznamenáván rozsah výskytu mikrobiálního napadení. Dále byl zkoumán vliv vlhkosti vzduchu během aplikace omítek, byly identifikovány druhy plísní a bakterií, které se na omítkách přirozeně vyskytují a identifikace byla provedena na živné půdě.
Hliněné omítky upřednostňují především lidé, kteří preferují ekologické, alternativní bydlení nebo domy z přírodních materiálů. Hlavním přínosem tohoto materiálu je blahodárné působení na zdraví, zejména z důvodu vytváření příznivého tepelně vlhkostního mikroklimatu. Nevýhoda spočívá v tom, že materiál je organického původu, a proto za vhodných podmínek podléhá působení mikroorganismů. Míra a rychlost degradace záleží na druhu jílů a typu použitých organických přísad ve směsi. Klíčové jsou ale zejména fyzikální faktory, jako je teplota a vlhkost vzduchu okolního prostředí, ať již při aplikaci, tak při samotném užívání staveb omítnutých těmito omítkami.
Tato práce se zabývá právě vlivem relativní vlhkosti prostředí na pravděpodobnost výskytu plísní na hliněných omítkách, které jsou již vyzrálé nebo těsně po aplikaci. Byly vybrány čtyři typy omítek s různým obsahem organických přísad a odlišnou hrubostí. Vytvořené vzorky byly sledovány v širší škále relativní vlhkosti vzduchu (33 % - 100 %). U všech vzorků byl v průběhu jednoho měsíce zaznamenáván rozsah výskytu mikrobiálního napadení. Dále byl zkoumán vliv vlhkosti vzduchu během aplikace omítek, tedy porovnání vzorků tvrdnoucích za sucha (pod 25 % RV) a za vyšší relativní vlhkosti (65 % RV). Také byly identifikovány druhy plísní a bakterií, které se na omítkách přirozeně vyskytují. Identifikace byla provedena na živné půdě Czapek Dox agar a MPA agar, kde byly vyrostlé mikroorganismy identifikovány dle svých signifikantních mikroskopických znaků a biochemických vlastností.
1. Úvod
Hlína je společně s dřevěnými materiály jedním z nejstarších stavebních materiálů, jež lidé používali. Po dlouhém období, kdy byla hlína a s ní i hliněné omítky opomíjeny, se vrací jejich obliba a to zejména u ekologicky a enviromentálně smyšlejících lidí (Darling, 2012; Liuzzi a Stefanizzi, 2016; Maddison, 2009). Větší poptávka s sebou přináší také nutnost zlepšit a optimalizovat tento druh omítek. V současné době jsou hliněné omítky vyráběny z jílových malt, bez nebo jen s malým množstvím pojiva, jako je vápno nebo cement (Gomes, 2016). Hliněné omítky vyrobené z čistého jílu mají vysokou absorbční a desorbční kapacitu pro vodní páry (Lima et al., 2016). Tato ojedinělá vlastnost může silně přispívat k regulaci relativní vlhkosti vzduchu ve vnitřním prostředí (Cagnon et al., 2014; Emiroglu et al., 2015; Liuzzi and Stefanizzi, 2016; Randazzo et al., 2016), zlepšovat kvalitu vzduchu (Lima et al., 2016) včetně komfortu a zdraví obyvatel. V poslední řadě také zlepšuje energetickou náročnost celé budovy (Santos, 2017). Pro některé lidi může být také výhodou přirozené zbarvení omítek, které vychází z barvy použitých výchozích surovin.
Obecně jsou hliněné omítky vyráběny z jílové zeminy a jejich vlastnosti jsou závislé na typu hlíny a množství přidaných ostatních komponent jako je písek a přírodní vlákna. Přírodní vlákna se přidávají z důvodu snižování lineárního smrštění při vysychání, hustoty a tepelné vodivosti, dále tento přídavek podporuje přilnavost omítek ke stěně (Lima et al., 2016).
Z podstaty materiálu vyplývá, že důležité pro tyto materiály je ohlídat relativní vlhkost vzduchu okolí a vlhkost samotného materiálu. Zvýšená vlhkost nejen při aplikaci, ale i po zatvrdnutí vytváří prostor pro výskyt mikroorganismů a to především plísní a bakterií, které mohou způsobovat degradaci samotného materiálu a také vytvářejí zdravotní rizika pro imunitně deficitní jedince.
Jakýkoliv druh omítek je náchylný k biodegradaci nebo biodeterioraci, když do jeho složení není přidán žádný biocid (Huang et al., 2015). Nejdůležitější faktory pro výskyt mikroorganismů jsou především teplota a vlhkost okolního prostředí (Viitanen, 2010). K vnějším faktorů se dále váží samotné charakteristiky těchto typů materiálů jako je hodnota pH, porozita nebo chemické složení, které slouží jako přirozený zdroj živin pro růst plísní (Nielsen et al., 2004).
2. Materiál a metodika
Hliněné omítky, které byly použity ve výzkumu, byly získány od firmy Picas a jedná se o standardní komerční omítky. Studovány byly omítky hrubá s řezankou, jemná ze základní série Econom, Antik bílá a žlutá ze série Cottage. V tabulce 1 jsou uvedena přidaná rostlinná vlákna.
| Označení | Název omítky | Původ rostlinného vlákna |
|---|---|---|
| HŘ | Hrubá s řezankou | Sláma obecná |
| JE | Jemná – Econom | Konopí |
| AB | Antik bílá – série Art | Celulóza |
| ŽC | Žlutá – série Cottage | Celulóza, konopí, ovesná sláma |
Tabulka 1: Označení vzorků v experimentech a jejich popis
Studium výskytu mikroorganismů na hliněných omítkách bylo rozděleno na identifikaci přirozeně se vyskytujících rodů plísní a bakterií v závislosti na druhu omítky a stanovení okrajových podmínek pro výskyt plísní.
2.1 Identifikace přirozeně se vyskytujících druhů
Suchá směs jednotlivých omítek o přibližné hmotnosti 100 mg byla přenesena na živnou půdu MPA (P Lab, Česká republika) pro identifikaci bakterií a Czapek Dox agar (Fluka, Německo) pro stanovení druhového zastoupení plísní. Inokulované živné půdy byly inkubovány v teplotě 23±2 °C po dobu 7 až 10 dní, resp. 30 °C ± 2 °C po dobu 3 dnů. Jednotlivé vyrostlé druhy byly separovány na nové živné médium a po inkubaci byly identifikovány. Jednotlivé druhy bakterií se rozdělí pomocí Gramova barvení (Hucker and Conn, 1923; Gregersen, 1978) na gram pozitivní (G+) a gram negativní (G-) a dále se identifikují pomocí identifikačních kitů NEFERMtest 24. Plísně se identifikují pomocí mikroskopu Olympus BX 41 na základě signifikantních znaků (Fassatiová, 1979; Samson et al., 2010) z nativních preparátů nebo pomocí metody zvané visutá kapka.
2.2 Stanovení okrajových podmínek pro růst plísní
Obrázek 1: Vyrobené vzorky, které byly sušeny v laboratorních podmínkách A – Hrubá s řezankou, B – Jemná Econom, C – Antik bílá, D – žlutá Cottage
Pro stanovení okrajových podmínek pro růst plísní na suchých vzorcích byla použita modifikovaná norma ČSN EN ISO 846 (metoda B´). Vzorky byly vyrobeny za použití silikonových forem a sušení probíhalo v laboratorních podmínkách přibližně 7 dní (relativní vlhkost vzduchu pod 25 %, teplota 18 - 25 °C). Ukázka vyrobených vzorků je na obrázku 1.
Vyrobené usušené vzorky byly přeneseny do exsikátorů s moderovanou vzdušnou vlhkostí od 33 % do 84 %. Vzorky byly kontrolovány po 7, 14, 21 a 28 dnech vizuálně a pod mikroskopem.
Vzorky, u kterých byla studován vývoj plísní při aplikaci, byly sušeny v relativní vlhkosti 65 % a teplotě mezi 18 a 25 °C po dobu dvou dní. Následně byly umístěny do exsikátorů s relativní vzdušnou vlhkostí od 33 do 100 %. Hodnocení výskytu mikroorganismů bylo jako v předešlém experimentu hodnoceno po 7 dnech a to jak vizuálně, tak pod mikroskopem.
3. Výsledky
3.1 Přirozeně se vyskytující druhy mikroorganismů v hliněných omítkách
V jednotlivých druzích hliněných omítek byly identifikovány plísně a bakterie. Druhové zastoupení plísní je popsáno v tabulce 2, makroskopická a mikroskopická fotografie plísně Penicillium sp. je na obrázku 2.
| Označení | Identifikovaná plíseň |
|---|---|
| HŘ | Alternaria sp., Fusarium, sp. Penicillium sp. |
| JE | Mucor sp., Trichoderma sp. |
| AB | Alternaria sp., Penicillium sp. |
| ŽC | Alternaria sp. |
Tabulka 2: Identifikované druhy plísní v jednotlivých typech omítek, označení omítek koresponduje s tabulkou 1
Bakterie byly identifikovány ze živné půdy MPA pomocí Gramova barvení a dle svých biochemických vlastností, ukázka identifikačních kitů je na obrázku 2. V hliněných omítkách byly zastoupeny následující druhy bakterií: Sphingomonas sp., Sphingobacterium sp., Acinetobacter sp., Suttonella sp., Chrysobacterium sp.
Obrázek 2: A – Penicillium sp. pod mikroskopem, zvětšení 400x, B – růst plísní na Petriho misce s živnou půdou a vzorkem omítky, C – mikrotitrační deska s biochemickými reakcemi pro identifikaci bakterií
3.2 Okrajové podmínky růstu plísní na jednotlivých druzích hliněných omítek
Omítky, které byly sušeny v prostředí s nízkou relativní vlhkostí vzduchu, tj. pod 25 %, byly umístěny do relativní vlhkosti od 33 do 84 %. Výskyt plísní byl hodnocen po 7 dnech a to jak vizuálně tak pod mikroskopem. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3, ze které vyplývá, že výskyt plísní roste se vzrůstající relativní vlhkostí vzduchu a také, že je závislý na typu omítky, resp. na druhu přidaného rostlinného vlákna. Hliněná omítka s komerčním názvem Žlutá ze série Cottage, do které se přidává celulóza, konopí a ovesná sláma byla nejméně odolná proti výskytu plísní. V nejvyšší vlhkosti byly plísně viditelné po výskytu pouhým okem již třetí týden experimentu. Na omítkách s názvem Antik bílá ze série Art a Hrubá s řezankou byly viditelné plísně pouze pod mikroskopem, z čehož se dá usuzovat, že celulóza a sláma jsou asi přísadami, které jsou nejdůležitějším zdrojem plísní v tomto druhu omítek. U ostatních omítek byl výskyt plísní zaznamenám pouze pod mikroskopem a velmi ojediněle.
Výskyt plísní u vzorků, které byly sušeny v relativní vlhkosti okolo 65 % je uveden v tabulce 4. Výskyt plísní byl vidět již po týdnu pouhým okem a to u vzorků vyrobených z omítek Hrubá s řezankou, Žlutá ze série Cottage a Antik bílá. Intenzita růstu se během dalších týdnů příliš neměnila. Výjimkou byly omítky Antik bílá a Žlutá Cottage uložené ve 100% relativní vlhkosti, u kterých byl v průběhu experimentu pozorován značný růst plísní pokrývající přibližně polovinu povrchu. U omítky Jemná Econom byl růst zaznamenán ve všech vlhkostech pouze pod mikroskopem.
Obrázek 3: Fotodokumentace omítky Žlutá Cottage po 28 dnech, A – ve 33 % RV, zvětšení 40x, B – v 84 % RV, zvětšení 40x, C – v 84 % RV, zvětšení 100x, D – v 84% RV, zvětšení 100x
| Omítka | RV [%] | Den hodnocení | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 14 | 21 | 28 | ||
| HŘ | 33 | [0,66] | [0,66] | [0,66] | [0,66] |
| 50 | 0 | 0 | [0,66] | [0,66] | |
| 58 | [0,33] | 0 | [0,66] | 0 | |
| 64 | 0 | [0,33] | [0,66] | [1] | |
| 84 | 0,66 | [0,66] | 0,66 | 0,66 | |
| JE | 33 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 58 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 64 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 84 | 0 | [0,33] | 1 | 1 | |
| AB | 33 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 58 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 64 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 84 | 0,66 | 1 | 1 | 1 | |
| ŽC | 33 | [0,33] | [0,33] | 1 | 1 |
| 50 | [0,33] | [0,33] | [0,66] | [0,66] | |
| 58 | [0,33] | [0,33] | [0,66] | [1] | |
| 64 | 0 | 0 | [0,33] | [0,33] | |
| 84 | 1 | 1 | 1,33 | 1,66 | |
Tabulka 3: Výskyt plísní na jednotlivých druzích omítek umístěných v prostředí s relativní vlhkostí vzduchu od 33 do 84 %,které byly připraveny v labaoratorních podmínkách, hodnocení výskytu bylo provedeno podle normy ČSN EN ISO 846 jako aritmetický průměr ze tří měření s tím že, použitá škála je následující: [1] - ojedinělý růst viditelný pouze pod mikroskopem, 1. růst viditelný pouze pod mikroskopem, 2. růst viditelný pouhým okem
Obrázek 4 Hliněné omítky, které byly sušeny ve vlhkosti okolo 65 %, modrý podklad po 28 dnech, šedý podklad po 7 dnech; horní řada Hrubá s řezankou (RV 50 %, 28. den); Žlutá Cottage (RV 65 %, 28. den); Antik bílá (RV 100 %, 7. den); spodní řada Antik bílá (RV 65 %, 28. den); Jemná Econom (84 %, 28. den); Žlutá Cottage (100 %, 7. den)
| Omítka | RV [%] | Den hodnocení | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 14 | 21 | 28 | ||
| HŘ | 33 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 50 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 64 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 84 | 1,66 | 2 | 1,66 | 1,66 | |
| 100 | 1,33 | 2 | 1,66 | 1,33 | |
| JE | 33 | [1] | [1] | 1 | 1 |
| 50 | [1] | [1] | [1] | [1] | |
| 64 | [1] | [1] | 1 | [1] | |
| 84 | [1] | [1] | [1] | [1] | |
| 100 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| AB | 33 | 1,33 | 1,33 | 1,66 | 1,66 |
| 50 | 1,66 | 1,66 | 1,66 | 1,66 | |
| 64 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 84 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 100 | 2 | 3 | 3 | 3 | |
| ŽC | 33 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 50 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 64 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 84 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 100 | 2 | 3,33 | 3,33 | 3,33 | |
Tabulka 4: Výskyt plísní na jednotlivých druzích omítek sušených v relativní vlhkosti kolem 65 % a následně umístěných v prostředí s relativní vlhkostí vzduchu od 33 do 84 %, hodnocení výskytu bylo provedeno podle normy ČSN EN ISO 846 jako aritmetický průměr ze tří měření s tím že, použitá škála je následující: [1] - ojedinělý růst viditelný pouze pod mikroskopem, 1. růst viditelný pouze pod mikroskopem, 2. růst viditelný pouhým okem, pokrývající méně než 25 % povrchu, 3. růst viditelný pouhým okem, pokrývající méně až 50 % povrchu, 4 – značný růst pokrývající více než 50 % povrchu
4. Závěr
Hliněné omítky s přídavkem rostlinných vláken (celulóza, sláma a konopí) jsou zajímavým alternativním stavebním materiálem. Samotné omítkové směsi jsou přirozeným zdrojem mikroorganismů a to především plísní a bakterií, ale tyto identifikované druhy patří mezi běžně se vyskytující a proto v případě ojedinělého mikroskopického výskytu vytvářejí minimální zdravotní riziko. Toto riziko se zvyšuje v případě, že jsou omítky aplikovány ve vysoké relativní vlhkosti vzduchu, nebo pokud jsou zdi jimi omítnuté dlouhodobě vystaveny vlhkosti nad přibližně 85 %. V tuto chvíli je nutné stanovit riziko opětovného výskytu plísní za dynamických vlhkostních a tepelných podmínek.
Poděkování
Článek vznikl za přispění grantu SGS18/166/OHK1/3T/11 a za pomoci paní laborantky Ivany Loušové.
Použitá literatura
- DARLING, Erin K., et al. Impacts of a clay plaster on indoor air quality assessed using chemical and sensory measurements. Building and Environment, 2012, 57: 370-376.
- LIUZZI, Stefania; STEFANIZZI, Pietro. Experimental investigation on lightweight and lime stabilized earth composites. In: Key Engineering Materials. Trans Tech Publications, 2016. p. 31-45.
- MADDISON, Martin, et al. The humidity buffer capacity of clay–sand plaster filled with phytomass from treatment wetlands. Building and Environment, 2009, 44.9: 1864-1868.
- GOMES, Maria Idália; GONÇALVES, Teresa Diaz; FARIA, Paulina. Hydric behavior of earth materials and the effects of their stabilization with cement or lime: study on repair mortars for historical rammed earth structures. Journal of Materials in Civil Engineering, 2016, 28.7: 04016041.
- LIMA, José; FARIA, Paulina. Eco-efficient earthen plasters: the influence of the addition of natural fibers. In: Natural Fibres: Advances in Science and Technology Towards Industrial Applications. Springer, Dordrecht, 2016. p. 315-327.
- CAGNON, H., et al. Hygrothermal properties of earth bricks. Energy and Buildings, 2014, 80: 208-217.
- EMIROĞLU, Mehmet; YALAMA, Ahmet; ERDOĞDU, Yasemin. Performance of ready-mixed clay plasters produced with different clay/sand ratios. Applied Clay Science, 2015, 115: 221-229.
- RANDAZZO, L., et al. Moisture absorption, thermal conductivity and noise mitigation of clay based plasters: The influence of mineralogical and textural characteristics. Applied Clay Science, 2016, 132: 498-507.
- SANTOS, Tânia; NUNES, Lina; FARIA, Paulina. Production of eco-efficient earth-based plasters: Influence of composition on physical performance and bio-susceptibility. Journal of Cleaner Production, 2017, 167: 55-67
- HUANG, Hsiao-Lin; LIN, Chi-Chi; HSU, Kunnan. Comparison of resistance improvement to fungal growth on green and conventional building materials by nano-metal impregnation. Building and Environment, 2015, 93: 119-127.
- VIITANEN, Hannu, et al. Moisture and bio-deterioration risk of building materials and structures. Journal of Building Physics, 2010, 33.3: 201-224.
- NIELSEN, Kristian Fog, et al. Mould growth on building materials under low water activities. Influence of humidity and temperature on fungal growth and secondary metabolism. International Biodeterioration & Biodegradation, 2004, 54.4: 325-336.
- HUCKER, G. J., CONN, H. J. 1923. “Methods of gram staining.” https://ecommons.cornell.edu/bitstream/handle/1813/30787/1923 Tech Bull 93.pdf?sequence=2&isAllowed=y.
- GREGERSEN, T. 1978. “Rapid Method for Distinction of Gram-Negative from Gram-Positive Bacteria.” European Journal of Applied Microbiology and Biotechnology 5 (2). Springer-Verlag: 123–27.
- FASSATIOVÁ, Olga. 1979. Plísně a Vláknité Houby v Technické Mikrobiologii: (Příručka k Určování). Praha: SNTL.
- SAMSON, R.A., HOUBRAKEN, J., THRANE, U., FRISVAD, J.C., ANDERSEN, B. 2010. Food and Indoor Fungi. CBS Laboratory Manual Series.
Earth plasters are known for its beneficial effect on health as the material creates a convenient thermal humidity microclimate. It offers ecological, alternative housing for people who prefer natural materials. The disadvantage of earth based materials is their biosusceptibility. The degree of the biological deterioration depends on a type of clay and organic additives as well as the temperature and humidity of the environment. This study focuses on the influence of relative humidity on the fungal growth of four types of earth plasters. It concerned the humidity during the application of the plaster and in the following four weeks. Part of the experiment was an identification of species of molds and bacteria, which naturally occur in the earth plasters. The samples were placed on Czapek Dox agar and MPA agar and consequently the grown microorganisms were identified according to their significant microscopic features and biochemical properties.