Использование природных соединений в качестве питания бактерий в самовосстанавливающихся рамах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Микробиологически индуцированное осаждение кальцита, или карбоната кальция CaCO3, используется для устранения трещин в бетоне. Микробная активность не загрязняет окружающую среду, поэтому данный процесс очень важен, а также он помогает решить проблему растрескивания бетона без ущерба для механических свойств. Выясняется влияние различных питательных веществ на процесс самовосстановления. Питательные вещества обеспечивают необходимые источники энергии для роста бактерий и метаболической деятельности. Вид бактерий Bacillus sphaericus был добавлен в цементную смесь в соотношении 0,6 % от массы цемента с тремя органическими соединениями для питательных веществ (лактат кальция, дрожжевой экстракт и пептон) в количестве 0,30 % от массы цемента. Изучено влияние на время схватывания, скорость водопоглощения, прочность на сжатие и прочность при изгибе. Обнаружено, что бактериальное питание действует как ускоритель цементных паст для начального времени схватывания раствора и одновременно как замедлитель цементных паст для окончательного времени схватывания для всех бактерий по сравнению с контрольным раствором. Наконец, бактериальные растворы с различными типами питательных веществ показали увеличение прочности при сжатии и изгибе, при этом дрожжевой экстракт продемонстрировал наиболее многообещающие результаты, что привело к увеличению прочности при сжатии и изгибе на 26,5 и 60 % соответственно.

Об авторах

Вера Владимировна Галишникова

Московский государственный строительный университет

Email: galishni@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2493-7255

доктор технических наук, профессор, директор международного департамента

Российская Федерация, 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Шериф М. Эльроба

Российский университет дружбы народов; Египетско-Российский университет

Email: ERU.SHERIF@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0001-6002-3827

аспирант, кафедра гражданского строительства, Инженерная академия

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Нбрас Даюб

Московский государственный строительный университет

Email: nbrasdayoub@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3107-5796

аспирант, кафедра технологии и организации строительного производства

Российская Федерация, 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Ахмад Сакна

Египетско-Российский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ahmadsakna96@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7712-5942

ассистент, кафедра строительной инженерии, инженерный факультет

Арабская Республика Египет, 11829, Бадр, дорога Каир - Суэц

Список литературы

  1. Ganendra G., De Muynck W., Ho A., Charalampous Arvaniti E., Hosseinkhani B., Ramos J.A., Rahier H., Boon N. Formate oxidation-driven calcium carbonate precipitation by methylocystis parvus OBBP. Appl. Environ. Microbiol. 2014;80(15):4659-4667. http://doi.org/10.1128/AEM.01349-14
  2. Zhang X., Jin Z., Li M., Qian C. Effects of carrier on the performance of bacteria-based self-healing concrete. Construction and Building Materials. 2021;305:124771. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.124771
  3. Vekariya M.S., Pitroda J. Bacterial concrete: new era for construction industry. Int. J. Eng. Trends Technol. 2013; 4(9):4128-4137. Available from: http://www.ijettjournal.org/volume-4/issue-9/IJETT-V4I9P181.pdf (acessed: 09.01.2022).
  4. Seifan M., Samani A.K., Berenjian A. New insights into the role of pH and aeration in the bacterial production of calcium carbonate (CaCO3). Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017;101(8):3131-3142. http://doi.org/10.1007/s00253-017-8109-8
  5. Patil K., Waghere B., Salve R. Effect of bacterial calcite precipitation on compressive strength of mortar cubes. Int. J. Eng. Adv. Technol. 2013;2(3):486-491. Available from: http://www.ijeat.org/attachments/File/v2i3/C1186022313.pdf (acessed: 09.01.2022).
  6. Zhang W., Zheng Q., Ashour A., Han B. Self-healing cement concrete composites for resilient infrastructures: a review. Composites Part B: Engineering. 2020;189:107892. https://doi.org/10.1016/J.COMPOSITESB.2020.107892
  7. Qian C., Zheng T., Zhang X., Su Y. Application of microbial self-healing concrete: case study. Construction and Building Materials. 2021;290:123226. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.123226
  8. Mohammed H., Ortoneda-Pedrola M., Nakouti I., Bras A. Experimental characterisation of nonencapsulated bio-based concrete with self-healing capacity. Construction and Building Materials. 2020;256:119411. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2020.119411
  9. Roghanian N., Banthia N. Development of a sustainable coating and repair material to prevent bio-corrosion in concrete sewer and waste-water pipes. Cement and Concrete Composites. 2019;100:99-107. https://doi.org/10.1016/J.CEMCONCOMP.2019.03.026
  10. Tian Z., Tang X., Xiu Z., Zhou H., Xue Z. The mechanical properties improvement of environmentally friendly fly ash-based geopolymer mortar using bio-mineralization. Journal of Cleaner Production. 2022;332:130020. https://doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2021.130020
  11. Wang J., Ersan Y.C., Boon N., De Belie N. Application of microorganisms in concrete: a promising sustainable strategy to improve concrete durability. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016;100(7):2993-3007. http://doi.org/10.1007/s00253-016-7370-6
  12. Nain N., Surabhi R., Yathish N.V., Krishnamurthy V., Deepa T., Tharannum S. Enhancement in strength parameters of concrete by application of Bacillus bacteria. Construction and Building Materials. 2019;202:904-908. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2019.01.059
  13. Anderson R.K.I., Jayaraman K., Voisard D., Marison I.W., Stockar U. Von Heat flux as an on-line indicator of metabolic activity in pilot scale bioreactor during the production of Bacillus thuringiensis var. galleriae-based biopesticides. Thermochimica Acta. 2002;386(2):127-138. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(01)00709-2
  14. Zhang L.V., Nehdi M.L., Suleiman A.R., Allaf M.M., Gan M., Marani A., Tuyan M. Crack self-healing in bio-green concrete. Composites Part B: Engineering. 2021;227:109397. https://doi.org/10.1016/J.COMPOSITESB.2021.109397
  15. Restuccia L., Reggio A., Ferro G.A., Tulliani J.M. New self-healing techniques for cement-based materials. Procedia Structural Integrity. 2017;3:253-260. https://doi.org/10.1016/J.PROSTR.2017.04.016
  16. Edvardsen C. Water permeability and autogenous healing of cracks in concrete. ACI Materials Journal. 1999;96(4): 448-454. https://doi.org/10.14359/645
  17. Hearn N. Self-sealing, autogenous healing and continued hydration: What is the difference? Mater. Struct. Constr.1998;31(8):563-567. http://doi.org/10.1007/bf02481539
  18. Achal V., Mukherjee A., Reddy M.S. Microbial concrete: way to enhance the durability of building structures. J. Mater. Civ. Eng.2011;23(6):730-734. http://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000159
  19. Jonkers H.M., Thijssen A., Muyzer G., Copuroglu O., Schlangen E. Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete. Ecol. Eng. 2010;36(2):230-235. http://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2008.12.036
  20. Wang J.Y., De Belie N., Verstraete W. Diatomaceous earth as a protective vehicle for bacteria applied for self-healing concrete. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2012;39(4):567-577. http://doi.org/10.1007/s10295-011-1037-1
  21. Basaran Bundur Z., Kirisits M.J., Ferron R.D. Biomineralized cement-based materials: impact of inoculating vegetative bacterial cells on hydration and strength. Cem. Concr. Res. 2015;67:237-245. http://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.10.002
  22. Lee H.X.D., Wong H.S., Buenfeld N.R. Self-sealing of cracks in concrete using superabsorbent polymers. Cement and Concrete Research. 2016;79:194-208. https://doi.org/10.1016/J.CEMCONRES.2015.09.008
  23. Chahal N., Siddique R. Permeation properties of concrete made with fly ash and silica fume: influence of ureolytic bacteria. Construction and Building Materials. 2013;49:161-174. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2013.08.023
  24. Kumar Jogi P., Vara Lakshmi T.V.S. Self healing concrete based on different bacteria: a review. Materials Today: Proceedings. 2021;43:1246-1252. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2020.08.765
  25. Naji Givi A., Abdul Rashid S., Aziz F.N.A., Salleh M.A.M. The effects of lime solution on the properties of SiO2 nanoparticles binary blended concrete. Composites Part B: Engineering. 2011;42(3):562-569. http://doi.org/10.1016/j.compositesb.2010.10.002
  26. Jang I., Son D., Kim W., Park W., Yi C. Effects of spray-dried co-cultured bacteria on cement mortar. Constr. Build. Mater. 2020;243:118206. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118206
  27. Tayebani B., Mostofinejad D. Self-healing bacterial mortar with improved chloride permeability and electrical resistance. Constr. Build. Mater. 2019;208:75-86. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.172

© Галишникова В.В., Эльроба Ш.М., Даюб Н., Сакна А., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах