Влияние состава и дисперсности заполнителя на его цементацию при карбонатной биоминерализации

Представлены результаты исследования карбонатной биоминерализации уролитическими бактериальными культурами в среде заполнителя различного состава и дисперсности в результате перколяционного метода цементации. В качестве заполнителя рассмотрены кварцевый песок, мрамор, цементный камень, которые измельчали и фракционировали до трех фракций: 1,25–0,63; 0,63–0,315; 0,315–0,16. Установлены физические и химические факторы, определяющие интенсивность индукционных процессов. Проведен анализ микроструктуры сцементированных слоев, рассмотрены особенности новообразований. Выявлены временные границы формирования консолидированного слоя в пределах двух фракций (0,63–0,315 и 0,315–0,16), которые напрямую зависят от глубины перколяции раствора с прекурсорами и бактериальным инокулятом. Показано, что бактериальная культура Lysinibacillus sphaericus проявляет активные цементирующие свойства в наибольшей степени. Максимальная толщина слоя заполнителя, консолидированного кристаллами карбоната кальция, сформирована в образцах с карбонизированным цементным камнем c заполнителем фракции 0,63–0,315 мм.

В.В. СТРОКОВА¹, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
У.Н. ДУХАНИНА¹, инженер,
Д.А. БАЛИЦКИЙ¹, инженер,
О.И. ДРОЗДОВ¹, магистрант,
В.В. НЕЛЮБОВА¹, д-р техн. наук;
О.В. ФРАНК-КАМЕНЕЦКАЯ², д-р геол.-минер. наук;
Д.Ю. ВЛАСОВ², д-р биол. наук

¹ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
² Санкт-Петербургский государственный университет (199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9)

1. Muynck W.D., Belie N.D., Verstraete W. Microbial carbonate precipitation in construction materials: A review. Ecological Engineering. 2010. Vol. 36, pp. 118–136. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.02.006
2. Sazanova K.V., Frank-Kamenetskaya O.V., Vlasov D.Yu., Zelenskaya M.S., Vlasov A.D., Rusakov  A.V., Petrova M.A. Carbonate and oxalate crystallization by interaction of calcite marble with bacillus subtilis and bacillus subtilis–aspergillus niger association. Crystals. 2020. No. 10. Vol. 756, pp. 1–16. DOI: 10.3390/cryst10090756
3. Строкова В.В., Власов Д.Ю., Франк-Каменецкая О.В. Микробная карбонатная биоминерализация как инструмент природоподобных технологий в строительном материаловедении // Строительные материалы. 2019. № 7. С. 66–72 DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-66-72
3. Strokova V.V., Vlasov D.Yu., Frank-Kamenetskaya O.V. Microbial сarbonate biomineralisation as a tool of natural-like technologies in construction material science. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 7, pp. 66–72. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-66-72
4. Строкова В.В., Власов Д.Ю., Франк-Каменецкая О.В., Духанина У.Н., Балицкий Д.А. Применение микробной карбонатной биоминерализации в биотехнологиях создания и восстановления строительных материалов: анализ состояния и перспективы развития // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 83–103. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-83-103
4. Strokova V.V., Vlasov D.Yu., Frank-Kamenets-kaya O.V., Dukhanina U.N., Balitsky D.A. Application of microbial carbonate biomineralization in biotechnologies of building materials creation and restoration: analysis of the state and prospects of development. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 9, pp. 83–103. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-83-103
5. Kim G., Youn H. Microbially induced calcite precipitation employing environmental isolates. Materials. 2016. Vol. 9. (6):468. doi:10.3390/ma9060468
6. Kim D., Park К., Kim D. Effects of ground conditions on microbial cementation in soils. Materials. 2013. Vol. 7. No. 1, pp. 143–156. doi: 10.3390/ма7010143
7. Stabnikov V., Naeimi M., Ivanov V., Chu J. Formation of water-impermeable crust on sand surface using biocement. Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41, pp. 1143–1149 https:// doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.06.017.
8. Liu L., Liu H., Xiao Y., Chu J., Xiao H., Wang Y. Biocementation of calcareous sand using soluble calcium derived from calcareous sand. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2018. Vol. 77:1781. doi: 10.1007/s10064-017-1106-4
9. Sharaky A.M., Mohamed N.S., Elmashad M.E., Shredah N.M. Application of microbial biocementation to improve the physico-mechanical properties of sandy soil. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 190, рр. 861–869. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.09.159
10. Omoregie A.I., Palombo E.A., Ong D.E., Nissom P.M. Biocementation of sand by Sporosarcina pasteurii strain and technical-grade cementation reagents through surface percolation treatment method. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 228, рр. 116828–116828. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116828
11. Armstrong I.O., Ghazaleh K., Nurnajwani S., Dominic Ek Leong Ong, Nissom Р.Е. Experimental optimisation of various cultural conditions on urease activity for isolated Sporosarcina pasteurii strains and evaluation of their biocement potentials. Ecological Engineering. 2017. Vol. 109, рр. 65–75. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2017.09.012
12. Minto J. M., Tan Q., Lunn R. J., El Mountassir G., Guo H., Cheng, X. Microbial mortar’-restoration of degraded marble structures with microbially induced carbonate precipitation. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 180, рр. 44–54. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.200
13. Strokova V., Duhanina U., Balitsky D. The study of the quartz sand bio consolidation processes as a result of carbonate mineralization by urolithic bacteria. Materials Science Forum. 2020. Vol. 1011, рр. 44–51. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1011.44