Особенности применения процесса биоминерализации для улучшения структурно-прочностных свойств бетона

Журнал: №1-2-2023
Авторы:

Гончарова М.А.,
Дергунова Е.С.

DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-810-1-2-25-31
УДК: 666.9:691.5

 

АннотацияОб авторахСписок литературы
Представлены результаты применения процесса биоминерализации в бетонах для улучшения механических и прочностных свойств. В качестве биодобавки использовали изолированные штаммы бактерий Sp. pasteurii (А1), B. Sphaericus (А2), B. Pseudofirmus (А3) и микробный консорциум (А4), выделенный из почвы Липецкой области, обладающий уреазной активностью. Иммобилизацию уреазных бактерий проводили с использованием κ-каррагинана, альгината натрия и карбоксиметилцеллюлозы. Результаты исследования показали, что прочность при сжатии бетонов, изготовленных с применением биодобавок А1–А4 (оптимальная концентрация клеток 107 клеток/мл бактерий), увеличилась на 10–15% по сравнению с обычным бетоном без биодобавок. Аналогично бетон, изготовленный с различными биодобавками, показал более высокую устойчивость к кислотному воздействию. Улучшение свойств бетона за счет включения связано с осаждением кальцита и присутствием бактериальной биомассы в порах бетонной матрицы. Микроструктурные исследования также показали, что бетоны, изготовленные с использованием бактерий, имеют большее образование кальцита, что видно на изображениях сканирующей электронной микроскопии бетона. Таким образом, использование биодобавок является оптимальным для достижения улучшенных характеристик бетона.
М.А. ГОНЧАРОВА, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Е.С. ДЕРГУНОВА, канд. хим. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Липецкий государственный технический университет (398055, г. Липецк, ул. Московская, 30)

1. 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
2. Калёнов С.В., Градова Н.Б., Сивков С.П., Агала-кова Е.В., Белов А.А., Суясов Н.А., Хохлачев Н.С., Панфилов В.И. Препарат на основе бактерий, выделенных из гиперсоленых сред, для улучшения функциональных и защитных характеристик бетона // Биотехнология. 2020. Т. 36. № 4. С. 21–28. DOI: https://doi.org/ 10.21519/0234-2758-2020-36-4-21-28
3. Строкова В.В., Духанина У.Н., Балицкий Д.А., Дроздов О.И., Нелюбова В.В., Франк-Каменец-кая О.В., Власов Д.Ю. Полиморфизм и морфология карбонатов кальция в технологиях строительных материалов, использующих бактериальную биоминерализацию (обзор) // Строительные материалы. 2022. № 1–2. С. 82–122. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-82-122
4. Строкова В.В., Духанина У.Н., Балицкий Д.А., Дроздов О.И., Нелюбова В.В., Франк-Каменец-кая О.В., Власов Д.Ю. Влияние состава и дисперсности заполнителя на его цементацию при карбонатной биоминерализации // Строительные материалы. 2022. № 7. С. 63–70. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-804-7-63-70
5. Liendo F., Arduino M., Deorsola F.A., Bensaid S. Factors controlling and influencing polymorphism, morphology and size of calcium carbonate synthesized through the carbonation route: A review. Powder Technology. 2022. Vol. 398. 117050. DOI: https://doi.org//10.1016/j.powtec.2021.117050
6. Гончарова М.А., Дергунова Е.С. Разработка и применение биодобавок на основе бактерий с уреазной активностью в цементных системах // Известия высших учебных заведений. Строитель-ство. 2021. № 10 (754). С. 117–124. DOI: https://doi.org/ 10.32683/0536-1052-2021-754-10-117-124
7. Baffoe E., Ghahremaninezhad A. On the interaction between proteins and cracked cementitious surface. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 352. 128982. DOI: https://doi.org//10.1016/j.conbuildmat.2022.128982
8. Liang H., Liu Y., Tian B., Li Z., Ou H. A sustainable production of biocement via microbially induced calcium carbonate precipitation. International Biodeterioration & Biodegradation. 2022. Vol. 172. 105422. DOI: https://doi.org//10.1016/j.ibiod.2022.105422
9. Bhutange S. P., Latkar M.V., Chakrabarti T. Influence of direct urease source incorporation on mechanical properties of concrete. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 301. 124116. DOI: https://doi.org//10.1016/j.conbuildmat.2021.124116
10. Marin S., Cabestrero O., Demergasso C., Olivares S., Zetola V., Vera M. An indigenous bacterium with enhanced performance of microbially-induced Ca-carbonate biomineralization under extreme alkaline conditions for concrete and soil-improvement industries. Acta Biomaterialia. 2021. Vol. 120, pp. 304–317. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.11.016
11. Vilar R. P., Ikuma K. Adsorption of urease as part of a complex protein mixture onto soil and its implications for enzymatic activity. Biochemical Engineering Journal. 2021. Vol. 171. 108026. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2021.108026
12. Sridhar S., Bhatt N., Suraishkumar G.K. Mechanistic insights into ureolysis mediated calcite precipitation. Biochemical Engineering Journal. 2021. Vol. 176. 108214. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2021.108214
13. Гончарова М.А., Акчурин Т.К., Дергунова Е.С. Особенности использования уреазных биодобавок в цементных системах // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура. 2022. № 3 (88). С. 64–69.
14. Sharma M., Satyam N., Reddy K. R. Effect of freeze-thaw cycles on engineering properties of biocemented sand under different treatment conditions. Engineering Geology. 2021. Vol. 284. 106022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106022
15. Chen B., Sun W., Sun X., Cui Ch., Lai J., Wang Y., Feng J. Crack sealing evaluation of self-healing mortar with Sporosarcina pasteurii: Influence of bacterial concentration and air-entraining agent. Process Biochemistry. 2021. Vol. 107, pp. 100–111. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2021.05.001
16. Aluko O., Awolusi T., Аdesina A. Influence of Curing Media and Mixing Solution on the Compressive Strength of Laterized Concrete. Silicon. 2020. No. 12, pp. 2425–2432. DOI: https://doi.org/10.1007/s12633-019-00343-x
17. Chaerun S.K., Rahayu S., Rizki I.N., Pane I. Utilization of a New Locally Isolated Bacterial Strain for Promoting Mechanical Properties of Mortar. International Journal of Civil Engineering. 2020. Vol. 18, pp. 665–671. DOI: https://doi.org/10.1007/s40999-020-00500-z
18. Vijay K., Murmu M. Evaluating durability parameters of concrete containing bacteria and basalt fiber. J Build Rehabil. 2022. Vol. 7, рp. 2. DOI: https://doi.org/10.1007/s41024-021-00138-x

Для цитирования: Гончарова М.А., Дергунова Е.С. Особенности применения процесса биоминерализации для улучшения структурно-прочностных свойств бетона // Строительные материалы. 2023. № 1–2. С. 25–31. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-810-1-2-25-31


Печать   E-mail