کاربرد باکتری به عنوان عامل خود ترمیم کننده برای توسعه بتن پایدار

 استفاده از بتن به سرعت در سراسر جهان در حال افزایش است بنابراین توسعه بتن پایدار به دلایل زیست محیطی ضروری است. همانگونه که در حال حاضر حدود 7 درصد از کل گاز CO2 در جو زمین به علت تولید سیمان است، مکانیزم هایی که منجر به افزایش طول عمر مفید سازه های بتن می شوند نه تنها دوام مصالح را افزایش می دهند بلکه پایداری ان ها را نیز افزایش می دهند.

 استفاده از بتن به سرعت در سراسر جهان در حال افزایش است بنابراین توسعه بتن پایدار به دلایل زیست محیطی ضروری است. همانگونه که در حال حاضر حدود ۷ درصد از کل گاز CO2 در جو زمین به علت تولید سیمان است، مکانیزم هایی که منجر به افزایش طول عمر مفید سازه های بتن می شوند نه تنها دوام مصالح را افزایش می دهند بلکه پایداری ان ها را نیز افزایش می دهند.

کاربرد باکتری به عنوان عامل خود ترمیم کننده برای توسعه بتن پایدار

کاربرد باکتری به عنوان عامل  خود ترمیم کننده برای توسعه بتن پایدار

یکی از مکانیسم هایی که در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است توانایی خود ترمیمی است، به عنوان مثال ترمیم مستقل ترک ها در بتن. در این تحقیق پتانسیل باکتری ها به عنوان عامل خود درمان کننده در بتن مورد بررسی واقع شده است ، یعنی توانایی آنها برای ترمیم ترک های رخ داده. گروه خاصی از باکتری های تشکیل دهنده اسپور مقاوم در برابر قلیایی مربوط به جنس Bacillus برای این منظور انتخاب شدند. اسپورهای باکتریایی که به طور مستقیم به مخلوط خمیر سیمان افزوده می شوند، برای مدت ۴ ماه قابل استفاده می باشند. کاهش مداوم قطر ذرات در هنگام تنظیم سیمان احتمالا عمر اسپورها را محدود می کند زیرا عرض منافذ زیر ۱میکرومتر که اندازه معمول اسپورهای باسیلوس است می رسد . با این حال، به نظر می رسد که نمونه هایی از سنگ های باکتریایی سیمان به طور معنی داری از نمونه های کنترلی ، مواد معدنی پر کننده ترک بیش تری تولید می کنند، احتمال استفاده از اسپورهای باکتریایی به عنوان عامل خود درمان کننده امیدوار کننده است.

آزمون نظام مهندسی عمران اجرا

نظام مهندسی عمران اجرایی

بتن یک ماده ساختمانی قوی و نسبتا ارزان است و به همین خاطر اکنون پر مصرف ترین مصالح ساختمانی در سراسر جهان است. با این حال، تولید زیاد ان اثرات منفی به محیط زیست وارد می کن. سیمان و اجزای ان، نیاز به تولید و دپو در حجم بالا دارند و انتقال ان ها برای مسافت های طولانی افزایش مصرف انرژی، انتشار گازهای گلخانه ای و زخمی شدن چشم انداز را به دنبال دارد. ترک خوردن لایه سطحی بتن باعث کاهش پایداری آن می شود و ورود آب و مواد شیمیایی مضر موجب طیف وسیعی از فرآیندهای تخریب ماتریکس و همچنین خوردگی فولاد تقویتی تعبیه شده می شود. به منظور کاهش هزینه های تولید، چندین محصول جانبی صنعتی همچون خاکستر بادی سیلک فوم و ضایعات کوره دمی، اغلب جایگزین کلینکر (سیمان) در  مخلوط سیمان می شوند. با وجود تولید محصولات پایدار مبتنی بر سیمان برای دهه ها توسعه پایدار نگهداری و بازسازی سازه های بتنی،در نخستین دوره رشد و اول راه خود است. مشکلات پايداری مانند ترک خوردگی به طور معمول با بازرسی و تعمیر دستی، از قبيل تزريق سیمان به ترک ها يا اپوکسی يا ساير مواد سنتتیک مورد بررسی قرار می گيرند. با اين وجود اخیرا روش امیدوار کننده ای برای تعمیر پایدار در برخی ازمایشگاه ها توسعه یافته است که یک تکنیک بر اساس کاربرد باکتری های تولید کننده معدنی است. استفاده از باکتری ها برای اهداف مهندسی زیست شناسی به طور فزاینده ای در حال محبوب شدن است همانطور که در مطالعات اخیر نشان داده شده است که باکتری ها برای حذف مواد شیمیایی از جریان های پساب برای بهبود زیست سازگاری خاک های آلوده و حذف گازهای گلخانه ای از محیط های دفن زباله ها  استفاده می شود استفاده از باکتری های تولید کننده مواد معدنی خاص برای تقویت و ترمیم سنگ آهک و پاکسازی حفره ها و ترک ها در بتن اخیرا مورد بررسی قرار گرفته اند.

کاربرد باکتری به عنوان عامل خود ترمیم کننده برای توسعه بتن پایدار

در بسیاری از این مطالعات، باکتری های اورئولیتیک جنس Bacillus به عنوان عامل تولید بیولوژیکی مواد معدنی کربنات کلسیم مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیزم تشکیل کربنات کلسیم توسط این باکتری بر اساس هیدرولیز آنزیمی اوره به آمونیاک و دی اکسید کربن است . از ان جا که مقدار pK ثابت تعادل نزدیک به ۹٫۲ است، واکنش باعث افزایش PH از شرایط خنثی به قلیایی می شود که منجر به تشکیل یون های بی کربنات و کربنات شده می شود که با یون های کلسیم به صورت مواد معدنی کلسیم کربنات رسوب می کنند. در نتیجه به ازای هر یون کربنات دو یون آمونیوم تولید میشود که ممکن است منجر به افزایش بیش از حد نیتروژن محیط زیست شود. از سوی دیگر، این روش برای ترمیم ترکهای بتن به عنوان توان بازآوری، امیدوار کننده از اب در امد  و کاهش نفوذ پذیری مواد مشاهده شد. در تمام مطالعات تاكنون، باكتريها يا آنزيمهاي اورئوليت مشتق شده به صورت بيروني بر روي ساختارهاي بتنی ترك خوردگي يا نمونه هاي آزمايشي،  به عنوان سيستم درمان يا اصلاح سطح اعمال شده اند. علاوه بر موارد ذکر شده در مورد زیان های احتمالی زیست محیطی سیستم مبتنی بر اوره، بازرسی دستی و اعمال بیرونی باکتری ها بر روی سطوح ترک خورده سازه های ساختمانی،بسیار پرکاربرد است چرا که در سرویس های دوره ایی ساختمان به طور مداوم مصرف می شود از این رو گران است. به منظور اجتناب از این اشکالات، هدف اصلی این پروژه تحقیق، بررسی قابلیت استفاده از مسیرهای تولید متابولیک معدنی توسط باکتری ها است که واقعا در ماتریس بتن بکار می روند. چنین باکتری هایی که قبل از قالب گیری به مخلوط بتن اضافه می شوند، باید برای دوره های طولانی در یک ماتریس بتونی مجاور باقی بمانند و قادر به تولید مقادیر زیادی از مواد معدنی مورد نیاز برای پر کردن یا ترمیم ترک های تازه تشکیل شده باشند. باکتری های مجتمع شده به طور خودمختار نفوذ پذیری ماتریکس را پس از ایجاد ترک کاهش می دهد. یک عامل ترمیم کننده یکپارچه، بازرسی و تعمیر دستی را حذف می کند و همچنین دوام ساختاری را افزایش می دهد. علاوه بر این، افزودن چنین ماده ای به ترکیب بتن می تواند موجب حفظ پول و محیط زیست شود زیرا تعمیر و نگهداری و استفاده از مواد تعمیر و نگهداری که محیط زیست را به خطر می اندازند کم تر مورد نیاز است. چالش اصلی این پروژه تحقیق، شناسایی باکتری های مناسب بود که نه تنها برای مدت طولانی بقای بتن را حفظ کنند، بلکه بتوانند به عنوان عامل خود ترمیم نیز عمل کنند.