Use of natural compounds as a nutrition for bacteria in self-healing mortar

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Microbiologically induced calcite precipitation, or calcium carbonate CaCO3, is used in remediating cracks and fissures in concrete. Since the microbial activity is pollution-free, natural, that process is extremely desired and may solve concrete cracking without sacrificing mechanical properties. The effects of different nutrient on the self-healing process are elucidated. Nutrients provide the required sources of energy for the bacterial growth and metabolic activities. A species of bacteria Bacillus sphaericus was added to the cement mix at a ratio of 0.6% of cement weight with three organic compounds for nutrients (calcium lactate, yeast extract and peptone) at 0.30% of cement weight. Effects on setting time, rate of water absorption, compressive strength and flexural strength were studied. It was found that bacteria nutrition acts as an accelerator for cement pastes for initial setting time mortar, while acts as a retarder of cement pastes for final setting time for all bacterial compared to control mortar. Finally, bacterial mortars with different types of nutrients showed an increase in compressive and flexural strengths with yeast extract showing the most promising enhancements, resulting in 26.5 and 60% increase in compressive and flexural strength respectively.

Sobre autores

Vera Galishnikova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

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

Doctor of Technical Sciences, Professor, Director of the International Department

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Sherif Elroba

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University); Egyptian Russian University (ERU University)

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

PhD Student, Department of Civil Engineering, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Nbras Dayoub

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

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

PhD Student, Department of Technology and Organization of Construction Production

26, Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Ahmad Sakna

Egyptian Russian University (ERU University)

Autor responsável pela correspondência
Email: ahmadsakna96@gmail.com
ORCID ID: 0000-0001-7712-5942

Teaching Assistant, Faculty of Engineering, Construction Engineering Department

Cairo - Suez Road, Badr City, 11829, Arab Republic of Egypt

Bibliografia

  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

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».