В работе рассматривается применение одной из перспективных биогеотехнологий — микробноиндуцированнное осаждение кальцита (microbially induced calcite precipitation — MICP). Это технология — один из самых действенных способов создания самовосстанавливающегося бетона. Будут выбраны бактерии для ликвидации образовавшихся трещин в бетоне, анализируется суть их работы, плюсы и минусы, экономичность, актуальность на рынке и дальнейшее их развитие.
Ключевые слова: бетон, железобетон, бактерии и MICP.
The paper considers the application of one of the promising biogeotechnologies — microbially induced calcite precipitation (MICP). This technology is one of the most effective ways to create self-healing concrete. Bacteria will be selected to eliminate cracks in concrete, the essence of their work, pros and cons, cost-effectiveness, relevance in the market, and their further development will be analyzed.
Keywords: concrete, reinforced concrete, bacteria and MICP.
Бетон вошёл в эксплуатацию в качестве строительного материала уже более четырёх тысячелетий назад. Благодаря своим характеристикам, этот материал до сих пор остаётся самым распространённым стройматериалом. С помощью этого материал можно производить строительство различных конструкций, зданий и сооружений в достаточно короткие сроки.
Однако ни для кого не секрет, что самым распространенным дефектом на бетонных поверхностях, являются трещины в железобетонных конструкциях. Причиной их появления могут быть: результаты от разных силовых нагрузок, усадочное и температурное напряжение в бетоне и т. д. Растрескивание бетона негативно сказывается на несущей способности конструкции. Через эти трещины просачивается влага, она в свою очередь насыщает материал и проникает к металлической арматуре. Из-за влаги внутри бетонной конструкции она начинает подвергаться коррозии и снижать прочностные характеристики.
При появлении трещин необходимо срочно принимать меры по их устранению, т. к. они снижают прочностные характеристики здания, ухудшают его внешний вид и снижают срок его эксплуатации. Но к сожалению методы по устранению трещин, которые широко используются сейчас, не очень эффективны. Они требую временных, трудовых и материальных затрат. Также не всегда удается вовремя обнаружить эти самые трещины. Или они находятся в трудно доступных местах.
Исходя из этого можно сделать очевидный вывод, что бетон нуждается в совершенствовании, дабы увеличить его срок службы и минимизировать ремонтные работы в будущем.
Поисками решения этой проблемой занимались голландские учёные (во главе с Хэнком Джонкерсом, микробиолог из Дельфтского университета) и британские учёные из университета Бат. В основе их исследования лежит одна из перспективных биогеотехнологий — микробноиндуцированнное осаждение кальцита ( microbially induced calcite precipitation — MICP). Это технология одна из самых действенных способов создания самовосстанавливающегося бетона. Она подразумевает ввод бактерий в состав смеси, которые в результате своей жизнедеятельности способствую «залечиванию» трещин.
Из всех бактерий, способных к MICP, были отобраны бактерии рода бацилл Bacillus subtilis. Лишь эти алкалофильные бактерии смогли приспособиться к сильнощелочной среде бетона. Выбранные бактерии показали лучшие результаты: находясь в бетоне, они могут в течение двухсот лет оставаться в своего рода «спящем» состоянии, активируются они только при попадании в них кислорода или воды.
Один из способов производства самовосстанавливающегося бетона на основе бактерий:
- Лактат кальция вместе с бактериями помещается в капсулы из биоразлагаемого пластика диаметром 2–4 мм.
- Эти капсулы вводят в бетонную смесь с использованием химически активных добавок.
- При стандартных условиях эксплуатации капсулы не теряют своей целостности и бактерии существуют в анабиозе. При образовании микротрещин структура капсул нарушается, к бактериям поступает влага, что выводит их из анабиоза и активизирует их.
- Далее происходит стремительный рост численности популяции с потреблением лактата кальция. Продуктом жизнедеятельности бактерий является известняк, который в свою очередь заполняет микротрещину.
При сравнение самовосстанавливающегося бетона с обычным, у первого будет преимущество в виде устойчивости к трещинам, также он более упругий и легче на 40–50 %.
Таблица 1
Сравнение характеристик самовосстанавливающегося бетона и обычного бетона
|
Характеристики |
Самовосстанавливающийся бетон |
Обычный бетон |
|
Образование трещин |
Временно |
+ |
|
Долговечность |
Более 200 лет |
До 100лет |
|
Плотность бетона |
До 1800 кг/м3 |
До 2500 кг/м3 |
|
Прочность при сжатии |
В25 |
В15 |
|
Прочность при изгибе |
Btb8 |
Btb6,8 |
|
Способность к регенерации |
+ |
- |
|
Дороговизна |
+ |
- |
При анализе результатов можно сделать вывод, что у бетона такого вида огромные перспективы, но на сегодняшний день он не получил массового применения из-за высокой себестоимости. Однако это направление развивается мелкими, но быстрыми шагами, и вполне вероятно, что в будущем эта технология получит широкое распространение. Это позволит сооружать прочные и надёжные конструкции, которые будут служить веками.
Литература:
- Ерофеев, В. Т. Бактерии для получения самовосстанавливающихся бетонов / В. Т. Ерофеев, ДС. ДС. Аль, В. Ф. Смирнов. — Текст: электронный // Транспортные сооружения. — 2018. — № 4 — С.7. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36825344 (дата обращения: 17.02.2022).
- Назаров Д. С. Самовосстанавливающийся эластичный бетон: виды, преимущества и недостатки. — Текст: электронный. — URL: https://betonpedia.ru/samovosstanavlivayushhijsya-beton (Дата обращения: 17.02.2022).
- Жукова Г. Г., Сайфулина А. И. Исследование применения самовосстанавливающегося бетона. — Текст: электронный. — URL: https://clck.ru/avpsW (Дата обращения: 17.02.2022).
- Шигорина Е. Г., Строкова Л. А. Микробно-индуцированное осаждение кальцита. — Текст: электронный. — URL: https://clck.ru/b2ek3 (Дата обращения: 17.02.2022).
- Василенко, М. И. Биоценозы поврежденных поверхностей зданий и сооружений: монография / М. И. Василенко, Е. Гончарова. — Германия: LAP LAMBERT Acad. Publ., 2017. — 107 с. — ISBN 978–3–659–54797–3. — Текст: электронный. — URL: https://znanium.com/catalog/product/1078284 (дата обращения: 17.02.2022). — Режим доступа: по подписке.
- Пшеничный, Г. Н. Строительные материалы и технологии: активированные бетоны: учебное пособие для вузов / Г. Н. Пшеничный. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2022. — 224 с. — (Высшее образование). — ISBN 978–5–534–11474–4. — Текст: электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/495706 (дата обращения: 17.02.2022).
- Строительные материалы. Лабораторный практикум: Уч.-метод. пос. / Я. Н. Ковалев и др.; Под ред. д.т.н., проф. Я. Н. Ковалева. — Москва: НИЦ Инфра-М; Минск: Нов. знание, 2013. — 633 с.: ил.;. — (ВО: Бакалавр.). ISBN 978–5–16–006406–2. — Текст: электронный. — URL: https://znanium.com/catalog/product/376170 (дата обращения: 17.02.2022). — Режим доступа: по подписке.
