Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG THI CÔNG

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG THI CÔNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

5



Công nghệ sinh học trong y khoa là sự kết hợp của công nghệ gen, công nghệ

sinh học tế bào và nhiều ngành khoa học khác, tạo ra những đột phá trong y

học.





Cơng nghệ sinh học mơi trường, duy trì một trường sạch và bền vững sử dụng các quá trình







vi sinh trong nước, nước thải, đất bị ơ nhiễm, khơng khí bị ơ nhiễm.

Còn có những lĩnh vực đang phát triển trong nơng nghiệp (phân bón sinh học), khai khống



Cơng nghệ sinh học mơi trường đóng vai trò tối quan trọng trong cuộc sống

con người

(xói mòn sinh học các kim loại) và năng lượng (sản xuất nhiên liệu sinh học).

1.2.

Mức độ ứng dụng của công nghệ sinh học trong thi cơng

Cơng nghệ sinh học có thể ứng dụng vào sản xuất các vật liệu kết cấu nhờ vào 4 lý do:







Chi phí thấp do sử dụng khai khống hoặc chất thải hữu cơ dưới dạng vật liệu thơ.

Chí phí thấp hơn so với các sản phẩm của công nghiệp hóa học do sử dụng cơng nghệ đơn









giản và ít tốn năng lượng hơn.

Mức độ độc hại của vật liệu sinh học là thấp hơn so với vật liệu hóa học.

Tính bền vững trong sản xuất của cơng nghệ sinh học.



6



Cơng nghệ sinh học cơng trình thường đường ứng dụng trong địa kỹ thuật để tìm kiếm sự kết tụ

sinh học, tắc nghẽn sinh học và kết dính sinh học của đất xốp và hay các mảnh đá nứt vỡ tại chỗ

cũng cùng 4 lý do nêu trên, nhưng cũng có những đặc điểm quan trọng như:





Khả năng điều khiển tỉ lệ các phản ứng sinh hóa tại chỗ gây ra bởi độ đậm đặc hay hoạt









động của enzyme hoặc khối vi sinh.

Khả năng phân chia tại chỗ của các tế bào vi sinh.

Xử lý môi trường bằng phương pháp sinh học được cộng đồng chấp nhận hơn là phương







pháp hóa học.

Độ nhớt thấp của dung dịch vữa sinh học, dung dịch kết dính sinh học và độ sâu thấm của

dung dịch này trong đấp xốp hay các mảnh đá nứt vỡ.



Tuy nhiên, sự kết hợp giữa các phương pháp cơng nghệ sinh học, hóa học và cơ học có thể hiệu

quả hơn nhiều so với áp dụng một loại phương pháp. Vậy nên, việc kết hợp các vật liệu sinh học

với hóa học và cơng nghệ với sự tối ưu máy móc cơ khí đảm bảo được sự phát triển hiệu quả nhất

của cơng nghệ. Gần như khơng có q trình sinh học nào mà khơng có sự đồng hành của các q

trình hóa học và cơ học trong công nghệ sinh học xây dựng.



2. Vi sinh vật yếm khí và ứng dụng của chúng trong cơng nghệ

sinh học xây dựng

2.1.

Vi sinh vật kỵ khí là gì ?

Vi sinh vật yếm khí là các sinh vật khơng cần cung cấp oxy trong q trình tăng trưởng, có thể phản

ứng tiêu cực hoặc thậm chí tử vong nếu có oxy hiện diện.

Một vi sinh vật yếm khí có thể là đơn bào, vi khuẩn hoặc đa bào.

Theo mục đích thực tế để phân loại, có ba loại yếm khí:





Vi sinh vật yếm khí bắt buộc (Obligate Anaerobic) , khơng sử dụng mà bị xâm hại bởi sự có







mặt của oxy, sử dụng lên men hoặc hơ hấp yếm khí để tạo năng lượng.

Vi sinh vật yếm khí khơng bắt buộc (Anaetolerant Organism) , không sử dụng oxy để tăng

trưởng, nhưng chịu được sự hiện diện của nó, khơng sử dụng q trình lên men tạo ra







năng lượng.

Vi sinh vật yếm khí tùy ý ( Facultive anaerobe) , có thể phát triển khơng cần oxy, nhưng sử

dụng oxy nếu có, khi khơng có oxy thì sử dụng men hoặc hơ hấp yếm khí.



Vi khuẩn yếm khí lên men dính dáng đến q trình kết dính các hạt đất khi có mặt canxi, ma-giê,

các ion sắt. Các carbonate và hydroxide không tan của kim loại có thể ngưng tụ, từ đó dính các hạt

đất lại với nhau và lấp đầy các lỗ đất. Tuy nhiên, các vi khuẩn này làm giảm mạnh độ pH do sự tạo

thành các axit hữu cơ trong q trình lên men carbonhydrate, điều này khơng chỉ cản trở sự ngưng



7



tụ của các carbonate mà thậm chí còn hòa tan các carbonate và hydroxide khi chúng đang dính

chặt các hạt đất hoặc lấp đầy các lỗ rỗng.

Các axit hữu cơ, khí hidro, các ancol được sản xuất bởi vi khuẩn lên men yếm khí từ đường

polysaccharide và monosaccharide có thể được sử dụng dưới dạng chất cho electron bởi vi khuẩn

hơ hấp yếm khí. Một ví dụ, nhóm vi khuẩn khử sắt, sử dụng các sản phẩm của sự lên men dưới

dạng chất cho electron để sản xuất các ion sắt II hòa tan qua việc khử các hợp chất sắt III không

tan. Sự khử sắt III do vi sinh vật gây ra được áp dụng trong công nghệ sinh học môi trường để xử lý

nước ngầm và nước thải. Về lý thuyết, q trình này có thể được sử dụng cho kết dính đất, bởi các

vi khuẩn khử sắt có sản xuất các ion Fe2+ tại chỗ từ nguồn sắt III có sẵn và sản phẩm của q trình

lên men yếm khí các chất thải hữu cơ. Các ion sắt có thể được khử bằng phương pháp hóa học hay

sinh học. Sản phẩm của q trình oxy hóa này là các hydroxide sắt khơng tan và các carbonate sắt

không tan, giúp bịt lỗ rỗng ở đất và dính chặt các hạt đất với nhau.

Vi sinh vật yếm khí tùy ý được coi là tác nhân sinh học thích hợp nhất cho kết dính và lấp đầy lỗ

rỗng của đất bởi nhiều lồi có khả năng sản xuất một lượng lớn polysaccharide ngoại bào

(extracellular polysaccharide), thường tăng cường sự hình thành các kết tụ ở tế bào và có thể tăng

trưởng trong các điều kiện hiếu khí hay yếm khí. Đặc tính cuối cùng của vi khuẩn yếm khí tùy ý là

quan trọng nhất trong xử lý sinh học đất tại chỗ, khi mà lượng oxy bị hạn chế bởi độ rỗng của đất

và các vùng yếm khí hay hiếu khí cùng tồn tại trong đất.



Vi khuẩn Enterobacter, một loại vi

khuẩn yếm khí tùy ý điển hình



2.2.

Sử dụng vi khuẩn yếm khí trong cơng nghệ sinh học xây dựng

Việc sử dụng vi khuẩn yếm khí rất phức tạp do sự hiện diện của oxy ở lớp trên của đất và sự nhạy

cảm của vi khuẩn yếm khí đối với oxy. Thay vào đó, nếu vi khuẩn hiếu khí được sử dụng cho việc

lấp lỗ rỗng ở đất và kết dính hạt đất, thì vấn đề kỹ thuật lớn gặp phải là cung cấp đủ khơng khí vào

trong đất. Nếu tốc độ cung cấp khí oxy vào đất thơng qua sự lưu thơng và khuếch tán khí là khơng



8



đủ, sẽ có sự hình thành các lớp hoặc vùng yếm khí, tại đó vi khuẩn hiếu khí sẽ khơng hoạt động. Vì

vậy, từ góc nhìn kỹ thuật và sinh học, những nhóm sinh lý thích hợp nhất cho việc lấp đầy đất và

kết dính hạt đất tại chỗ chính là những vi khuẩn yếm khí tùy ý, vì có khả năng hoạt động trong cả

điều kiện hiếu khí và yếm khí. Tùy vào điều kiện yêu cầu của dự án xử lý đất thực tế, con người có

thể thực hiện kỹ thuật thay đổi điều kiện yếm khí hay hiếu khí tại chỗ để đảm bảo tính liên tục của

quá trình địa hóa sinh học yếm khí-hiếu khí thuận lợi cho lấp đầy và kết dính đất.



2.3.

Các nhóm vi khuẩn lớn phù hợp cho quá trình sinh học xây dựng

Các nhóm prokaryote lớn có tầm quan trọng cho Cơng nghệ sinh học:





Vi khuẩn lên men yếm khí Gram-âm tính và Gram-dương tính, ví dụ như giống Clostridum,



Biocementation(kết dính đất) và Bioclogging (lấp các lỗ

rỗng)

thực hiện các giai đoạn tiêu hóa yếm khí các chất thải hữu cơ như thủy phân các polymer

sinh học và lên men các monomer. Axit hữu cơ sản xuất bởi các vi khuẩn này có thể dùng

cho hòa tan đá vơi và dolomite, sản xuất muối canxi và ma-giê, là các thành phần quan





trọng cho kết dính sinh học.

Vi khuẩn khử sulfate sử dụng các hợp chất hữu làm chất cho electron và sulfate hoặc

nguyên tố lưu huỳnh dưới làm chất nhận electron. Dihydro Sulfua H2S là sản phẩm độc hại







của q trình này, nhưng nó ngưng tụ hầu hết các kim loại dưới dạng sulfit khơng tan.

Vi khuẩn khử nitrate, khử nitrate thành khí ni-tơ sử dụng các chất cho electron hữu cơ hay

vô cơ. Chúng có thể được sử dụng cho việc giảm bão hòa cát bão hòa nước, đất nhiều lỗ

rỗng, đá nứt vỡ dưới điều kiện khơng có oxy, và lấp đầy đất sử dụng các polysaccharide

ngoại bào tại chỗ.



9



Vi khuẩn khử nitrate dưới kính hiển vi





Vi khuẩn khử sắt có thể khử các hợp chất sắt III sản xuất ra các ion sắt hòa tan. Các ion này

có thể bị oxy hóa trong mơi trường hiếu khí, tạo ra các hydroxide sắt khơng tan. Vi khuẩn







này được sử dụng cho lấp đầy đất rỗng.

Vi khuẩn yếm khí tùy ý tạo bùn hoặc có hoạt động ure, được sử dụng cho kết tụ, kết dính







và lấp đầy lỗ trong đất.

Sự tăng trưởng của các vi khuẩn vi khí dạng sợi trong đất kém thơng thống tạo ra một

màng sinh học.







Vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng Gram-âm tính hoạt động mạnh nhất trong sản xuất các



polysaccharide ngoại bào, sử dụng làm phụ gia. Ví dụ như giống Bacillus, là quan trọng nhất

trong cải thiện nền đất. Bacillus còn chiếm ưu thế trong xử lý hiếu khí nước thải và chất





thải rắn giàu polymer như là tinh bột và protein.

Xạ khuẩn là những vi khuẩn dạng sợi hiếu khí dị dưỡng Gram-dương tính làm biến chất các

polymer sinh học trong tự nhiên và góp phần hình thành màng sinh học.



Xạ khuẩn dưới kính hiển vi





Vi khuẩn nitrate hóa sản xuất axit nitric, axit này có khả năng ảnh hưởng sự kết tinh của



silicate và gây ăn mòn mạnh.



10







Vi khuẩn hóa dưỡng oxy hóa lưu huỳnh khử và oxy hóa hợp chất lưu huỳnh và tạo thành axit







sulphuric- chất ăn mòn mạnh, có thể ảnh hưởng sự kết tính silicate và canxi sunphat.

Vi khuẩn oxy hóa sắt có khả năng oxy hóa sắt II trong mơi trường axit hoặc trung tính. Sự kết







tinh của sắt hydroxide được sử dụng trong lấp đầy lỗ rỗng đất.

Vi khuẩn lam là prokaryote sản xuất ra oxy bằng quang hợp và tảo là các eukaryote có khả



Vi khuẩn oxy hóa sắt làm mạch ngước

ngầm có màu nâu đỏ

năng quang hợp, sử dụng nước dưới dạng chất cho electron. Sử dụng trong kết tụ sinh học

và tạo thành lớp vỏ cho đất.



Tảo lam ở sơng



Tảo lam dưới kính hiển vi



11



12



CHƯƠNG 2: BÊ TƠNG TỰ PHỤC HỒI NHỜ VI

KHUẨN

1. Bê tơng trong xây dựng

1.1.



Bê tông



Bê tông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành phần: Cốt liệu thơ, cốt

liệu mịn, chất kết dính,... theo một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tơng). Trong bê tơng,

chất kết dính (xi măng + nước, nhựa đường, phụ gia...) làm vai trò liên kết các cốt liệu thô (đá,

sỏi,...đôi khi sử dụng vật liệu tổng hợp trong bê tông nhẹ) và cốt liệu mịn (thường là cát, đá mạt,

đá xay,...) và khi đóng rắn, làm cho tất cả thành một khối cứng như đá.

Có các loại bê tông phổ biến là: bê tông tươi, bê tông nhựa, bê tông Asphalt, bê tông Polyme và

các loại bê tông đặc biệt khác.

Về sức bền vật lý, bê tông chịu lực nén khá tốt nhưng khả năng chịu lực kéo khơng tốt lắm. Vì vậy,

trong xây dựng các cơng trình, các vật liệu chịu lực kéo tốt (ví dụ thép) được sắp xếp để đưa vào

trong lòng khối bê tơng, đóng vai trò là bộ khung chịu lực nhằm cải thiện khả năng chịu kéo của bê

tông. Loại bê tơng có phần lõi thép này được gọi là bê tơng cốt thép. Các tác động khác như đóng

băng hay nước ngấm vào trong bê tơng cũng có thể gây ra hư hại cho loại vật liệu này.

Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình kiến trúc, móng, gạch khơng nung,

mặt lát của vỉa hè, cầu và cầu vượt, đường lộ, đường băng, các cấu trúc trong bãi đỗ xe, đập, hồ

chứa/bể chứa nước, ống cống, chân cột cho các cổng, hàng rào, cột điện và thậm chí là thuyền.

Một số cơng trình kiến trúc làm bằng bê tơng nổi tiếng có thể kể đến như Burj Khalifa (tòa nhà

chọc trời cao nhất thế giới), đập Hoover, kênh đào Panama và đền Pantheon.

Kỹ thuật chế tạo và sử dụng bê tông xuất hiện từ thời La Mã cổ đại và được sử dụng rộng rãi trong

suốt giai đoạn tồn tại của Đế quốc La Mã. Sau khi đế quốc La Mã sụp đổ, kỹ thuật sử dụng bê tông

cũng bị mai một cho đến khi được tái khám phá vào giữa thế kỷ 18.

Việc sản xuất và sử dụng bê tơng có nhiều tác động khác nhau đến mơi trường và nhìn chung cũng

khơng hoàn toàn là tiêu cực như nhiều người nghĩ. Mặc dù sản xuất bê tơng đóng góp đáng kể vào

việc sản sinh khí nhà kính, việc tái sử dụng bê tơng lại rất phổ biến đối với các cơng trình quá cũ và

quá giới hạn tuổi thọ. Những kết cấu bê tơng rất bền và có tuổi thọ rất cao. Đồng thời, do khối



13



lượng tác dụng nhiệt cao và độ thẩm rất kém, bê tông cũng là một vật liệu dùng cho nhà ở tiết

kiệm năng lượng.

1.2. Các yếu tố gây nứt gãy bê tông

Nứt ở bê tông là vấn đề thường thấy nhưng hay bị hiểu sai. Khi có vết nứt ở bản bê tông hoặc trên

tường, đặc biệt là khi mới khô, chúng thường bị rập khuôn rằng có vấn đề nghiêm trọng xảy ra.

Khơng hẳn là vậy, có những loại nứt khơng thể tránh khỏi. Tốt nhất là kiểm soát sự nứt. Sau đây là

6 loại nứt bê tơng thơng thường:





Nứt do sự co ngót dẻo: lý do thường thấy nhất ở những vết nứt sớm ở bê tông. Khi bê tông

vẫn ở trạng thái dẻo ( trước khi đơng cứng), nó chứa nhiều nước. Lượng nước này chiếm

không gian và giữ cho bản bê tông ở một kích thước nhất định. Khi bản bê tơng giảm độ

ẩm, thì bản bê tơng sẽ co lại. Vì bê tông là một nguyên liệu rất cứng rắn, sự co ngót dẫn

đến áp lực lên bản bê tơng. Khi bê tơng co lại, nó kéo theo lớp đất phía dưới. Chuyển động

tự do này đủ mạnh để “xé rách” bản bê tơng. Khi thời tiết nóng, nứt do co ngót có thể xảy

ra trong vài giờ sau khi đổ bê tơng và hồn thiện xong.

Thơng thường, các vết nứt do co ngót nhìn có vẻ bé, nhưng thực ra chúng có thể nứt sâu

vào trong bản bê tơng, người ta lại ngộ nhận đó chỉ là lỗi nhỏ trên bề mặt.



Một nhân tố góp phần khơng nhỏ vào sự co ngót là trộn bê tơng q nhiều nước. Nếu lượng nước

trong hỗn hợp quá nhiều, bản bê tông sẽ co ngót nhiều hơn so với hỗn hợp có lượng nước vừa

phải. Do lượng nước dư thừa chiếm nhiều không gian, đẩy các nguyên liệu rắn trong hỗn hợp xa

nhau. Điều này khiến hỗn hợp bê tông yếu hơn. Khi lượng nước dư thừa này rời khỏi hỗn hợp, các

hạt rắn vơ tình các xa nhau hơn, khiến bê tơng bị giòn và dễ nứt.





Nứt do sự lún dẻo: q trình “lún” là nhân tố quan trọng sức bền bê tông. Vết nứt xảy ra

trong quá trình này là kết quả của cốt thép, cốp pha khống chế phần nào khi bê tông tươi



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG THI CÔNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×