Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Bê tông tự hồi phục nhờ vi khuẩn

Bê tông tự hồi phục nhờ vi khuẩn

Tải bản đầy đủ - 0trang

16



2.2. Tự động hồi phục

Các cơng trình bê tơng hiện được thiết kế dựa theo tiêu chuẩn có sẵn, cho phép nứt tối đa rộng

0.2mm. Những vết nứt nhỏ này nhìn chung là chấp nhận được, do khơng trực tiếp ảnh hưởng đến

độ an tồn và sức bền của cơng trình. Hơn nữa, những vết nứt nhỏ đơi lúc tự lành lại do nhiều loại

bê tơng có đặc tính tự hồi phục.

Nghiên cứu cho thấy cái gọi là “tự hồi phục” ở đây liên quan mật thiết đến những hạt xi măng khô

trong hỗn hợp bê tông ban đầu. Khi vết nứt hình thành, nước sẽ phản ứng với các hạt này, lấp đầy

những vết nứt nhỏ. Tuy nhiên, sự rò nước trong q trình hình thành các vết nứt nhỏ vẫn có thể

xảy ra nếu cơng trình là dưới đất.

Tại Việt Nam, người ta thường sử dụng phương pháp trộng thêm xi măng khô vào hỗn hợp. Khi vết

nứt xuất hiện và nước thâm nhập vào sẽ trộn với xi măng khô, lấp đầy vết nứt, đồng thời CO 2 hòa

tan phản ứng với ion Ca2+ tạo ra tinh thể CaCO3 . Tuy nhiên, hai cơ chế này chỉ hàn lại các vết nứt

nhỏ do co ngót dẻo tạo ra.

Trong các thí nghiệm về khả năng phục hồi nứt ở bê tông. Viện nghiên cứu Delft quan sát thấy khả

năng tự hồi phục truyền thống nhờ hạt xi măng khô là 30% và 100% với tự hồi phục bằng vi khuẩn

với vết nứt 0.2mm. Với vết nứt lên tới 0.5mm, vi khuẩn vẫn có khả năng hồi phục hồn tồn các

vết nứt này.



Ở vết nứt có động rộng 0.15mm, hồi phục truyền thống không thể hàn

lại vết nứt này nguyên vẹn, chỉ thành công một phần



17



Đối với hồi phục bằng vi khuẩn, vết nứt được lấp đầy 100%



18



2.3. Lựa chọn vi khuẩn phù hợp

Để bắt đầu phát triển loại bê tơng tự phục hồi nhờ vi khuẩn, phải tìm ra giống vi khuẩn có thể sống

sót ở mơi trường độ kiềm cực cao. Hỗn hợp xi măng và nước có độ pH lên đến 13, đây là mơi

trường nguy hại cho phần lớn sự sống: phần lớn vi sinh vật chết ở độ pH lớn hơn 10. Cơng cuộc

tìm kiếm các lồi vi sinh sống mạnh mẽ ở mơi trường kiềm tập ở các hồ nước kiềm ở Nga, đất giàu

carbonate ở một số khu vực sa mạc tại Tây Ban Nha và các hồ muối soda ở Ai Cập.



Hồ Natron tại Tanzania

Các mẫu vi khuẩn sống trong đá được thu thập cùng các mẫu vi khuẩn tìm thấy ở lớp trầm tích ở

các hồ. Mẫu chứa giống vi khuẩn Bacillus quan sát thấy sự phát triển mạnh trong môi trường độ

kiềm cao. Nhiều loại vi khuẩn khác nhau đã được đưa vào các khối bê tông nhỏ. Mỗi khối được để

yên trong 2 tháng. Sau đó, khối mẫu sẽ được nghiền ra, kiểm tra xem liệu giống vi khuẩn được thí

nghiệm có sống sót khơng.



Các mẫu thử



19



Quan sát thấy chỉ duy nhất khối chứa giống Bacillus là còn tồn tại, sản xuất ra các bào tử hình dạng

giống hạt giống cây trồng. Những bào tử này có thành rất dày, có khả năng tồn tại đến 200 năm,

chờ khi gặp được môi trường tốt hơn để nảy mầm. Chúng sẽ được kích hoạt khi bê tơng nứt ra,

thức ăn trở nên sẵn có và nước lọt vào kết cấu. Qúa trình này làm giảm độ pH của mơi trường kiềm

(ở pH 10 đến 11.5) đến khoảng thuận lợi cho bào tử phát triển.



Tìm kiếm nguồn thức ăn thích hợp để vi khuẩn có thể sống sót trong bê tông tốn nhiều thời gian.

Nhiều loại dinh dưỡng đã được thử nghiệm cho đến khi canxi lactat được phát hiện, đây là nguồn

cung carbon cho sinh khối. Nếu được hòa tan trong khi trộn hỗn hợp bê tông, canxi lactat xé không

can thiệp vào thời gian khô của bê tông.



Bào tử của khuẩn Bacillus dưới kính hiển vi (độ phóng đại 15000 lần)



20



2.4. Cách thức hoạt động của bê tông tự phục hồi

Bê tông tự phục hồi các vết nứt bằng đá vơi sản xuất ra trong q trình sống của vi khuẩn Bacillus.

Vi khuẩn này sử dụng nguồn dinh dưỡng Canxi lactat, cùng với ni tơ và phốt pho được trộn sẵn

trong hỗn hợp bê tông. Các chất hồi phục này có thể nằm ngủ trong bê tơng tới 200 năm.

Tuy nhiên, khi bê tông bị phá vỡ và nước bắt đầu tràn vào các khe nứt. Các bào tử vi khuẩn sẽ nảy

mầm, tiếp xúc với nước và dinh dưỡng có sẵn. Khi đã được kích hoạt, vi khuẩn bắt đầu ăn canxi

lactat. Khi canxi lactat được tiêu thụ, oxy được sử dụng, canxi lactat sẽ được chuyển biến thành đá

vơ khơng tan. Đá vơi sau đó đơng cứng trên bền mặt khe nứt, và nút chặt vết nứt lại. Qúa trình này

tương tự như quá trình liền xương ở cơ thể người, tự hồi phục nhờ tế bào xương.



Sự tiêu thụ oxy trong quá trình vi khuẩn chuyển đổi canxi lactat thành đá vơi có một lợi thế( có

thêm một tác dụng?), oxy cực quan trọng cho sự ăn mòn thép, khi hoạt động vi khuẩn tiêu thụ hết

oxy và bịt kín nguồn oxy đó, vơ hình trung ta đã tăng cường độ bền của cốt thép trong cấu kiện.

Phương trình:



21



Tốc độ tạo CaCO3 cực nhanh

Hai thành phần gồm bào tử vi khuẩn và dinh dưỡng canxi lactat được đưa vào bê tông trong

những hạt đất sét kích thước khoản 2-4 mm, đảm bảo rằng bào tử sẽ khơng nảy mầm khi q trình

trộn hỗn hợp diễn ra. Chỉ khi vết nứt làm vỡ hạt đất sét, bào tử mới tiếp xúc với nước và dinh

dưỡng để phát triển.

Thử nghiệm cho thấy ngay khi nước lọt vào bê tông, vi khuẩn ngay lập tức nảy mầm và sinh sản

mạnh. Chúng biến đổi dinh dưỡng thành đá vôi trong vòng 2 ngày ( mơi trường phòng thí

nghiệm). Ngồi ra, ở nhiệt độ tháp hơn, quá trình này sẽ diễn ra trong nhiều tuần.



22



Vết nứt ban đầu



Vết nứt sau 28 ngày



Vết nứt sau 56 ngày



23



2.5. Một số bất lợi

Có 2 chướng ngại cần vượt qua để loại bê tông sinh học này phát triển hơn trong những năm tới:





Hạt đất sét giữ các tác nhân hồi phục chiếm đến 20% thể tích khối bê tơng. 20% đó thường

chứa những cấp phối cứng hơn như sỏi. Đất sét lại yếu hơn nhiều so với các cấp phối

thường dùng, điều này khiến sức bền của bê tông giảm 25% và đặc biệt giảm đi tính chịu

nén của cấu kiện.

Trong nhiều cấu trúc, điều này không hẳn là một vấn đề nan giải, nhưng ở những nhà cao

tầng hoặc các cơng trình cầu cảng, khả năng chịu lực nén là rất quan trọng, thì loại bê tơng







này là khơng khả thi.

Giá của loại bê tông sinh học này gấp đôi so với bê tơng thơng thường do còn mới mẻ, chưa

được sản xuất quy mô lớn. Điều này khiến cho quy mô khách hàng thu hẹp lại ở các cơng

trình nhất định như cơng trình hải qn, đường hầm, những nơi cần yếu tố an tồn cực cao

hoặc trong các cơng trình khó sửa chữa và bảo dưỡng.



24



CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

Bê tơng tự phục hồi bằng vi khuẩn là bước tiến lớn trong ngành kỹ thuật xây dựng. Trong nhiều

năm tới, loại bê tơng sinh học này sẽ góp phần giảm thiểu mối nguy hại từ những vết nứt ở các

cơng trình, giảm thiểu được những tai nạn khơng đáng có và bất ngờ. Nhìn trước được những tiềm

năng của bê tơng tự phục hồi, hiện nay trên thế giới đã có nhiều cơng ty đầu tư R&D để có thể

mang ra sản xuất quy mô lớn. Tiến đến việc loại bỏ các hạt đất sét mà sử dụng dưới dạng hạt mịn.



25



Nguồn tham khảo

[1] Ivanov, V., Stabnikov, V., 2017, Construction Biotechnology, Springer, Singapore.

[2] Arnold, D., 2011, Self-healing concrete, INGENIA.

[3] Mors, R., Jonkers, Henk, 2012, Bacteria-based self-healing concrete – Introduction, The

Netherlands.

[4] Dundar, M., Bruschi, F., Gartland, K., Magni, M.V., Gahan, P., Deeni, Y., Current Application of

Biotechnology.

[5] Wikipedia tiếng Anh và tiếng Việt

[6] Nguyen-Cote, D., 2014, Evaluating Cracking in Concrete: Procedures, GIATEC.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Bê tông tự hồi phục nhờ vi khuẩn

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×