Микробная карбонатная биоминерализация для вторичной защиты бетона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Духанина Ульяна Николаевна

• Духанина Ульяна Николаевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Духанина Ульяна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Общие сведения о микробно-индуцированном осаждении кальцита

как природоподобной технологии восстановления цементной матрицы

1.2 Обобщенные технологические подходы для применения метода карбонатной биоминерализации в строительном материаловедении..................1(3

1.3 Формирование структуры и свойства цементной матрицы в присутствии бактерий, перспективных в преципитации карбоната кальция

1.4 Применение микробной карбонатной биоминерализации

как метода вторичной защиты бетонных изделий

1.5 Выводы

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований

2.1.1 Бактериальные микроорганизмы, используемые для карбонатной биоминерализации

2.1.2 Прекурсоры, участвующие в преципитации новообразований

и среды для культивирования микроорганизмов

2.1.3 Компонентный состав гидрофобизирующей эмульсии

и метод ее получения

2.1.4 Минеральные сырьевые компоненты

2.2 Методы исследований

2.2.1 Методы оценки жизнедеятельности и ферментативной активности бактериальных культур

2.2.2 Методы оценки микроструктуры сырьевых

и синтезированных материалов

2.2.3 Методы исследования сырьевых минеральных компонентов, вяжущего и цементного камня

2.2.4 Методы исследования гидрофобизирующей эмульсии

и гидрофобно-кольматирующей системы............................................................................................4'7

2.2.5 Методы исследования стойкости защитных покрытий и об-

разцов

2.3 Выводы

3 ПРОДУЦИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ КАК ИНИЦИАТОРОВ КАРБОНАТНОЙ БИОМИНЕРАЛИЗАЦИИ ПРОПИТОЧНОГО СОСТАВА

3.1 Дизайн исследования для проведения сегментированного эксперимента

3.2 Анализ микроорганизмов, продуцирующих карбонат кальция в природных условиях

3.3 Выбор прекурсоров как компонента пропиточного состава

для инициации карбонатной биоминерализации

3.4 Оценка уреазной активности бактериальных культур различных штаммов в зависимости от питательной среды

как компонента биоминерализующей пропитки.......................................... (388

3.5 Влияние биоминерализующей пропитки на монолитизацию компонентов цементобетонной системы различного состава

3.6 Выводы

4 СОСТАВЫ И СВОЙСТВА ГИДРОФОБНО-КОЛЬМАТИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ, ИНИЦИИРУЮЩЕЙ КАРБОНАТНУЮ БИОМИНЕРА-

ЛИЗАЦИЮ, ДЛЯ ВТОРИЧНОЙ ЗАЩИТЫ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

4.1 Дизайн исследования для проведения сегментированного эксперимента

4.2 Анализ совместимости биоминерализующего пропиточного

состава с гидрофобизирующей полисилоксановой эмульсией

4.3 Разработка состава защитной пропиточной системы «гидрофобизирущая эмульсия - биоминерализующий состав»

4.4 Оценка восстановления сплошности поверхности цементного

камня

4.5 Исследование стойкости защитных покрытий неконструкционных

зон ремонта бетонных изделий в агрессивных средах

4.6 Выводы

5 ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОБНОЙ КАРБОНАТНОЙ БИОМИНЕРАЛИЗАЦИИ КАК МЕТОДА ВТОРИЧНОЙ ЗАЩИТЫ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

5.1 Технология получения гидрофобно-кольматирующей пропитки, инициирующей карбонатную биоминерализацию

5.2 Технология нанесения восстанавливающих составов

5.3 Технико-экономическая эффективность производства и применения гидрофобно-кольматирующей пропитки

для вторичной защиты бетонных изделий

5.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Локальная обработка готовых или эксплуатируемых бетонных изделий растворами, содержащими прекурсоры карбонатной

минерализации и бактериальный агент или ассоциации агентов

Приложение Б. Создание материалов с помощью биокарбонатного

синтеза (биокарбонатная цементация)

Приложение В. Титульный лист технологического регламента на получение биоминерализующего состава и гидрофобно-кольматирующей

системы на его основе для вторичной защиты бетона

Приложение Г. Акт апробации результатов научно-исследовательской работы по применению гидрофобно-кольматирующей системы

для вторичной защиты бетона

Приложение Д. Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы в учебный процесс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микробная карбонатная биоминерализация для вторичной защиты бетона»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Анализ современного состояния исследований в области микробной карбонатной биоминерализации (МКБ) как перспективного инструмента природоподобных технологий показал возможность использования биогенного синтеза минералов как инструмента управления процессами структурообразования на различных технологических этапах жизненного цикла строительных материалов: от их производства до восстановления при эксплуатации. В поисках решений, позволяющих эффективно использовать МКБ, показано, что процессы биокарбона-тизации способствуют повышению и/или пролонгации резистентности строительных материалов к действию внешних агрессивных факторов. В этой связи разработка технологии применения МКБ для вторичной защиты поверхности бетонных изделий, в том числе в сочетании с традиционными составами, является весьма актуальной задачей.

Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках: гранта РФФИ № 1829-12011; федеральной программы поддержки университетов «Приоритет 2030» № 1.3 и Пф-1/23.

Степень разработанности темы. В области строительного материаловедения сложился ряд научных школ, деятельность которых связана с развитием междисциплинарного направления, рассматривающего процессы и механизмы МКБ как инструмент природоподобных технологий. Проводятся исследования по выявлению наиболее эффективных микроорганизмов, прекурсоров, питательных сред; исследуются условия их совместимости с компонентами строительного материала; разрабатываются технологии создания защитных покрытий для реставрации зданий и сооружений, инкапсуляции бактерий для залечивания микротрещин в процессе эксплуатации материала, а также синтеза искусственных композитов в условиях производства с применением карбонатной биоминерали-ции. При этом, несмотря на имеющийся фактический материал в рассматриваемой области, остаются недостаточно изученными: процессы бактериальной способности продуцировать уреазу в составе пропиточных растворов для цементных

материалов, влияние гидрофобизатора на продуцирующую способность бактерий при их совместном использовании, механизм кристаллообразования при бактериальной минерализации в среде цементной матрицы.

Цель работы. Разработка научно обоснованного технологического решения, обеспечивающего применение микробной карбонатной биоминерализации для вторичной защиты бетона.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- исследование продуцирующей способности бактерий, участвующих в карбонатной минерализации, определение рациональных концентраций питательных сред и прекурсоров инициации кристаллизации в среде цементной матрицы;

- установление физико-химических закономерностей процессов биогенного минералообразования в среде компонентов цементобетона и гидрофобизирующей эмульсии в зависимости от состава бактериальной пропиточной системы и технологии обработки;

- разработка состава и технологии получения гидрофобно-кольматирующей системы для вторичной защиты бетона, изучение свойств защитного покрытия;

- подготовка нормативной документации для реализации теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы. Обосновано и экспериментально подтверждено технологическое решение, обеспечивающее использование процессов микробной карбонатной биоминерализации в сочетании с гидрофобизацией для вторичной защиты бетона с формированием защитного гидрофобно-кольматирующего покрытия. Биоминерализующий состав (БС), включающий бактерии-продуценты уреазы рода Bacillus, питательную среду и раствор прекурсоров, стимулирует индукцию биогенных новообразований. Совмещение БС с гидрофобизирующей по-лисилоксановой эмульсией (ГПЭ) (1:1) при скорости смешивания не более 1000 об/мин и при температуре, не превышающей 37 °С, позволяет получить гидрофоб-но-кольматирующую систему (ГКС) с сохранением уреазной активности бактерий и технологических свойств эмульсии. По реологическим характеристикам и агрега-тивной устойчивости установлен срок хранения ГКС - не более 1 месяца при тем-

пературе не выше 23 °С (для торможения ферментативной активности бактерий). Применение разработанной пропитки позволяет повысить гидрофобность бетона, его водостойкость и стойкость в растворе органических кислот.

Установлен характер продуцирующей способности бактерий различных видов в среде заполнителя (как модельной системы) в зависимости от его состава, вида бактерий и среды кристаллообразования с позиции технологичности их использования как компонента биоминерализующего пропиточного состава, предназначенного для вторичной защиты цементобетона. Преципитация биокарбонатов возрастает в следующей последовательности используемых подложек для кристаллизации: мрамор ^ кварц ^ цементный камень (ЦК) = карбонатизиро-ванный ЦК; видов бактерий: & ра81виги ^ Ь. 8ркавг1сш ^ В. ритИш ^ В. mega-1вгшш. Максимальная степень МКБ на подложках различного состава происходит при использовании в качестве питательной среды для роста биомассы - пептона и Б-глюкозы; в качестве прекурсоров - хлорид кальция и мочевина.

Предложен механизм структурообразования цементобетонной матрицы при ее пропитке гидрофобно-кольматирующей системой. Проникая в капиллярно-поровое пространство цементного камня, бактерии в присутствии СаС12 и СЩ^О индуцируют кристаллизацию карбонатов кальция. Биокарбонатизация приводит к кольматации пор, залечиванию микродефектов и инкрустации поверхности. В сочетании с наращиваемым на новообразованиях бактериальным матриксом, инкрустация поверхности карбонатами приводит к повышению гидрофобности цементобетона. ГПЭ образует на поверхности цементного камня и в микродефектах псевдо-пленочную структуру из гидрофобизатора, не препятствующую проникновению кислорода, необходимого для продуцирующей способности бактериальных культур. По повышению коэффициента закрытия трещин в ЦК при экспозиции в БС и ГКС, применяемые бактерии проранжированы: Ь. sphaericus ^ ра81еитИ ^ В. ритИш ^ В. megaterium.

Теоретическая и практическая значимость работы. Дополнены теоретические представления о процессах микробной карбонатной биоминерализации

при использовании бактерий рода Bacillus в качестве компонента биоминерали-зующего состава. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность и эффективность совмещения биоминерализующего состава и гид-рофобизирующей полисилоксановой эмульсии при получении гидрофобно-кольматирующей системы для вторичной защиты бетона.

Разработаны составы и технология получения биоминерализующей пропитки и гидрофобно-кольматирующей системы на ее основе, позволяющие производить вторичную защиту бетона, обеспечивающую повышение контактного угла смачивания на 24-50 %, снижение водопоглощения - на 17-49 %, закрытие трещин - на 10-25 % в зависимости от вида бактерий. Разработан технологический регламент на получение биоминерализующего состава и гидрофобно-кольматирующей системы на его основе для вторичной защиты бетона. Экономический эффект от применения гидрофобно-кольматирующей системы составил 12 %.

Предложена методика оценки степени залечивания микротрещин, предназначенная для установления эффективности МКБ.

Методология и методы исследования. Методологической основой работы является комплексный анализ системы «состав (сырье) - структура (сырье, материал) - свойства (материал)». Идея базируется на известных свойствах карбонатоген-ных бактерий и методах создания пропиточных составов для ремонта и реставрации цементных материалов. Оценка жизнедеятельности бактериальных культур осуществлялась методом смыва с последующим подсчетом микробных клеток в счетной камере Горяева. Структурные особенности модифицированого материала и индуцированных кристаллических новообразований анализировались с помощью РЭМ. Взаимное влияния компонентов биоминерализующего состава и гидрофо-бизирующей эмульсии оценивалось по изменениям жизнеспособности бактерий и свойств эмульсии. Влияние органических кислот (по методике Строганова В.Ф.) на цементобетон с защитными составами оценивалось по показателям водопоглоще-ния и плотности согласно стандартным методикам. Интенсивность залечивания микродефектов цементного камня осуществлялось по авторской методике. Изменение гидрофобности - по показателю контактного угла смачивания.

Положения, выносимые на защиту:

- обоснование и экспериментальное подтверждение технологического решения, обеспечивающего использование процессов микробной карбонатной биоминерализации в сочетании с гидрофобизацией для вторичной защиты бетона;

- характер продуцирующей способности бактерий различных видов в среде заполнителя в зависимости от его состава, вида бактерий и среды кристаллообразования с позиции технологичности их использования как компонента биомине-рализующего пропиточного состава, предназначенного для вторичной защиты цементобетона;

- механизм структурообразования цементобетонной матрицы при ее пропитке гидрофобно-кольматирующей системой;

- составы и технология получения биоминерализующей пропитки и гидро-фобно-кольматирующей системы на ее основе;

- закономерности влияния состава пропитки на свойства защитного покрытия цементобетона;

- методика оценки степени залечивания микротрещин, предназначенная для установления эффективности МКБ.

Степень достоверности полученных результатов обеспечивается: комплексом экспериментальных исследований с учетом требований методик и методов, регламентированных нормативными документами, при использовании современного высокотехнологичного оборудования и большого объема фактического материала; соответствием полученных результатов общепринятым фактам и работам других авторов.

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы были представлены на: XV Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2018); Международная конференция «Высокие технологии и инновации в исследованиях и производстве (Н1КМ-2020)» (Красноярск, 2020); Международной научной конференции «Строительство и архитектура: теория и практика инновационного развития» (САТРГО-2020) (Нальчик, 2020); Международной научно-

практической конференции, посвященной 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова «Наукоемкие технологии и инновации» (Белгород, 2019); Всероссийской (национальной) научно-практической конференции Высшей школы САФУ (Архангельск, 2019, 2022); VII Международный симпозиум «Биокосные взаимодействия в природных и антропогенных системах» (Санкт-Петербург, 2022).

Внедрение результатов исследований. С целью внедрения результатов работы разработан технологический регламент на получение биоминерализующего состава и гидрофобно-кольматирующей системы на его основе для вторичной защиты бетона. Апробация ГКС осуществлялась при ремонтных работах на объекте ИЖС Белгородского района.

Теоретические и экспериментальные положения диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлениям «Строительство» и «Материаловедение и технологии материалов».

Публикации. Основные положения работы изложены в 17 публикациях, в том числе: 5 статей в российских журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК РФ; 4 работы в изданиях, индексируемых в базе данных Scopus.

Личный вклад. Автором проведено теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение технологического решения, обеспечивающего получение пропиточного состава со свойствами гидрофобно-кольматирующего характера для защиты покрытий неконструкционных зон бетонных изделий. Выполнен комплекс экспериментальных исследований, последующая обработка и анализ полученных результатов. Принято участие в апробации результатов работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, пять глав, заключение, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 181 странице машинописного текста, включающего 24 таблицы, 67 рисунков, список литературы из 158 источников, 5 приложений.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Микробная карбонатная биоминерализация - интенсивно развивающееся направление природоподобных технологий - расширяет спектр инструментов управления процессами структурообразования на различных технологических этапах жизненного цикла композиционных строительных материалов: от проектирования сырьевой смеси до самозалечивания при эксплуатации. Как любое междисциплинарное направление, технология карбонатной биоминерализации в строительном материаловедении, пройдя стадии изучения природных аналогов процессов, предполагаемых к заимствованию, теоретического обоснования перспектив их прикладного использования, перешла в стадию накопления эмпирических результатов, требующих обобщения и анализа.

1.1 Общие сведения о микробно-индуцированном осаждении кальцита как природоподобной технологии восстановления цементной матрицы

Повышенный интерес к природоподобным технологиям обусловлен необходимостью снижения энергозатрат при производстве, повышения долговечности материалов и конструкций, использования возобновляемых сырьевых материалов и т.д. Классическим примером заимствования природных процессов и переноса их на уровень промышленного использования при получении строительных материалов являются технологии с применением микробной карбонатной биоминерализации.

Микроорганизмы сыграли значительную роль в геологической эволюции Земли и продолжают вносить существенный вклад в развитие неорганической составляющей современной окружающей среды, участвуя как в фазообразующих, так и в деструктивных процессах, протекающих в горных породах, живых организмах, а также в различного вида материалах и конструкциях. В связи с этим, феномен образования минералов при участии микроорганизмов вдохновил ученых на разработку природоподобных инновационных материалов, используемых

в различных междисциплинарных направлениях, одним из которых и является современное строительное материаловедение [1, 2].

Несмотря на существующие публикации как зарубежных, так и российских авторов по тематике биоминерализации [3-78], они не охватывают всю полноту существующих проблем, методов и подходов. Исследования в ряде случаев носят поверхностный характер, не отличаются глубиной проработки по технологическим особенностям использования биоминерализации и процессам структурооб-разования, что ограничивает возможности распространения технологий карбонатной биоминерализации в строительном материаловедении. С целью обобщения результатов исследований различных научных групп, выявления применяемых технологических решений и их влияния на свойства получаемых композиционных материалов, предлагаемый анализ научных публикаций представляется весьма актуальным.

Карбонат кальция, являясь неотъемлемой фазой цементного камня, формирующейся, как правило, в посттехнологический (эксплуатационный) период, за счет естественной карбонатизации Са(ОН)2 (водорастворимого продукта гидратации клинкерных минералов), оказывает упрочняющее действие на матрицу цементного камня, кольматируя поры и повышая водостойкость композита. Один из возможных путей получения карбоната кальция является микробная карбонатная биоминерализация.

В современных литературных источниках достаточно детально описаны механизмы кристаллизации, протекающие при участии микроорганизмов [12, 14]. Также известно, что одним из способов устранения дефектов в строительных материалах является именно микробная карбонатная биоминерализация. Однако при разработке технологических процессов производства строительных материалов вопросы, связанные с эффективным выбором неорганических прекурсоров и их концентраций для инициации процессов кристаллизации карбонатов, рациональных технологических параметрами биоцементации, а также с влиянием сырьевых компонентов бетонной смеси, условий консолидации вяжущих и эксплуатации

композиционных материалов на лизис микроорганизмов, остаются раскрытыми не на должном уровне.

Анализ научной литературы выявил некоторые разночтения в понимании ряда определений, используемых для описания вышеуказанных процессов, в связи с чем, необходимо остановиться на терминологических вопросах. Микробная биоминерализация охватывает процессы фазообразования, происходящие при участии микроорганизмов (бактерий, водорослей, микромицетов). Например, сине-зеленые водоросли (цианобактерии) продуцируют карбонат кальция, который является побочным продуктом технологии биологической секвестрации углекислого газа [9]. Этот процесс не используется в биотехнологиях, применяемых для создания и восстановления строительных материалов. Фактов продуцирования микромицетами карбонатов кальция не зафиксировано (как правило, формируются оксалаты кальция [5, 10]). Из вышесказанного следует, что бактериальная карбонатная биоминерализация является только одним из частных случаев микробной биоминерализации. Однако при описании биотехнологий, применяемых в строительном материаловедении, эти понятия часто считаются тождественными.

С точки зрения технологической биоминералогии, биотехнологии производства строительных материалов - это совокупность биохимических процессов, происходящих в результате воздействия микробиологических объектов на неорганическое вещество, в ходе которых в окружающей среде - матрице, роль которой выполнят строительный материал, происходит формирование новых фаз.

Если разделять процессы, происходящие при участии различных видов микрорганизмов, то бактериальная (микробная) карбонатная биоминерализация -это процессы образования карбонатов кальция (обычно, кальцита), индуцированные метаболитами бактерий (наиболее часто, уреазпродуцирующих).

Еще одним широко используемым в биотехнологиях понятием является биобетон. Однако, трактовки этого термина настолько разнообразны, что не позволяют использовать его в качестве ключевого. Так, например, под биобетоном понимают: материал, совмещающий в себе функции бетона и субстрата для

растений, применяемый в фитодизайне; бетон, обладающий биопозитивными свойствами в контексте экологичности материала; а также бетон, в процессах формирования которого участвуют бактерии.

Физические, химические и биологические факторы приводят к прогрессивному разрушению матрицы бетона и увеличивают пористость. На начальных этапах применения микробная карбонатная биоминерализация представлена в рамках регенерации памятников архитектуры [11].

Особого внимания заслуживают публикации таких зарубежных авторов, как W. De Muynck [14, 30, 31], N. De Belie [14, 30-31, 33-35], N.K. Dhami [18, 32], F. Hammes [20], а также научных групп под руководством российских исследователей В.Т. Ерофеева [3, 4, 36], С.П. Сивкова [37-43], М.А. Гончарова, Е.С. Дергуно-ва [15-17], в которых нашли отражение современные фундаментальные представления о данном типе природоподобных технологий и обобщены результаты опыта их применения в строительном материаловедении.

К настоящему времени на основании отечественного и зарубежного опыта сформирован концептуальный подход в систематизации взаимосвязей процессов микробной карбонатной биоминерализации в строительных материалах, характеризующихся следующими критериальными признаками (приложение А, Б):

- родовой принадлежностью используемых бактерий;

- прекурсорами - неорганические вещества, участвующие в биохимических реакциях карбонатного биоминералогенезиса в строительных материалах;

- технологическими приемами введения бактериальных культур и прекурсоров в вяжущее;

- корреляцией между прочностными характеристиками цементной матрицы и содержанием бактериальных клеток;

- характеризацией особенностей продуктов фазообразования (в основном описывается форма кристаллов), сформированных под действием микробной ферментативной активности.

Рассмотренные критериальные признаки легли в основу систематизации

факторов (структурохарактеризующих, структуроформирующих, структурообразующих), участвующих в микробной карбонатной биоминерализации (рисунок 1.1). Так в группу структурохарактеризующих включены факторы, зависящие от свойств применяемых сырьевых материалов (свойства вяжущего, заполнителя, их гранулометрический состав), вида бактерий, прекурсоров, которые участвуют в формировании характеристик получаемого композита. К структуроформирующим факторам отнесены технологические параметры: последовательность основных и вспомогательных операций получения материалов и изделий, условий изготовления. В группу структурообразующих факторов включены: количественное отношение сырьевых материалов, бактериального инокулята, прекурсоров [79-81].

Рисунок 1.1 - Схема взаимодействия факторов, влияющих на формируемые характеристики объектов микробной карбонатной биоминерализации

На основании анализа работ отечественных и зарубежных авторов установлены критериальные признаки, влияющие на характеристики индуцируемых новообразований: родовая принадлежность бактериальных культур, прекурсоры, продукты фазообразования, сформированные в результате бактериальной ферментативной активности.

1.2 Обобщенные технологические подходы для применения метода карбонатной биоминерализации в строительном материаловедении

Согласно вышеприведенным факторам с точки зрения последующего тира-

жирования по технологии применения метода карбонатной биоминерализации сформированы способы введения бактериальных культур и прекурсоров (рисунок

1.2 [7]).

Г 1 I способ • Введение прекурсоров карбонатной биоминерализации и бактериального агента или ассоциации агентов в состав бетонной смеси

г 1 II способ • Локальная обработка готовых или эксплуатируемых бетонных изделий растворами с прекурсорами и бактериями

III способ • Создание новых материалов с помощью биокарбонатного синтеза

Рисунок 1.2 - Способы введения бактериальных культур и прекурсоров

С учетом многокомпонентности цементных составов сформирована модель технологических последовательностей введения бактериальных культур, прекурсоров, портландцемента и заполнителей (I способ) (рисунок 1.3), характеризующаяся 4 способами [32-66].

Исходя из последовательности введения сырьевых материалов, бактерий и прекурсоров возможно получить изделия с конкретными физическими характеристиками. Введение бактериальной культуры в воду затворения с последующим введением прекурсоров и других сырьевых компонентов бетонной смеси приводит к увеличению прочности на сжатие от 4,9 % до 40 %, уменьшение пористости на 50 % [44-51]. Смешение бактериальной культуры и прекурсоров с последующим введением в воду затворения инициирует более раннее продуцирование кристаллических новообразований, приводящее к увеличению прочности на сжатие от 4,4 % до 50 %, прочности на изгиб - от 11 % до 53%, также отмечается сниже-

ние пористости на 44 % [52-60].

Рисунок 1.3 - Способы введения бактериального агента и прекурсоров карбонатной биоминерализации в состав бетонной смеси [7]

В условиях повышенного уровня рН в процессе гидратации цементного камня обосновано применение иммобилизация/инкапсуляция бактериальных культур в носители с целью сохранения их жизнеспособности. При применении таких технологических решений авторами отмечается прирост прочности на сжатие регистрируется в диапазоне от 1,9 % до 38,9 %, снижение коэффициента капиллярного водопоглощения до 66 %, визуализируется закрытие трещин [62-66].

Локальную обработку готовых (II способ) (в заводских условиях) или эксплуатируемых (например, при ремонте либо реставрационных работах) бетонных изделий растворами, содержащими прекурсоры карбонатной биоминерализации и бактериальный агент или ассоциации агентов бетонных изделий можно проводить

в следующих вариантах (рисунок 1.4):

1. Поверхностная обработка материалов:

а) распыление раствора с бактериальным инокулятом и прекурсорами [52, 67, 68];

б) нанесение раствора с бактериальным инокулятом и прекурсорами сплошным покрытием [31];

2. Погружение изделия в раствор бактериального инокулята и прекурсоров:

а) частичное погружение изделия [30];

б) полное погружение изделия [30, 31, 37, 41, 43, 47, 52, 69, 70];

3. Селективное цементирование:

а) инъекционное введение бактериальных цементирующих растворов в трещины бетонных изделий [71];

б) внедрение в трещины пленок форполимера с инкорпорированными в него бактериями [72].

Рисунок 1.4 - Методы локальной обработка бетонных изделий [7]

Обработка бактериальными растворами создает покрытие с гидрофобным эффектом, т.е. происходит консервация материала и его защита от воздействия окружающей среды [67, 68].

Метод погружения является более эффективным, чем метод нанесения, так как пропитка формирует более плотный слой минерализующей мембраны, что улучшает кислотостойкость, морозостойкость, устойчивость к свету и старению

композиционного материала [52, 68].

Поверхностная обработка строительных материалов растворами, содержащими бактериальный инокулят, и инициирующими карбонатную биоминерализацию также является эффективной. Это повышает долговечность строительных материалов, изделий и памятников архитектуры. Данный тип технологии уже применяется при реставрационных работах в промышленных масштабах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Духанина Ульяна Николаевна, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кораго, А.А. Введение в биоминералогию / А.А. Кораго. - СПб.: Недра, 1992. - 280 с.

2. Юшкин, Н.П. Теория и методы минералогии (избранные проблемы) / Н.П. Юшкин. - Л.: Наука, 1977. - 291 с.

3. Ерофеев, В.Т. Исследование биобетонов и их применение / В.Т. Ерофеев, А.В Дергунова, С.Д.С. Аль Дулайми // Наукоемкие технологии и инновации: Электронный сборник докладов Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 29 апреля 2019 года. Том Часть 6. - Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2019. - С. 56-59.

4. Ерофеев, В.Т. Бактерии для получения самовосстанавливающихся бетонов / В.Т. Ерофеев, С.Д.С. Аль Дулайми, В.Ф. Смирнов // Транспортные сооружения. - 2018. - Т. - 5, № 4. - С. 7.

5. Frank-Kamenetskaya, O. V. Biofilm mineralization by participation of lithobiotic microbial community / O.V. Frank-Kamenetskaya, D.Yu Vlasov // VI International Symposium «Biogenic - abiogenic interactions in natural and anthropogenic systems» devoted to the 150th anniversaryof the Saint-Petersburg Naturalists Society, 2018. - Р. 18-20.

6. Строкова, В.В. Микробная карбонатная биоминерализация как инструмент природоподобных технологий в строительном материаловедении / В.В. Строкова, Д.Ю. Власов, О.В. Франк-Каменецкая // Строительные материалы. -2019. - №7. - С. 66-72.

7. Строкова, В.В. Применение микробной карбонатной биоминерализации в биотехнологиях создания и восстановления строительных материалов: анализ состояния и перспективы развития / В.В. Строкова, Д.Ю. Власов, О.В. Франк-Каменецкая, У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий // Строительные материалы. - 2019. -№ 9. - С. 83-103.

8. Гончарова, М.А. Особенности применения процесса биоминерализации для улучшения структурно-прочностных свойств бетона / М.А. Гончарова, Е.С.

Дергунова // Строительные материалы. - 2023. - № 1-2. - С. 25-33.

9. Seifan, M. Microbially induced calcium carbonate precipitation: a widespread phenomenon in the biological world / M. Seifan, A. Berenjian // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2019. - V. 103 (12). - Рр. 4693-4708.

10.Zelenskaya, M.S. The formation of calcium oxalate hydrates by the interaction between microorganisms and apatite on the base of field and laboratory research / M.S. Zelenskaya, A.V. Rusakov, O.V. Frank-Kamenetskaya, D.Yu. Vlasov, D.E. Himelbrant, A.R. Izatulina // VI International Symposium «Biogenic - abiogenic interactions in natural and anthropogenic systems» devoted to the 150th anniversaryof the Saint -Petersburg Naturalists Society, 2018. - Р. 117-118.

11.Le Metayer-Levrel, G. Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony / G. Le Metayer-Levrel, S. Castanier, G. Orial, J.-F. Loubiere, J.-P. Perthuisot // Sedimentary Geology. - 1999. - V. 26. - Pp. 25-34.

12. Anbu, P. Formations of calcium carbonate minerals by bacteria and its multiple applications / P. Anbu, C.-H. Kang, Y.-J. Shin, J.-S. So // Springer Plus. - 2016. -V. 5 (250). - Рр. 5-26.

13.Sidiq, А. Is concrete healing really efficient? A review / А. Sidiq, R. Gravina, F. Giustozzi // Construction and Building Materials. - 2019. - V. 205. - P. 257-273.

14.De Muynck, W. Microbial carbonate precipitation in construction materials: a review / W. De Muynck, N. De Belie, W. Verstraete // Ecological Engineering. - 2010.

- V. 36. - P. 118-136.

15.Гончарова, М.А. Разработка и применение биодобавок на основе бактерий с уреазной активностью в цементных системах / М.А. Гончарова, Е.С. Дергунова // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2021. - № 10 (754).

- С. 117-124.

16.Гончарова, М.А. Особенности использования уреазных биодобавок в цементных системах / М.А. Гончарова, Т.К. Акчурин, Е.С. Дергунова // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. - 2022. - № 3 (88). - С. 64-69.

17..Гончарова, М.А. Особенности применения процесса биоминерализации для улучшения структурно-прочностных свойств бетона / М.А. Гончарова, Е.С. Дергунова // Строительные материалы. - 2023. - № 1-2. - С. 25-33.

18.Dhami, N.K. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications / N.K. Dhami, M.S. Reddy, A. Mukherjee // Frontiers in Microbiology. -2013. - V. 4. - Р. 314.

19.Dhami, N.K. Application of calcifying bacteria for remediation of stones and cultural heritage / N.K. Dhami, M.S. Reddy, A. Mukherjee // Frontiers in Microbiology. - 2014. - V. 5. - Р. 304.

20.Hammes, F. Key roles of pH and calcium metabolism in microbial carbonate precipitation / F. Hammes, W. Verstraete // Reviews in Environmental Science and Biotechnology. - 2002. - V. 1. - Pp. 3-7.

21. Strokova, V.V. Effect of agents of initiation of carbonate biomineralization on cement properties / V.V. Strokova, V.V. Nelyubova, U.N. Duhanina, D. А. Balitsky, O.I. Drozdov // Materials Science Forum. - 2021. - V. 1040. - Pp. 159-164.

22.Ivanov, V. Basics of construction microbial biotechnology / V. Ivanov, J. Chu, V. Stabnikov // Biotechnologies and Biomimetics for Civil Engineering. - 2015. - Pp. 21-56.

23.Строкова, В.В. Особенности метаболизма бактерий, как компонента самовосстанавливающихся материалов/ В.В. Строкова, М.И. Виценко, У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий // Наукоемкие технологии и инновации : эл. сб. докладов Междунар. науч.-практ. конф., Белгород: Изд-во БГТУ, 2019. - Ч. 4. - С. 369-371.

24. Talaiekhozani, A. A review of self-healing concrete research development / A. Talaiekhozani, A Keyvanfar., A. Shafaghat, R. Andalib, M. Majid, M. Fulazzaky, M. Rosli, C. Lee, M.W. Hussin, N. Hamzah, F. Marwar, H. Haidar // Journal of Environmental Treatment Techniques. - 2014. - Pp. 1-11.

25. Ganiyu, A. Properties of biological self-healing concretes; a short review / A. Ganiyu, A. Babr, W. Ajagbe, M., Nasiru A. Keyvanfar, M.Z. Majid // Conference: 1st International Conference on Cement and Concrete Technology, 2017. - P. 376-385.

26.Nasiru, M. Testst and metods of evaluating self-healing efficienty of concerte: a review / M. Nasiru, A. Keyvanfar, M.Z. Majid, S. Ghoshal, S.E.Y. Mohammadyan, A.

Ganiyu, M.S. Kouchaksaei, M. Mahdi Taheri, H. Kamyab, M. R. Shirdar, R. Mccaffer // Construction and Building Materials. - 2016. - Pp. 1123-1132.

27.Morsali, S. The application of bacteria as a main factor in self-healing concrete technology / S. Morsali, Y. Gamze, Z. H. Zar gari, A. Tahni // Journal of Building Pathology and Rehabilitation. - 2019. -V. 4(1). - P. 7.

28. Rathnayaka, I. Review on self-healing concrete with Bacillus subtilis / I. Rathnayaka / I. Rathnayaka // Annual International Research Symposium (AIRS). -2019.

- Pp. 1-5.

29. Духанина, У.Н. Особенности применения карбонатной биоминерализации в сохранении материалов зданий и сооружений/ У.Н. Духанина, В.В. Строкова, Д.А. Балицкий // Инженерные задачи: проблемы и пути решения : сб. материалов Всероссийской (национальной) науч.-практ. конф. Высшей инженерной школы САФУ, 20 ноября 2019 г. - Архангельск: САФУ, 2019. - С. 18-20.

30.De Muynck, W. Influence of urea and calcium dosage on the effectiveness of bacterially induced carbonate precipitation on limestone / W. De Muynck, K. Verbeken, N. De Belie, W. Verstraete // Ecological Engineering. - 2010. - V. 36 - Pp. 99-111.

31.De Muynck, W. Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment for concrete / W. De Muynck, K. Cox, N. De Belie, W. Verstraete // Construction and Building Materials. - 2008. - V. 22. - Pp. 875-885.

32. Dhami, N.K. Bacillus megaterium mediated mineralization of calcium carbonate as biogenic surface treatment of green building materials / N.K Dhami., M.S. Reddy, A. Mukherjee // World Journal of Microbiology and Biotechnology (Formerly MIRCEN Journal of Applied Microbiology and Biotechnology). - 2013. -V. 29. - Pp. 2397-240.

33. Wang, J.Y. Application of hydrogel encapsulated carbonate precipitating bacteria for approaching a realistic self-healing in concrete / J.Y. Wang, D. Snoeck, S. Van Vlierberghe, W. Verstraete, N. De Belie // Construction and Building Materials. - 2014.

- V. 68. - Pp. 110-119.

34.Wang, J.Y. Self-healing concrete by use of microencapsulated bacterial spores / J.Y. Wang, H. Soens, W. Verstraete, N. De Belie // Cement and Concrete Research. -2014. - V. 56. - Pp. 139-152.

35. Wang, J. Application of modified-alginate encapsulated carbonate producing bacteria in concrete: a promising strategy for crack self-healing / J. Wang, A. Mignon, D. Snoeck, V. Wiktor, N Boon., N. De Belie // Frontiers in Microbiology. - 2015. - V. б. -P. 1088.

36.Ерофеев, В.Т. Исследование изменений прочностных характеристик цементных композитов в зависимости от концентрации в них бактерий и возраста образцов / В.Т. Ерофеев, С.Д.С. Aль Дулайми // Приволжский научный журнал. -2018. - № 3 (47). - С. 70-77.

37. Сивков, С.П. Биодобавки для сухих строительных смесей / С.П. Сивков, Т.В. Логинова, A.K. Мымрина // Сухие строительные смеси. - 2017. - № 5. - С. 1518.

38.Логинова, Т.В. Влияние биоминерализации на прочность гипсового вяжущего / Т.В. Логинова, С.П. Сивков // Проблемы науки. - 2017. - № 1 (14). - С. 5-7.

39.Логинова, Т.В. Влияние биоминерализации на свойства цемента / Т.В. Логинова, С.П. Сивков // Национальная Aссоциaция Ученых. - 201б. - № 5 (21). - С. 146-149.

40.Логинова, Т.В. Исследование свойств бактериальных цементов / Т.В. Логинова, С.П. Сивков // Успехи в химии и химической технологии. -2017. - Т. - 31. -№ 1 (182). - С. 15-16.

41..Мымрина, А.К. Применение биоминерализации для поверхностного упрочнения бетонов / A.K. Мымрина, С.П. Сивков // Успехи в химии и химической технологии. - 201б. - Т. 30. - № 7 (176). - С. 72-73.

42. Александрова, А.К. Синтез карбонатных блоков с использованием биоцементов / A.K. Aлексaндровa, С.П. Сивков // Успехи в химии и химической технологии. - 2018. - Т. 32. - № 2 (198). - С. 16-18.

43.Логинов, Т.В. Улучшение свойств затвердевшего гипсового камня методами биотехнологии / Т.В. Логинова, A.K. Мымрина, НА. Сергеева, A.O. ^рамаш, С.П. Сивков, Н.Б. Градова // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - Т. 29. - № 7 (166). - С. 53-55.

44. Andalib, R. Geo-polymer bacterial concrete using microorganism / R. Andalib,

M. Zaimi, M.Z.A Majid., M.W Hussin., A. Keyvanfar, Talaiekhozani A., H. Haidar // Journal of Environmental Treatment Techniques. - 2015. - V. 3. - Pp. 212-214.

45.Priyom, S.N. An experimental investigation on the performance of bacterial concrete / S.N. Priyom, Md. Moinul Islam, Md. Saiful Islam // Conference: 4th International Conference on Advances in Civil Engineering, 2018 (ICACE 2018).

46. Gandhimathi, A. Bacterial concrete: Development of concrete to increase the compressive and split-tensile strength using Bacillus sphaericus / A. Gandhimathi., D. Suji, B. Elayarajah // International Journal of Applied Engineering Research. - 2015. - V. 10. - Pp. 7125-7132.

47. Oriola, F. Evaluation of the effect of Bacillus Pumilus precipitate on the strength and durability of concrete / F. Oriola, J.E. Sani, A.M. Adah // Civil and Environmental Research. - 2018. - V. 10. - Pp. 1-10.

48.Achal, V. Biogenic treatment improves the durability and remediates the cracks of concrete structures / V. Achal, A. Mukerjee, M.S. Reddy // Construction and Building Materials. - 2013. - V. 48. - Pp. 1-5.

49. Nguyen, H.T. Bacterial self-healing of concrete and durability assessment / H.T. Nguyen, E. Ghorbel, H. Fares., A. Cousture // Cement and Concrete Composites. - 2019.

- V. 104. - P. 103340.

50. Achal, V. Improved strength and durability of fly ash-amended concrete by microbial calcite precipitation / V. Achal, X. Pan, N.O. Zihnioglu // Ecological Engineerin.

- 2011. - V. 37. - Pp. 554-559.

51.Al-Salloum, Y. Effect of some biotic factors on microbially-induced calcite precipitation in cement mortar / Y. Al-Salloum, H. Abbas, I.Q. Sheikh., S. Hadi, S. Alsayed, T. Almusallam // Saudi Journal of Biological Sciences. - 2017. - V. 24. - Is. 2. - Pp. 286-294.

52.Joshi, S. Protection of concrete structures under sulfate environments by using calcifying bacteria / S. Joshi, S. Goyal, A. Mukherjee, A. Reddy // Construction and Building Materials. - 2019. - V. 209. - Pp. 156-166.

53.Andalib, R. Optimum concentration of Bacillus megaterium for strengthening structural concrete / R. Andalib, M.Z.A. Majid, M.W. Hussin, P. Mohanadoss, A. Key-

vanfar, J. Mirza, H.-S. Lee // Construction and Building Materials. - 2016. - V. 118. -Pp. 180-193.

54. Oriola, F. Influence of Bacillus coagulans on the compressive strength and durability of concrete / F. Oriola, F.P. Olusoga, J.E. Sani, U. Wilson, O.Z. Orina // Civil and Environmental Research. - 2018. - V. 10. - Pp. 7-16.

55.Yoosathaporn, S. A cost effective cultivation medium for biocalcification of Bacillus pasteurii KCTC 3558 and its effect on cement cubes properties / S. Yoosathaporn, P. Tiangburanatham, S. Bovonsombut, A. Chaipanich, W. Pathom-Aree // Microbiological Research. - 2016. - V. 186-187. - Pp. 132-138.

56.Abudoleh, S.M. Bioconcrete development using calcite-precipitating bacteria isolated from different sources in Jordan / S.M. Abudoleh, A.A. Mahayreh, A.A. Frejat, F.A. Hulaisy, S.O. Hamdan // International Conference on Building Materials and Materials Engineering (ICBMM 2018). - 2019. - V. 278.

57.Achal, V. Microbial Concrete: way to enhance the durability of building structures / V. Achal, A. Mukherjee, M.S. Reddy // Journal of Materials in Civil Engineering. - 2010. - V. 23. - Pp. 730-734.

58.Nain, N. Enhancement in strength parameters of concrete by application of Bacillus bacteria / N. Nain, R. Surabhi, N.V. Yathish, V. Krishnamurthy, T. Deepa, S. Tharannum // Construction and Building Materials. - 2019. - V. 202. - Pp. 904-908.

59.Alshalif, A.F. Improvement of mechanical properties of bio-concrete using En-terococcus faecalis and Bacillus cereus / A.F. Alshalif, J.M. Irwan, N. Othman, A. Al-Gheethi, F.S. Khalid // Environmental Engineering Research. - 2019. - V. 24. - Pp. 630-637.

60. Sreenivasulu, B. Subsurface endospore-forming bacteria possess bio-sealant properties / B. Sreenivasulu, L.K Lingamgunta., J. Kannali, S. Gajula K., R. Bandikari, S. Dasari, V. Dalavai, P. Chinthala, P.B. Gundala, P. Kutagolla, V.K. Balaji // Scientific Reports. - 2018. - V. 8. - P. 6448.

61. Chaurasia, L. A novel approach of biomineralization for improving microand macro-properties of concrete / L. Chaurasia, V. Bisht, L.P. Singh // Construction and Building Materials. - 2018. - V. 195. - Pp. 340-351.

62.Shaheen, N. Influence of bio-immobilized lime stone powder on self-healing behaviour of cementitious composites / N. Shaheen, R.A. Khushnood, S. Ud Din, A. Khalid // IOP Conference Series: Materials Scienceand Engineering. - 2018. - V. 431 (1). - P. 062002.

63. Balam, H.N. Effects of bacterial remediation on compressive strength, water absorption, and chloride permeability of lightweight aggregate concrete / H.N. Balam, D. Mostofinejad, M. Eftekhar // Construction and Building Materials. - 2017. - V. 145. - Pp. 107-116.

64. Yoon, H.-S. Evaluation of sulfuric acid resistance of biomimetic coating mortars for concrete surface protection / H.-S. Yoon, K.-H. Yang, S.-S. Lee // Journal of the Korea Concrete Institute. - 2019. - V. 31. - Pp. 61-68.

65.Seifan, M. Microbial calcium carbonate precipitation with high affinity to fill the concrete pore space: nanobiotechnological approach / M. Seifan., A. Ebrahiminezhad, G. Younes, A. Berenjian // Bioprocess and Biosystems Engineering. -2018. - V. 42. - Pp. 37-46.

66.Alazhari, M. Application of expanded perlite encapsulated bacteria and growth media for self-healing concrete / M. Alazhari, T. Sharma, A. Heath, R. Cooper., K. Paine // Construction and Building Materials. - 2018. - V. 160. - Pp. 610-619.

67.Le Metayer-Levrel, G. Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony / G. Le Metayer-Levrel, S. Castanier, G. Orial., J.-F. Loubiere, J.-P. Perthuisot // Sedimentary Geology. - 1999. - V. 126. - Pp. 25-34.

68.Rodriguez-Navarro, C. Influence of substrate mineralogy on bacterial mineralization of calcium carbonate: implications for stone conservation / C. Rodriguez-Navarro Fadwa, M. Schiro, E. Ruiz-Agudo, M.T. Gonzalez-Munoz // Applied and Environmental Microbiology. - 2012. - V. 78. - Pp. 4017-4029.

69.Rodriguez-Navarro, C. Conservation of ornamental stone by Myxococcus xan-thus - induced carbonate biomineralization / C. Rodriguez-Navarro, M. Rodriguez-Gallego, K.B. Chekroun, M.T. Gonzalez-Munoz // Applied and Environmental Microbiology. - 2003. - V. 69. - Pp. 2182-2193.

70. Talaiekhozani, A. Application of Proteus mirabilis and Proteus vulgaris mixture to design self-healing concrete / A. Talaiekhozani, A. Keyvanfar, Andalib R., M. Samadi, A. Shafaghat, H. Kamyab, M.Z.A. Majid, Mohamad zin R., M.A. Fulazzaky, C.T. Lee, M.W. Hussin // Desalination and water treatment. - 2013. - V. 52. - Pр. 3623-3630.

71..Minto, J. Microbial mortar - restoration of degraded marble structures with mi-crobially induced carbonate precipitation / J. Minto, Q. Tan, R. Lunn, El G. Mountassir, H. Guo, X. Cheng // Construction and Building Materials. - 2018. - V. 180. - Гр. 44-54.

72.Bang, S.S. Calcite precipitation induced by polyurethane-immobilized Bacillus pasteurii / S.S. Bang, J.K. Galinat, V. Ramakrishnan // Enzyme and Microbial Technology. - 2001. - V. 28. - Is. 4-5. - Pp. 404-409.

73.Stabnikov, V. Erratum to: Halotolerant, alkaliphilic urease-producing bacteria from different climate zones and their application for biocementation of sand / V. Stab-nikov, J. Chu, V. Ivanov, Y. Li // World journal of microbiology and biotechnology. -2013. - V. 30 (4). - P. 1433.

74.Kim, D. Effects of ground conditions on microbial cementation in soils / D. Kim, K. Park, D. Kim // Materials. - V. 7. - Бр. 143-156.

75. Terzis, D. 3-D micro-architecture and mechanical response of soil cemented via microbial-induced calcite precipitation / D. Terzis, L. Laloui // Scientific reports. -2018. - V. 8 (1). - P. 1416.

76.Liu, L. Biocementation of calcareous sand using soluble calcium derived from calcareous sand / L. Liu, H. Liu, Y. Xiao, J. Chu, H. Xiao, Y. Wang // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. - 2018. - V. 77 (4). - Тр. 1-11.

77.Sharaky, A. Application of microbial biocementation to improve the physico-mechanical properties of sandy soil / A. Sharaky, N. Mohamed, M.E. Elmashad, M.N. Shredah // Construction and Building Materials. - 2018. - V. 190. - ?р. 861-869.

78..Kim, G. Microbially induced calcite precipitation employing environmental isolates / G. Kim, H. Youn // Materials. - V. 9. - P. 468.

79..Корнеев, А.Д. Структурные факторы и их классификация / А. Д. Корнеев // Тезисы докладов семинара «Pешение проблемы охраны окружающей среды путем использования отходов промышленности в композиционных материалах». - Пенза,

1983. - С.16.

80. Чернышова, Е.М. Управление процессами технологии, структурой и свойствами бетонов: коллективная монография кафедры / под ред. Е.М. Чернышова, Е.И. Шмитько. - Воронежский гос. арх.-строит. ун-т. - Воронеж, 2002. - 344 с.

81. Чернышов, Е.М. Неоднородность строения как фундаментальная мате-риаловедческая характеристика строительных композитов / Е.М. Чернышов, Е.И. Дьяченко, А.И. Макеев // Вестник отделения строительных наук PAAGH: Вып. 2. - М., 1999. - С. 390-402.

82.Строкова, В.В. Полиморфизм и морфология карбонатов кальция в технологиях строительных материалов, использующих бактериальную биоминерализацию / В.В. Строкова, У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий, О.И. Дроздов, В.В. Нелю-бова, О.В. Франк-Каменецкая, Д.Ю. Власов // Строительные материалы. - 2022. -№ 1-2. - С. 82-122.

83. Rong, H. Influence of bacterial concentration on crack self-healing of cement-based materials / H. Rong, G. Wei, G. Ma, Y. Zhang, X. Zheng, L. Zhang, R. Xu // Construction and Building Materials. - 2020. - V. 244 (1). - P. 118372.

84. Gupta, S. Healing cement mortar by immobilization of bacteria in biochar: An integrated approach of self-healing and carbon sequestration / S. Gupta, H. Kua, S. Pang // Cement and Concrete Composites. - 2018 - V. 86. - Pp. 238-254.

85. Xu, J. Coupled effects of carbonation and bio-deposition in concrete surface treatment / J. Xu, X. Wang, W. Yao // Cement and Concrete Composites. - 2019. - V. 104. - P. 103358.

86. Wiktor, V. Quantification of crack-healing in novel bacteria-based self-healing concrete / V. Wiktor, H. Jonkers // Cement and Concrete Composites. - 2011. - V. 33. -Pp. 763-770.

87. Jiang, L. Sugar-coated expanded perlite as a bacterial carrier for crack-healing concrete applications / L. Jiang, G. Jia, C. Jiang, Z. Li // Construction and Building Materials. - 2020. - V. 232. - Article number 117222.

88.Xu, J. Biochemical process of ureolysis-based microbial CaCO3 precipitation and its application in self-healing concrete / J. Xu, X. Wang, B. Wang // Applied Mi-

crobiology and Biotechnology. - 2018. - V. 102. - Pp. 3121-3132.

89.Mondala, S. Deinococcus radiodurans: A novel bacterium for crack remediation of concrete with special applicability to low-temperature conditions / S. Mondala, P Dasb., P. Dattab, A. Ghosha // Cement and Concrete Composites. - 2020. - V. 108. - Article number 103523.

90.Zhu, T. Assessment of cyanobacterial species for carbonate precipitation on mortar surface under different conditions / T. Zhu, Y. Lin, X. Lu, M. Dittrich // Ecological Engineering. - 2018. - V. 120. - Pp. 154-163.

91.Zhangab, J. Aragonite formation induced by open cultures of microbial consortia to heal cracks in concrete: Insights into healing mechanisms and crystal poly-morphs / J. Zhangab, C. Zhao, A. Zhou, C. Yang, L. Zhao, Z. Li // Construction and Building Materials. - 2019. - V. 224. - Pp. 815-822.

92. Tziviloglou, E. Bacteria-based self-healing concrete to increase liquid tightness of cracks / E. Tziviloglou, V. Wiktor, H. Jonkers, E. Schlangen // Construction and Building Materials. - 2016. - V. 122. - Pp. 118-125.

93.Basaran, Z. Impact of air entraining admixtures on biogenic calcium carbonate precipitation and bacterial viability / Z. Basaran, A Amiri., Y. Ersan, N. Boon, N. De Belie // Cement and Concrete Research. - 2017. - V. 98. - Pp. 44-49.

94. Nguyen, T. Bacterial self-healing of concrete and durability assessment / T. Nguyen, E. Ghorbel, H. Fares, A. Cousture // Cement and Concrete Composites. -2019. - V. 104. - P. 103340.

95. Lva, J. Vaterite induced by Lysinibacillus sp. GW-2 strain and its stability / J. Lva, F. Ma, F. Lia, C. Zhanga, J. Chenb // Journal of Structural Biology. - 2017. - V. 200. - Pp. 97-105.

96. Jongvivatsakul, Р. Investigation of the crack healing performance in mortar using microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) method / P. Jongvivatsakul, K. Janprasit, P. Nuaklong, W. Pungrasmi, S. Likitlersuang // Construction and Building Materials. - 2019. - V. 212. - Pp. 737-744.

97.Духанина, У.Н. Влияние бактериальных микроорганизмов на развитие биокоррозии бетона / У.Н. Духанина // Вестник науки. - 2023. - №6 (63). - Т. 5. -С. 472-476.

98.Ерофеев, В.Т. Биокоррозия цементных бетонов, особенности ее развития, оценки и прогнозирования / В.Т. Ерофеев, А.П. Федорцов, А.Д. Богатов, В.А. Фе-дорцов // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 12. - С. 708-716.

99. Wei, S. Microbiologically induced deterioration of concrete - a review / S. Wei, Z. Jiang, H. Liu, D. Zhou, M. Sanchez-Silva // Brazilian journal of microbiology: publication of the Brazilian Society for Microbiology. - 2013. - V. 44 (4). - Pp. 1001-1007.

100. Духанина, У.Н. Состав пропиточного раствора для бактериальной биоминерализации и особенности его взаимодействия с компонентами цементной системы / У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий, В.В. Строкова, А.Ю. Есина, А.А. Кузнецова // Строительство и техногенная безопасность. - 2023. - № 28. - С. 37-44.

101. ГОСТ 31384-2017 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. - Введ. 01.03.2018. - М.: Стандартинформ, 2018. - 49 с.

102. Логанина, В.И. Оценка супергидрофобных свойств покрытий на основе акриловой смолы / В.И. Логанина, К.А. Сергеева // Pегиональная архитектура и строительство. - 2020. - № 1 (42). - С. 98-103.

103. Кожухова, М.И. Комплексное силоксановое покрытие для супергидро-фобизации бетонных поверхностей / М.И. Кожухова, И. Флорес-вивиан, С. Pао, В.В. Строкова, К.Г. Соболев // Строительные материалы. -2014. - № 3. - С. 26-30.

104. ТУ 6-09-4711-81 Pеактивы. Кальций хлористый (обезвоженный), чистый. Технические условия.

105. ГОСТ 6691-77 Pеактивы. Карбамид. Технические условия. - Введ. 01.07.1978. - М.: Стандартинформ. - 2009. - 9 с.

106. ТУ 9385-060-39484474-2009 Пептон для бактериологических питательных сред сухой.

107. ГОСТ 6038-79 Pеактивы. D-глюкоза. Технические условия. - Введ. 01.07.1980. - М.: ИПК Издательство стандартов. - 2003. - 6 с.

108. Ищенко, А.В. Pазpаботка и коллоидно-химические свойства гидрофо-бизирующих эмульсий полисилоксана: дис. ... канд. техн. наук: 02.00.11 / Ищенко Алина Валентиновна. - Белгород, 2019. - 198 с.

109. ГОСТ 10834-76 Жидкость гидрофобизирующая 136-41. Технические

условия. - Введ. 01.01.1977. - М.: Издательство стандартов. - 1993. - 14 с.

110. Ушаков, С.Н. Поливиниловый спирт и его производные: монография. / С.Н. Ушаков. - Москва; Ленинград, Академия наук СССР, 1960. - 553 с.

111. ГОСТ 10779-78 Спирт поливиниловый. Технические условия. - Введ. 01.011980. - М.: ИПК Издательство стандартов. - 1995. - 20 с.

112. ТУ 5729-097-12615988-2013 Метакаолин МКЖЛ. Технические условия.

113. ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. Технические условия. - Введ. 01.04.2015. - М.: Стандартинформ. - 2019. - 8 с.

114. ГОСТ 31108-2020 Цементы общестроительные. Технические условия. -Введ. 01.03.2021. - М.: Стандартинформ. - 2020. - 16 с.

115. ГОСТ 26670-91 Продукты пищевые. Методы культивирования микроорганизмов. - Введ. 01.01.1993. - М.: Стандартинформ. - 2008. - 7 с.

116. Нетрусов, А.И. Практикум по микробиологии: учеб. пособ. / под ред. А.И. Нетрусова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 608 с.

117. МР 4.2.0220-20 Методы санитарно-бактериологического исследования микробной обсемененности объектов внешней среды. Москва. - 2020. - 15 с.

118. Хархардин, А.Н. Структурно-топологические основы разработки эффективных композиционных материалов и изделий: дис. ... док. техн. наук: 05.23.05 / Хархардин Анатолий Николаевич. - Белгород, 1999. - 504 с.

119. ГОСТ 12730.3-2020 Бетоны. Методы определения водопоглощения. -Введ. 01.09.2021. - М.: Стандартинформ. - 2021. - 3 с.

120. ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия. - Введ. 01.10.2012. - М.: Стандартинформ. - 2019. - 12 с.

121. ГОСТ 12730.1-2020 Бетоны. Методы определения плотности. - Введ. 01.09.2021. - М.: Стандартинформ. - 2021. - 8 с.

122. Строганов, В.Ф. Методика испытания строительных материалов на биостойкость / В.Ф. Строганов В.Ф., Д.А. Куколева // Строительные материалы и изделия. - 2011. - № 3 (17). - 150-156.

123. ГОСТ 32016-2012 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Общие требования. - Введ. 01.01.2014. - М.: Стандартинформ.

- 2014. - 21 с.

124. ГОСТ 32017-2012 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к системам защиты бетона при ремонте. - Введ. 01.09.2014. - М.: Стандартинформ. - 2014. - 20 с.

125.Ахвердов, И.Н. Основы физики бетона / И.Н. Ахвердов. - М.: Стройиз-дат, 1981. - 463 с.

126. Ушеров-Маршак, А.В. Бетоноведение: Лексикон / А.В. Ушеров-Маршак. - М.: PИФ Стройматериалы, 2009. - 112 с.

127. Szilvssy, Z. Soils engineering for design of ponds, canals and dams in aquaculture / Z. Szilvssy // Inland Aquaculture Engineering. FAO. Rome. - 1984, Pp. 79-101.

128. Ахвердов, И.Н. Высокопрочный бетон / И.Н. Ахвердов. - М.: Госстрой-издат, 1961. - 163 с.

129. Федосов, С.В. Кольматация: явление, теория, перспективы применения для управления процессами коррозии бетонов / С.В. Федосов, В.Е. Pумянцева, В.С. Коновалова, А.С. Евсяков // Строительные материалы. - 2017. - № 10. - С. 10-17.

130. Балицкий, Д.А. К вопросу о применении микроорганизмов в строительных материалах / Д.А. Балицкий, У.Н. Духанина, М.И. Виценко // Образование, наука, производство: сб. материалов X Междунар. молодежного форума, Белгород, 21-27 сентября 2018 г. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2018. - С. 443-447.

131. Дроздов, О.И. Влияние прекурсоров на морфологию новообразований при биоминерализации / О.И. Дроздов, У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий, А.А. Кузнецова, Е.Н. Губарева // Образование. Наука. Производство: сб. материалов XII Междунар. молодежного форума, 20 октября 2020 г. - Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2020. -С. 431-436.

132. Strokova, V.V. Influence of medium composition on biomineralization and morphology of newgrowths / V.V Strokova, U.N Duhanina, D.A Balitsky // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - V. 1582 (1). - P. 012083.

133. Строкова, В.В. Влияние состава и дисперсности заполнителя на его цементацию при карбонатной биоминерализации / В.В. Строкова, У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий, О.И. Дроздов, В.В. Нелюбова, О.В. Франк-Каменецкая, Д.Ю. Вла-

сов // Строительные материалы. - 2022. - № 7. - С. 63-70.

134. Клюев, С.В. Pасчет высокоплотной упаковки зерен мелкозернистого бетона / С.В. Клюев, А.Н. Хархардин // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. - 2011. - № 1. - С. 34-37.

135. Strokova, V. V. The study of the quartz sand bio consolidation processes as a result of carbonate mineralization by urolithic bacteria / V.V Strokova, U. Duhanina, D. Balitsky // Materials Science Forum. - 2020. - V. 1011. - Pр. 44-51.

136. Шатилова, С.А. Современные методы повышения плотности и гидроизоляционных свойств бетона // С.А. Шатилова, К.С. Никитина, В.И. Корсун // Новые идеи нового века: материалы международной научной конференции ФАД ТОГУ. - 2020. - Т. 3. - С. 515-522.

137. Loganina, V. Assessment of the mechanism of adhesive destruction coatings / V. Loganina // Defect and Diffusion Forum. - 2021. - Vol. 410. - P. 841-846.

138. Кожухова, М.И. Антиобледенительное покрытие для мелкозернистого бетона: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / Кожухова Марина Ивановна. - Белгород, 2014. - 191 с.

139. Абдурахманов, И.М. Изучение температурной устойчивости фагов Bacillus pumilus / И. М. Абдурахманов // В мире научных открытий: материалы V Всероссийской студенческой научной конференции (с международным участием), Ульяновск, 19-20 мая 2016 года. - Ульяновск: Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина, 2016. - С. 3-5.

140. Духанина, У.Н. Воздействие кислорода и ионов кальция на морфогенез бактерий рода Bacillus / У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий, В.В. Строкова // Наука и инновации в XXI веке: актуальные вопросы, открытия и достижения : сб. статей XIII Междунар. науч.-практ. конф., 20 мая 2019 г. - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение», 2019. - С. 48-50.

141. Zhu, Y.B. Bioflocculant producing capability by two strain of Bacillius sp. in diversified carbon sources / Y.B. Zhu, F. Ma, N.O. Ren, J.L. Huang, A.J. Wang // Huan Jing Ke Xue. - 2005. - V. 26. - № 5. - P. 152-155.

142. Логанина, В.И. Известковые составы для реставрации известнякового

камня / В.И. Логанина, С.Н. Кислицына // Pегиональная архитектура и строительство. - 2020. - № 2 (43). - С. 41-45.

143. Кожухова, М.И. Особенности гидрофобизации мелкозернистых поверхностей / М.И. Кожухова, В.В. Строкова, К.Г. Соболев // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2014.

- № 4. - С. 33-35.

144.Духанина, У.Н. Влияние микробной карбонатной минерализации на гидрофобность поверхности цементного камня / У.Н. Духанина, В.В. Строкова, Д.А. Балицкий // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2020. - № 7. - С. 19-25.

145. Купцов, Ю.В. Гидрофобизация индустриальных лакокрасочных покрытий силанами / Ю.В. Купцов, О.Э. Бабкин, Е.Д. Мыскина // Достижения вузовской науки. - 2012. - № 1. - С. 127-131.

146. Joshi, S. Microbial healing of cracks in concrete: a review / S. Joshi, S. Goy-al, A. Mukherjee, M.S. Reddy // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology.

- 2017. - V. 44. - Pp. 1511-1525.

147. Strokova, V. V. Crack closure in a cement matrix using bacterial precipitation of calcium carbonate / V.V. Strokova, U. Dukhanina, D. Balitsky // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2021. - V. 95. - Pp. 158-164.

148.Духанина, У.Н. Влияние иммобилизации бактерий на эффективность самовосстановления бетонов / У.Н. Духанина, А.А. Кузнецова, А.А. Литау // Инженерные задачи: проблемы и пути решения: Сборник материалов IV Всероссийской (национальной) научно-практической конференции Высшей инженерной школы САФУ, Архангельск, 16-18 ноября 2022 года. - Архангельск: САФУ, 2022. - С. 37-39.

149. Jiang, X. Efficient chemical hydrophobization of lactic acid bacteria - One-step formation of double emulsion / X. Jiang, E. Shekarforoush, M.K. Muhammed, A.C. Simonsen, N. Arneborg, J. Risbo // Food Research International. - 2021. - V. 147. - P. 110460.

150. Духанина, У.Н. Выделение и идентификация бактерий рода Bacillus из

почвенных грунтов / У.Н. Духанина, Д.А. Балицкий, Е.Н. Гончарова, В.В. Строкова // Высокие технологии и инновации в науке : сб. статей Междунар. научн. конф., Санкт-Петербург, 27 ноября 2018 г. - ЧНОУ ДПО ГНИИ, 2018. - С. 7-15.

151. Loganina, V. Quality control of building materials according to uncertainty of measurement and stability of the technological process of production / V. Loganina, Yu. Skachkov, V. Lesovik // Solid State Phenomena. - 2020. - Vol. 229. - P. 1161-1165.

152. Логанина, В.И. Оценка трещиностойкости защитно-декоративных покрытий в зависимости от пористости подложки / В.И. Логанина, М.В. Арискин, М.А. Светалкина // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2022. - № 9. - С. 8-16.

153. ГОСТ 9.407-2015 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида. - Введ. 01.03.2016. - М.: Стандартинформ. - 2015. - 40 с.

154. СП 28.13330.2017 Защита строительных конструкций от коррозии «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии» утв. приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Pоссийской Федерации от 27 февраля 2014 г. N 127/пр // Минстрой: [сайт]. - URL: https://minstroyrf.gov.ru/upload/iblock/95e/sp-28.pdf (дата обращения: 5.08.2022).

155. Логанина, В.И. Обеспечение качества составов для отделки стен и зданий / В.И. Логанина, М.В. Зайцева // Pегиональная архитектура и строительство. -2022. - № 3 (52). - С. 63-68.

156. Логанина, В.И. Применение статистических методов управления качеством отделки строительных изделий и конструкций / В.И. Логанина, О.В. Карпова // Pегиональная архитектура и строительство. - 2022. - № 4 (53). - С. 5-11.

157. Логанина, В.И. Исследование распространения трещины в лакокрасочном покрытии / В.И. Логанина, М.А. Светалкина, М.В. Арискин // Pегиональная архитектура и строительство. - 2023. - № 3 (56). - С. 61-68.

158. Loganina, V. Quality assurance for the appearance of paint coatings / V. Loganina, M. Zaytseva, G. Fokin // Key Engineering Materials. - 2022. - Vol. 910. - Pp. 598-603.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Наименование бактериального агента Концентрация бактериальной добавки Прекурсоры инициации кристаллизации Состав строительного материала Способ обработки Физико-механические свойства материалов Морфология био-индуцированных новообразований Ссылка на источник

1. Поверхностная обработка материалов

а) распыление раствора с бактериальным инокулятом и прекурсорами

Не указано - - Известняк Локальная обработка путем распыления 5-10 суток бактериальным ино-кулятом и питательной средой Уменьшение водопоглощения в 5 раз Сфероидальные кристаллы 67

Bacillus sp. CT5 - (NH2)2CO 2% + CaCl2 25 мМ Портландцемент + песок + гравий 10-20 мм (1:1,82:3,24) Локальная обработка путем распыления 28 суток бактериальным инокуля-том и прекурсорами Увеличение прочности на сжатие до 40 МПа (на 11%) и стойкости к воздействию сульфатной коррозии в течение 365 суток Игольчатые кристаллы гипса и эттрингита 52

M. xanthus 1х107 кл/см2 1% Bacto Casitone + 1% Ca(CH3COO)24H2O + 0,2% K2CO30,5H2O Калькарит Локальная обработка путем распыления раствора 2 раза в день в течение 6 суток Глубина консолидации 3 см - 68

б) нанесение раствора с бактериальным инокулятом и прекурсорами сплошным покрытием

Bacillus sphaericus 0,3 и 0,6 л суточной культуры (]Ж2)2ТО 10 г/л + питательный бульон 10 г/л + СаС12 36 г/л или Са(СНзСОО)2 51,25 г/л 300 кг цемента + 670 кг песка + 1280 кг гравия + 150 кг воды Обработка поверхности бактериальным инокуля-том с прекурсорами с помощью кисти Снижение водопоглощения, снижение газопроницаемости Кристаллы ромбоэдрической формы, гранулированные зерна 31

2. Погружение изделия в раствор бактериального инокулята и прекурсоров

а) частичное погружение изделия

Bacillus sphaericus 1% инокулята Раствор 1: дрожжевой экстракт 20 г/л + (Я^ЪСО 20 г/л. Раствор 2: (М^ЬСО 20 г/л + СаСЬ-2 Н2О. Известняк Погружение в кристаллизационный раствор на 7 суток Уменьшение водопоглощения Кристаллы ромбоэдрической формы 30

б) полное погружение изделия

Bacillus sphaericus 1% инокулята Раствор 1: дрожжевой экстракт 20 г/л + (Я^ЪСО 20 г/л. Раствор 2: (М^ЬСО 20 г/л + СаСЬ-2 Н2О. Известняк Погружение в раствор с инокулятом и прекурсорами Уменьшение водопоглощения, снижение пористости Кристаллы ромбоэдрической формы 30

Bacillus sphaericus 0,3 и 0,6 л суточной культуры (]Ж2)2ТО 10 г/л + питательный бульон 10 г/л + СаС12 36 г/л или Са(СНзСОО)2 51,25 г/л 300 кг цемента + 670 кг песка + 1280 кг гравия + 150 кг воды Погружение в раствор с инокулятом и прекурсорами Снижение водопоглощения, снижение газопроницаемости Кристаллы ромбоэдрической формы, гранулированные зерна 31

43 а с т в

о р

а

м

Я ,

б с о

т д р р

и ^ ьи

CT ц

НН

Ы м

Я С *

г р е к

т У т р

с

л о

я р а

с к

са

О

ц

и а

ц

и

я а

г е

н т

о

в П) р

р

б о

н

ат н

о й

Я н

Я

з а

ц

и и

о

ка

ь

н

а

я

о

б

р

а

б

о

т к

а

г

о

т

о

в

ы

я

и

л

и

э к

с

п

л

У

а

т

и

р

У

е

м

ы

я

б

е

т

о

н

н ы

П

X р

и и

з л

д о

е

л Я е н

и »

S

е

А

4

Bacillus sphaericus - (ЯН^СО / 0302, (NH2)2CO + СаС12 Гипс строительный Погружение образцов в раствор инокулята Через 24 часа обработки растворами максимально улучшились характеристики при сочетании (МН2)2С0 и СаС12 с инокулятом: повысились прочность на изгиб - на 17%, прочность при сжатии - на 10%, коэффициент водостойкости на 82 %; снизилась пористость на 56% Мелкодисперсные кристаллы кальцита 43

Bacillus sp. CT5 - (NH2)2CO 2% + СаС12 25 мМ Портландцемент + песок + гравий 10-20 мм (1:1,82:3,24) Погружение образцов на 28 суток в бактериальный раствор с прекурсорами Увеличение прочности на сжатие до 42 МПа (на 40%) и стойкости воздействию сульфатной коррозии в течение 365 суток Игольчатые кристаллы гипса и эттрингита 52

Bacillus pumilus 1,5x108 кл/мл 12x108 кл/мл 24x108 кл/мл ТО(МН2)2 20 г/л + СаС12 2,8 г/л + питательный бульон 3 г/л + Ж,а 10 г/л + МаНСОз 2,12 г/л. Портландцемент 42,5 класса + крупный заполнитель фракцией 20 мм Погружение в раствор с инокулятом и прекурсорами Прочность на сжатие увеличивается на 6,3% при 1,5* 108 кл/мл - 47

M. xanthus 0,1 x109 кл/мл (для известняка) 2x 109 кл/мл (для калькаре-нита) Среда М-3: 1% ВаСо Са8Йопе + 1% Са(СИзСОО)2^ 4Н20+ 0,2% К2003 0,5И20 Известняк, калькаренит (известняковый песчаник) Погружение в раствор с инокулятом и прекурсорами на 24 часа Незначительное увеличение веса образцов, снижение пористости на 6% Игольчатые кристаллы ватерита, ромбоэдры кальцита 69

Bacillus subtilis, Bacillus sphaer-icus 2-5x107 кл/мл Питательный раствор: пептон 3 г/л + (N^^0 20 г/л + СаС12 5 г/л Портландцемент Погружение в питательный раствор на 7 суток Прочность увеличивается на 12-18%; капиллярная пористость снижается на 20-24%; коэффициент капиллярного водопоглощения уменьшается на 45-57% - 37

Образцы с сформированными трещинами помещаются на 7, 14, 28, 35 суток в питательный раствор Визуализируется заполнение трещин микрокристаллами. Значение показателя прочности образцов не восстанавливается

Bacillus subtilis, Bacillus sphaer-icus - Питательная среда + (N^^00 + Са(ОН)2 Бетонная смесь Погружение в раствор с инокулятом и прекурсорами на 28 суток. При использовании B. subtШs снижение: прочности на изгиб - на 33%; открытой пористости - на 25%, коэффициента капиллярного водопоглоще- - 41

-J 5

ния - на 41%. Увеличение прочности на сжатие - на 11,7%

питательная среда + (Я^ЪСО + СаС12 При использовании B. sphaer-icus снижение: прочности на изгиб - на 28%; открытой пористости - на 25%, коэффициента капиллярного водопо- глощения - на 41%. Увеличение прочности на сжатие - на 12%

Proteus mirabilis Proteus vulgaris - (N^200 20 г/л + СаСОз 2,12 г/л + МИ4а 25 г/л + питательный бульон 3 г/л Бетонные образцы Погружение в питательный раствор на 28 суток Заполнение трещин - 70

3. Селективное цементирование

а) инъекционное введение

Sporosarcina pasteurii 60 мл на 400 мл раствора (NH2)2CO 0,4 М + СаС12 0,4 М Мраморная крошка 0,5-1,4 мм 1904,3 г Инъекции со скоростью потока 14 мл/мин Цементация визуализировалась на 30 мм от основания. Уменьшение пористости. - 71

б) внедрение в трещины пленок форполимера с инкорпорированными в него бактериями

Sporosarcina pasteurii 5x107 кл/мл 5x108 кл/мл 5x109 кл/мл (NH2)2CO + CaCl2 Бетонная смесь Особенности технологии: введение полимерной ленты с бактериальными культурами в смоделированные трещины бетонных образцов с последующим помещением в раствор (N^200 и СаСЬ При любой концентрации клеток через 28 суток регистрируется незначительное увеличение прочности на сжатие - 72

<1

6

Нанменованне бактернального агента Концентрац^ бактершльной добавга Прекурсоры инициации кристаллизации Вид заполнителя Способ обработга Влияние биоцементации на свойства материалов Морфология биоин-дуцированных новообразований Ссылка на те-точнт

Bacillus sphaericus 1% от массы Са(ОН)2 3 или 5 % от массы + (]Ж2)2ТО 1 или 3 % от массы + 12% раствор (3 г/л пептона + 2 г/л МаНСО3 + дополнительно (N^^0 10 г/л) Песок Мкр 2,8 Особенноста технологам осаждена бактерий на мннераль-ном носнтеле - Al(OH)3, с последующей фильтрацией s сушкой. Бактернальная добавка вводгаась в состав карбонатного песка в колнчестве 1 масс.%. Максимальный прирост прочности на сжатие на 14 сутки (6,2 МПа) при концентрации 1 % (]Ж2)2Ш и 5 % Са(ОН)2 - 42

Bacillu sp. 25 мл СаС12 82,5 г/л + (Я^ЪСО 20 г/л Кварцевый песок с размером зерна 0,42 мм Введена ннокулята 25 мл на 50 мл песка с добавлендам раствора с прекурсорам^ с последую-щнм пятакратным повтореннем Прочность полученного материала варьируется в диапазоне 0,765-0,845 МПа - 73

Sporosarcina pasteurii 60 мл на 400 мл раствора (]Ж2)2СО 0,4 М + СаС12 0,4 М Мраморная крошка 0,51,4 мм 1904,3 г Инъекцнн со скоростью потока 14 мл/тн Цементация визуализировалась на 30 мм от основания. Уменьшение пористости - 71

Sporosarcina pasteurii 24 мл СаС12 24 мл Песок, уплотненный на: Добавлена ннокулята с после-дующнм перемешиванием Максимальное количество карбоната (в мас.%): - 74

40% (298,8 г), 2,5

60% (307,6 г), 4,8

80% (316,9 г) 1,3

Sporosarcina pasteurii - Мочевина + СаС12 Мелкий и среднезерни-стый песок Проптыванда песка На среднезернистом песке улучшение прочности и жесткости от 3 до 12 МПа Кристаллы кубической формы 75

Sporosarcina pasteurii 80 мл Раствор 1: СаС12 1 М/л + (КН2)2СО 1 М/л Раствор 2: СаС12 1 М/л + СН3СООН + (Я^ЪСО 1 М/л Известняковый песок, уплотненный на 40% Инъектнрованне ннокулята с СаС12 (NH2)2CO s растворнмым кальцдам, полученным путем смешнвання СаС12 s CH3COOH, добавленне (NH2)2CO в образцы с песком с последующей сушкой образца 60 °С 48 ч Плотность песка, обработанного растворимым кальцием больше, чем у образцов, обработанных хлоридом кальция. Прочность и жесткость образцов, обработанных растворимым кальцием, были выше, чем у контрольных образцов, обработанных хлоридом кальция Кристаллы, полученные в образцах с растворимым кальцием - игольчатые кристаллы арагонита; при обработке хлоридом кальция образовались кристаллы кальцита ромбоэдрической формы 76

Sporosarcina pasteurii OD6QQ=2,3 Основной раствор: СаС12 147,02 г/л + (]Ж2)2СО 60,06 Кварцевый песок Инъектнрованне образцов с фиксацией (экстрагарованные клеткп го стернльной среды) s Максимальная прочность на сжатие (1,773 МПа) достигается при использовании ме- Кристаллы сферической формы образуются без фикса- 77

о

о

з

g

а н s

е

е

е Р

б s

s а о л

к о а в

б с

0 п о

т о

а щ

Sa

ц е

м

е

н

т а

ц

s я

н е

з а

S

л

о

7

В

ю

б

s о

к б

о н

т н

о

г о

н S

Я

Л

S S е

Б

г/л. Раствор для фиксации: СаСЬ 0,05 М без фиксации (введение без центрифугирования путем смешивания с раствором). Соотношение бактериальных культур и песка 1:10 при инъектировании с фиксацией и 1:25 - без фиксации тода обработки инъекцией с раствором фиксации, в то время как без фиксации составляет 0,51 МПа ции, в то время как желеобразные кристаллы - в образцах с фиксацией

Sporosarcina pasteurii, Staphylococcus saprophyticus, Streptomyces globispora, Bacillus lentus 5x108-109 КОЕ / мл (N^^00 20 г/л + СаСЬ^О 3,7 г/л + питательный бульон 3 г/л + Ж,а 10 г/л + МаИС03 25,2 мМ Песок с плотностью наполнения 60% и 80% Пропитывание поверхности песка Наибольшее количество карбоната кальция синтезировано с использованием бактерий S. pasteurii, что на 50% выше при плотности контрольных образцов 80% Кристаллические образования 78

<1

8

Титульный лист технологического регламента на получение

биоминерализующего состава и гидрофобно-кольматирующей системы

на его основе для вторичной защиты бетона

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕС КИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Г. ШУХОВА

' УТВЕРЖДАЮ

. Проректор по научной *й инновационной деятельности, | Г „д-р пЩМаук, профессор у/ .■ *- х Г , * Т.м. Давыденко

т., " • «Щъу/ 2ЪоЫ г.

ЧБ МИ :

Ц|Г"*

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ

на получение биоминерализующего состава и гидрофобно-кольматирующей системы на его основе для вторичной заиигты бетона

РАЗРАБОТАНО

Научный руководитель: Директор 1ШО и ОПЦ НКМ, д-р. техн. наук, профессор

, /*> В.В. Строкова «_»_20_г.

Исполнители:

Младший научный сотрудник НИИ «Наносистемы в строительном материаловедении» '^Пи у/ У Н. Духанина

«л ■'ыОълЯ 1 20

Инженер 2 категорш1 ННО и ОПЦ НКМ _Д.А. Балищаш

<Ь^>> * ип/>Ь£.1л.... 20^г.

СОГЛАСОВАНО

Генеральный директор ООО Завод «Краски КВПЛ»

КВ. Ковалев

Белгород 20-^-¿г.

Акт об апробации результатов работы

.<.• 'УТВЕРЖДАЮ

ПфвьШ |ЧХ^ектор БП'У им. В.Г. Шухова,

аиробации результатов научно-исследовательской работы по применению гидрофобно-кольматирующей системы для вторичной защиты бетона

Мы, нижеподписавшиеся, заведующий кафедрой материаловедения и технологи материалов, д-р техн. наук, профессор В.В. Строкова, заместитель руководителя испытательного центра, руководитель испытательной лаборатории № 1 «БГТУ-сертис» Д.М. Сопин, начальник Опытно-промышленного цеха наноструктурированных композиционных материалов В.А Кобзев, младший научный сотрудник НИИ Наиосистемы в строительном материаловедении У.Н. Духанина, инженер 2 категории Инновационного научно-образовательного и опытно-промышленного центра наноструктурированных композиционных материалов Д.А. Балицкий, составили акт о нижеследующем:

- пропиточная гидрофобно-кольматирующая система, включающая биоминерализующий состав и гидрофобную полисилоксановую эмульсию, была использована при ремонтных работах- малых архитектурных форм из бетона на объекте индивидуального жилищного строительства в с. Стрелецкое Белгородской области. Нанесение пропитки проводилось методом сплошного покрытия кистью;

- результаты обследования показали закрытие микротрещин на 30-е сутки, а также отсутствие потемнения поверхности бетона при увлажнении.

В.В. Строкова Д.М. Сопин

В.А. Кобзев

У.Н. Духанина