Применение доменного гранулированного шлака для самовосстанавливающихся биобетонов

Исследовано изменение свойств мелкозернистых бетонов, содержащих доменный гранулированный шлак в количестве 20–80% и бактерии Bacillus Subtilis. Проведена оценка изменения прочности, самозалечивания трещин методами оптической, электронной микроскопии и измерения скорости прохождения ультразвука перпендикулярно плоскости трещины; изучен состав и характеристики залечивающего агента в трещинах методами рентгеновского анализа. Самозалечивание трещин в бетонах без бактерий происходило за счет осаждения кальцита в результате карбонизации портландита в течение 50–65 циклов увлажнения-высушивания, а в присутствии бактерий Bacillus Subtilis благодаря осаждению кальцита в процессе их жизнедеятельности – за 10–15 циклов. Показано, что добавка доменного гранулированного шлака замедляет кристаллизацию кальцита, формирующего залечивающее вещество в трещине. Предполагается, что совместное использование в бетонных конструкциях, работающих в условиях переменного увлажнения, доменного гранулированного шлака в дозировках 40–80% и бактерий Bacillus Subtilis может обеспечить процесс самозалечивания трещин и поддержания прочности бетона в длительной перспективе благодаря одновременным процессам упрочнения структуры за счет длительной гидратации шлаковых минералов и осаждения кальцита в трещинах за счет жизнедеятельности бактерий Bacillus Subtilis.

Т.Н. ЧЕРНЫХ, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
К.А. ГОРБАЧЕВСКИХ, студент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
М.В. КОМЕЛЬКОВА, д-р биол. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
П.О. ПЛАТКОВСКИЙ, лаборант-исследователь (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
М.В. КРИУШИН, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.), А.А. ОРЛОВ, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76)

1. Карпов М.В., Жиздюк А.А., Наумова О.В. Обоснование использования биобетонов для строительства гидротехнических сооружений // Вестник евразийской науки. 2022. Т. 14. № 5. Ст. 10.
1. Karpov M.V., Zhizdyuk A.A., Naumova O.V. Justification of the use of bio concrete for the construction of hydraulic structures. Vestnik evraziyskoynauki. 2022. Vol. 14. No. 5. Article 10. (In Russian).
2. Ильина Л.В., Тацки Л.Н., Дьякова К.С. Самовосстанавливающийся бетон. Обзор зарубежных публикаций // Вестник ВСГУТУ. 2023. № 2 (89). С. 72–79. DOI: 10.53980/24131997_2023_2_72
2. Il’ina L.V., Tacki L.N., D’yakova K.S. Self-healing concrete. review of foreign publications. Vestnik ESSUTM. 2023. No. 2 (89), pp. 72–79. (In Russian). DOI: 10.53980/24131997_2023_2_72
3. Jonkers H.M. Bacteria-based self-healing concrete. Heron. 2011. Vol. 56. No. 1/2.
4. Бирюков В.С., Смирнов А.С., Тамбовцев А.М., Чередниченко Т.Ф. Тенденции современного строительства: самовосстанавливающийся бетон // Инженерный вестник Дона. 2022. № 2 (86). С. 1–8.
4. Biryukov V.S., Smirnov A.S., Tambovcev A.M., Cherednichenko T.F. Trends in modern construction: self-healing concrete. Inzhenernyy vestnik Dona. 2022. No. 2 (86), pp. 1–8. (In Russian).
5. Liu Y., Zhuge Y., Fan W., Duan W., Wang L. Recycling industrial wastes into self-healing concrete: A review. Environmental Research. 2022. Vol. 214. Part 4. 113975. DOI: 10.1016/j.envres.2022.113975
6. González Á., Parraguez A., Corvalán L., Correa N., Castro J., Stuckrath C., González M. Evaluation of Portland and Pozzolanic cement on the self-healing of mortars with calcium lactate and bacteria. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 257. 119558. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119558
7. Khushnood R.A., Qureshi Z.A., Shaheen N., Ali S. Bio-mineralized self-healing recycled aggregate concrete for sustainable infrastructure. Science of The Total Environment. 2020. Vol. 703. 135007. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019
8. Nodehi M., Ozbakkaloglu T., Gholampour A. A systematic review of bacteria-based self-healing concrete: Biomineralization, mechanical, and durability properties. Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 49. 104038. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104038
9. Строкова В.В., Власов Д.Ю., Франк-Каменецкая О.В., Духанина У.Н., Балицкий Д.А. Применение микробной карбонатной биоминерализации в биотехнологиях создания и восстановления строительных материалов: анализ состояния и перспективы развития // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 83–103. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-83-103
9. Strokova V.V., Vlasov D.Yu., Frank-Kamenetskaya O.V., Dukhanina U.N., Balitsky D.A. Application of microbial carbonate biomineralization in biotechnologies of building materials creation and restoration: analysis of the state and prospects of development. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 9, pp. 83–103. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-83-103
10. Баженов Ю.М., Ерофеев В.Т., Салман А.Д.С.Д., Смирнов В.Ф., Фомичев В.Т. Технология самовосстановления железобетонных конструкций с помощью микроорганизмов // Русский инженер. 2018. № 4 (61). С. 46–48.
10. Bazhenov Yu.M., Erofeev V.T., Salman A.D.S.D., Smirnov V.F., Fomichev V.T. Tekhnologiya samovosstanovleniya zhelezobetonnyh konstrukcij s pomoshch’yu mikroorganizmov. Russkiy inzhener. 2018. No. 4 (61), pp. 46–48. (In Russian).
11. De Belie N., Gruyaert E., Al-Tabbaa A., Antonaci P., Baera C., Bajare D., Jonkers H.M. A Review of self-healing concrete for damage management of structures. Advanced Materials Interfaces. 2018. Vol. 5. Iss. 17 1800074. DOI: 10.1002/admi.201800074
12. De Rooij M., Van Tittelboom K., De Belie N., Schlangen E. Self-healing phenomena in cement-based materials: State-of-the-art report of RILEM technical committee 221-SHC: Self-healing phenomena in cement-based materials Springer. Dordrecht, Netherlands. 2013. 266 p.
13. Van Tittelboom K., De Belie N. Self-healing in cementitious materials – A review. Materials. 2013. Vol. 6 (6), pp. 2182–2217. DOI: 10.3390/ma6062182
14. Zhang L.V., Suleiman A.R., Allaf M.M., Marani A., Tuyan M., Nehdi M.L. Crack self-healing in alkali-activated slag composites incorporating immobilized bacteria. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 326. Article 126842. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126842
15. Siddique R., Singh K., Singh M., Corinaldesi V., Rajor A. Properties of bacterial rice husk ash concrete. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 121, pp. 112–119. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.146
16. Aquilano D., Benages R., Bruno M., Rubbo M., Massaro F.R. Positive {hk.l} and negative {hk.} forms of calcite (CaCO₃) crystal. New open questions from the evaluation of their surface energies. CrystEngComm. 2013. Vol. 15 (22), pp. 4465–4472. DOI: 10.1039/C3CE40203G