Ce este biocimentul și la ce se folosește?

Mai mult ca sigur: fără microbi, biotehnologia ar fi o știință extrem de limitată. Microbii sunt organisme microscopice ca și ciupercile (care conțin drojdii), bacteriile și virușii. Ele nu numai că stau la baza cercetărilor din domeniul de biotehnologie, dar și ajută la crearea unor materiale și structuri de construcție durabile.

Mai devreme studiile științifice legate de microbi s-a concentrat mai ales pe efectele acestora, corelat cu cauzele bolilor. În cele din urmă, oamenii de știință au descoperit că microbii sunt perfect potriviți studiilor proceselor care de fapt sunt comune în toate organismele vii. O abordare alternativă inovatoare constă în utilizarea combinată a microorganismelor, nutrienților și proceselor biologice prezente în mod natural în solurile subterane pentru a îmbunătăți în mod eficient proprietățile acestora. Au fost efectuate cercetări importante legate precipitării carbonatului de către bacterii, folosind bacterii ureolitice. Aceste bacterii sunt capabile să influențeze precipitarea carbonatului de calciu prin producerea unei enzime, ureaza (ureeamidohidrolază, EC 3.5.1.5). Precipitarea carbonatului de calciu are loc ca o consecință a activității metabolice bacteriene care crește pH-ul mediului proximal.

Recent am descoperit și îmbunătățit câteva specii bacteriene care au putut să precipite calcitul cu o viteză mai mare și, în cele din urmă, acest proces a condus la o rezistență la compresiune îmbunătățită, o permeabilitate redusă și o rată scăzută de coroziune a armăturii.

Biociment, un material auto-vindecător, în favoarea durabilității structurilor de construcție și conservarea moștenirilor culturale

Deși sute de mii de clădiri sunt construite anual cu succes în întreaga lume, există un număr mare de structuri din beton (inclusiv monumente istorice) care se deteriorează, sau devin nesigure din cauza modificărilor de încărcare, modificări de utilizare, sau modificări ale configurației. Evoluțiile constante din domeniul construcțiilor civile și creșterea activității industriale au creat o cerere tot mai mare de materiale pentru industria construcțiilor, materiale care fac față cerințelor structurale, și satisfac cerințele mai stricte privind condițiile de lucru și mediu. În mod tradițional, rezistența mecanică a fost principalul criteriu folosit la alegerea materialelor de construcție precum cimentul, betonul sau cărămizile. Rezistența la compresiune, permeabilitatea și analiza coroziunii sunt cele mai frecvent utilizate măsuri în proiectarea structurilor clădirilor. S-au dedicat eforturi considerabile pentru a dezvolta materiale de înaltă rezistență. Cu toate acestea, odată cu creșterea volumelor de facilități restrânse care trebuie menținute, accentul se îndreaptă către durabilitate.

Pe lângă conservarea materialelor de construcție a patrimoniului cultural, creșterea socioeconomică și dezvoltarea durabilă manifestă o rezonanță considerabilă în rândul specialiștilor în domeniu. E clar că avem nevoie de o strategie inovatoare pentru menținerea moștenirii noastre culturale. Această strategie presupune că protecția clădirilor istorice reprezintă o condiție prealabilă importantă pentru stabilitate și oferă oportunități sociale și economice în același timp. Păstrarea culturii contribuie la identitatea cetățenilor, creează locuri de muncă, susține economia și promovează gestionarea responsabilă a resurselor societății. Este nevoie de cercetări referitoare numărului și calității monumentelor, respectiv siturilor istorice. La nivel mondial se cheltuiesc sume mari de bani pentru măsuri de conservare a monumentelor și clădirilor istorice. Angajamentul economic și ecologic pentru conservarea monumentelor și clădirilor istorice necesită, totuși, o gestionare prudentă a fondurilor corespunzătoare. Acest lucru necesită o optimizare a procedurilor de analiză a daunelor și a controalelor proceselor de daune, precum și dezvoltarea sistemelor de monitorizare și avertizare timpurie pentru prevenirea daunelor. Prin urmare, scopul trebuie să fie implementarea unor măsuri permanente de conservare, care necesită întreținere pe termen lung.

Toate materialele de construcție sunt poroase. Această porozitate a materialului de construcție, împreună cu pătrunderea umidității și a altor substanțe chimice dăunătoare, cum ar fi acizii, clorurile și sulfații, afectează materialul și le reduc serios rezistența și durata de viață. Un aditiv care etanșează porii și crăpăturile și astfel reduce permeabilitatea structurii, i-ar îmbunătăți enorm durata de viață. În mod convențional, o varietate de agenți de etanșare cum ar fi emulsii de latex și epoxizi, iar tratamentele de suprafață cu hidrofuge, precum silani sau siloxanii, sunt folosite pentru a spori durabilitatea structurilor din beton. Cu toate acestea, ei suferă de limitări serioase ale interfețelor incompatibile, susceptibilitate la radiații ultraviolete, structură moleculară instabilă și costuri ridicate. De asemenea, emană gaze toxice.

Pentru a depăși deficiențele agenților de etanșare convenționali, materialele cu caracteristici de auto-vindecare pot fi utilizate eficient. Utilizarea microbilor producători de urază abordează aceste probleme în mod eficient, deoarece aceștia continuă să supraviețuiască și să crească în structura de beton după utilizarea inițială. Uraza ajută la mineralizarea carbonatului de calciu, prin hidroliza ureei prezente în mediu. Eliberează dioxid de carbon din uree care se combină cu ionii de calciu rezultând depunerea de carbonat de calciu sub formă de calcit. Datorită activității ureazei, bacteriile sunt capabile să folosească ureea ca sursă unică de azot și să producă amoniac, care crește pH-ul în mediul proximal, determinând precipitarea Ca2+ și CO32- ca CaCO3. Aceste proprietăți unice îl fac deosebit de potrivit pentru multe aplicații în inginerie civilă (structuri din beton, tencuieli, mortare, elemente prefabricate, elemente refractare, cărămizi, pietre naturale etc.)

Un aditiv microbian care ajută la precipitarea calcitului cu urază ar spori durabilitatea materialelor de construcție și-ar fi perfect potrivit pentru a păstra, de asemenea, moștenirea culturală.

Vă prezentăm câteva constatări științifice cu privire la efectele aditivilor microbieni (a fost folosit Sporosarcina pasteurii, cunoscută anterior ca Bacillus pasteurii, o bacterie anaerobă facultativă Gram-pozitivă a solului) pentru a spori durabilitatea materialelor de construcție. Cantitatea semnificativă de date, dintre care unele sunt atașate aici, acumulate până în prezent conduce la aceste constatări preliminare:

1. Aditivul microbian a dus la îmbunătățirea rezistenței la compresiune a mortarului cu până la 38%.
2. Aditivul microbian poate remedia fisurile din materialele de construcție și din pietrele monumentale, și își poate recăpăta rezistența în 28 de zile.
3. Pentru a influența procesul economic, aditivul microbian poate fi preparat prin creșterea celulelor, utilizând deșeuri industriale.
4. Aditivul microbian poate spori durabilitatea cărămizilor prin reducerea permeabilității acestora și creșterea rezistenței la compresiune.
5. Ratele reduse de permeabilitate rezultate din aditivul microbian vor crește durata de viață utilă a structurilor din beton.