Бактерии повышают морозостойкость бетона из переработанного щебня
Бетон — один из самых распространённых строительных материалов. Однако природные заполнители (песок, гравий) в дефиците. Их можно заменить переработанным крупным заполнителем (recycled coarse aggregate, RCA) для производства бетона (RCAC), но в холодном климате циклы замораживания-оттаивания повреждают такой бетон.
Исследователи из Университета Сиань Цзяотун-Ливерпуль применили денитрифицирующие бактерии к RCA, что повысило прочность и долговечность бетона. Обработанный RCAC выдерживает 225 циклов замораживания-оттаивания — на 75 циклов больше, чем необработанный, что делает его пригодным для холодных регионов.
Экологичная альтернатива
Традиционные методы повышения морозостойкости (снижение водоцементного соотношения, увеличение химических добавок) увеличивают использование химических веществ и неустойчивы. Новый метод с денитрифицирующими бактериями экологичен и не создаёт токсичных или загрязняющих веществ.
Снижение водопоглощения
Ключ к повышению морозостойкости RCAC — снижение водопоглощения. При циклах замораживания-оттаивания вода проникает в бетон, замерзает, расширяется и создаёт трещины.
Необработанный RCA имеет рыхлую структуру и высокую пористость, что увеличивает водопоглощение. Денитрифицирующие бактерии блокируют поры, эффективно снижая количество свободной воды внутри бетона на 33%. Это предотвращает впитывание воды извне и уменьшает внутреннее расширение.
Уплотнение структуры
Бактерии также повышают устойчивость бетона к расширению замерзающей воды, создавая более стабильную структуру.
Поры RCAC заполняются кристаллами карбоната кальция, созданными бактериями, делая структуру плотнее и уменьшая эффект расширения замёрзшей воды. В эксперименте денитрифицирующие бактерии повысили:
Прочность на сжатие на 30,3%
Прочность на растяжение при раскалывании на 20,3%
Кроме того, бактерии потребляют избыточный гидроксид кальция в процессе биоминерализации, что также повышает морозостойкость. Гидроксид кальция между заполнителем и цементной матрицей обычно считается негативным фактором для прочности и долговечности.
Перспективы
Несмотря на значительное увеличение морозостойкости RCAC, необходимы дальнейшие исследования для её дополнительного повышения с использованием наноматериалов или других вяжущих материалов в сочетании с методами биоминерализации. Также требуется изучить экономическую стоимость и количественно оценить воздействие на окружающую среду с помощью оценки жизненного цикла.